在多平臺(tái)上應(yīng)用的某產(chǎn)品可靠性增長摸底試驗(yàn)設(shè)計(jì)

趙艷濤，李健

（航天科工防御技術(shù)研究試驗(yàn)中心，北京 100854）

引言

在試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)和進(jìn)度受限的條件下，從工程實(shí)際出發(fā)采用沒有模型的增長試驗(yàn)方案進(jìn)行可靠性增長試驗(yàn)，事先擬定了一個(gè)符合工程實(shí)際的增長計(jì)劃，對試驗(yàn)的總試驗(yàn)時(shí)間和資源統(tǒng)籌安排，工程上一般可以將可靠性要求值分解為階段值來擬定增長計(jì)劃。本文中一個(gè)產(chǎn)品在兩個(gè)平臺(tái)上應(yīng)用，結(jié)合各自的可靠性指標(biāo)，將兩個(gè)平臺(tái)的應(yīng)力結(jié)合來設(shè)計(jì)剖面和增長方案。

1 兩個(gè)平臺(tái)的可靠度要求

同一產(chǎn)品在兩個(gè)平臺(tái)上的任務(wù)可靠度分別為：

平臺(tái)A任務(wù)可靠度（置信度0.8）：目標(biāo)值不小于0.998，最低可接受值0.988 2，任務(wù)時(shí)間22 min。

平臺(tái)B任務(wù)可靠度（置信度0.8）：目標(biāo)值不小于0.992，最低可接受值0.988，任務(wù)時(shí)間10 min。

產(chǎn)品在兩個(gè)平臺(tái)的任務(wù)過程中經(jīng)受的溫度應(yīng)力、濕度應(yīng)力、電應(yīng)力的范圍是一致的。產(chǎn)品在兩平臺(tái)執(zhí)行任務(wù)時(shí)通電工作并會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。在兩個(gè)平臺(tái)下的振動(dòng)方向相同都為X向，但振動(dòng)量級不同：振動(dòng)量級分別如下：

1）平臺(tái)A在任務(wù)包括兩個(gè)階段：階段一、階段二振動(dòng)譜型如圖1所示。階段一、階段二振動(dòng)譜中W0值及振動(dòng)持續(xù)時(shí)間如下：

圖1 平臺(tái)A階段一、階段二的隨機(jī)振動(dòng)譜型

①階段一的振動(dòng)量值為：W0=0.02 g2/Hz；施振時(shí)間為2 min。

②階段二的振動(dòng)量值為W0＝0.04 g2/Hz，施振時(shí)間為20 min。

2）在平臺(tái)B的任務(wù)中振動(dòng)譜及持續(xù)時(shí)間如下：

振動(dòng)譜形如圖2，振動(dòng)量值為：W0=0.03 g2/Hz，W1=0.042 g2/Hz；施振時(shí)間為10 min。

圖2 平臺(tái)B的隨機(jī)振動(dòng)譜型

2 方案設(shè)計(jì)

同一產(chǎn)品在兩平臺(tái)上應(yīng)用，該產(chǎn)品在兩個(gè)平臺(tái)上的技術(shù)狀態(tài)完全相同，因此為了節(jié)約經(jīng)費(fèi)和時(shí)間，產(chǎn)品個(gè)數(shù)為1，可以將兩個(gè)平臺(tái)結(jié)合起來對該產(chǎn)品進(jìn)行可靠性增長摸底試驗(yàn)。產(chǎn)品為電子類產(chǎn)品，當(dāng)增長模型未知，其總試驗(yàn)時(shí)間的確定通常采用指數(shù)分布的定時(shí)截尾方案[1]。

對平臺(tái) A和平臺(tái) B結(jié)合起來進(jìn)行可靠性增長摸底試驗(yàn)。

式中：

t—任務(wù)時(shí)間；

R—可靠度最低可接受值；

MTBF—平均故障間隔時(shí)間。

式中：

T—按照試驗(yàn)中不出現(xiàn)故障設(shè)計(jì)的總有效試驗(yàn)時(shí)間；

β—使用方風(fēng)險(xiǎn)。

1）平臺(tái)A，取t=22 min，R=0.988 2，按照公式（1）進(jìn)行計(jì)算，

取β=0.2，按照公式（2）計(jì)算得到試驗(yàn)中不出現(xiàn)故障設(shè)計(jì)的總有效試驗(yàn)時(shí)間：T=MTBF×Ln（1/β）=2 983.95 min

對平臺(tái)A來講要在總有效試驗(yàn)時(shí)間T內(nèi)執(zhí)行的任務(wù)次數(shù)：

2） 平臺(tái)B，取t=10 min，R=0.988，按照公式（1）進(jìn)行計(jì)算：

取β=0.2，按照公式（2）計(jì)算得到試驗(yàn)中不出現(xiàn)故障設(shè)計(jì)的總有效試驗(yàn)時(shí)間：T=MTBF×Ln（1/β）=1 333.6 min

對平臺(tái)B來講要在總有效試驗(yàn)時(shí)間T內(nèi)執(zhí)行的任務(wù)次數(shù)：

綜合平臺(tái) A和平臺(tái)B的任務(wù)次數(shù)，兩平臺(tái)結(jié)合進(jìn)行任務(wù)134次，平臺(tái) A進(jìn)行任務(wù)136次，剖面設(shè)計(jì)中一個(gè)循環(huán)中有kcycle=24次飛行任務(wù)，試驗(yàn)中試驗(yàn)循環(huán)次數(shù)，即進(jìn)行5個(gè)完整的循環(huán)，第6個(gè)循環(huán)進(jìn)行到完成16次飛行任務(wù)（其中對平臺(tái) B來講在第6個(gè)循環(huán)中完成14個(gè)循環(huán)即可）。

3 應(yīng)力及剖面

兩個(gè)平臺(tái)對產(chǎn)品要求的最低可接受值非常接近，產(chǎn)品在兩個(gè)平臺(tái)的電應(yīng)力、溫度應(yīng)力、濕度應(yīng)力是一致的，產(chǎn)品在兩個(gè)平臺(tái)的任務(wù)時(shí)間、振動(dòng)應(yīng)力是不同的，設(shè)計(jì)剖面時(shí)兩個(gè)平臺(tái)的電應(yīng)力、溫度應(yīng)力、濕度應(yīng)力的設(shè)計(jì)是完全相同的。任務(wù)時(shí)間內(nèi)的振動(dòng)量值、時(shí)間不同，可以考慮在較短任務(wù)時(shí)間內(nèi)取兩個(gè)平臺(tái)的振動(dòng)極大值包絡(luò)，并且保持各自的任務(wù)時(shí)間不變。

1）電應(yīng)力

設(shè)備工作狀態(tài)的標(biāo)稱電壓為24 V，施加的電應(yīng)力上限為標(biāo)稱電壓的110 %、下限為標(biāo)稱電壓的90 %。

設(shè)備工作狀態(tài)的電應(yīng)力應(yīng)按以下要求變化：第一個(gè)試驗(yàn)循環(huán)施加電應(yīng)力上限，第二個(gè)試驗(yàn)循環(huán)施加標(biāo)稱電壓，第三試驗(yàn)循環(huán)施加電應(yīng)力下限，第四試驗(yàn)循環(huán)施加標(biāo)稱電壓。四個(gè)試驗(yàn)循環(huán)的電壓變化構(gòu)成一個(gè)完整的電應(yīng)力循環(huán)，整個(gè)試驗(yàn)過程中重復(fù)這一電應(yīng)力循環(huán)。

2）溫度應(yīng)力

根據(jù)產(chǎn)品的使用溫度條件要求，熱天溫度取+60 ℃，冷天溫度取-40 ℃，標(biāo)準(zhǔn)天的溫度取+15 ℃。在不同溫度之間的轉(zhuǎn)換速率均為5 ℃/min。

3）振動(dòng)應(yīng)力

平臺(tái)A和平臺(tái)B結(jié)合起來開展振動(dòng)條件如下。包括三個(gè)振動(dòng)量級：振動(dòng)一、振動(dòng)二、振動(dòng)三譜型如圖1所示。振動(dòng)一、振動(dòng)二、振動(dòng)三譜形值及振動(dòng)持續(xù)時(shí)間如下：

振動(dòng)一如圖1，量值為：W0=0.02 g2/Hz；施振時(shí)間為2 min。

振動(dòng)二如圖3，量值為W0=0.04 g2/Hz，W1=0.042 g2/Hz，施振時(shí)間為10 min。

圖3 平臺(tái)A和平臺(tái)B任務(wù)結(jié)合的隨機(jī)振動(dòng)譜型

振動(dòng)三如圖1，量值為W0-0.04 g2/Hz，施振時(shí)間為10 min。

表1 平臺(tái)A和平臺(tái)B任務(wù)結(jié)合后的一次任務(wù)中的振動(dòng)

將平臺(tái)A中的階段二的振動(dòng)分成振動(dòng)二和振動(dòng)三：在振動(dòng)二中將平臺(tái)A階段二和平臺(tái)B的振動(dòng)譜形取了極大值包絡(luò)，時(shí)間和平臺(tái)B的振動(dòng)時(shí)間一致（為10 min）；在振動(dòng)三中保留了平臺(tái)A 階段二的振動(dòng)譜形和時(shí)間 （10 min）。因此對兩個(gè)平臺(tái)來講各自的任務(wù)時(shí)間保持不變，平臺(tái)A任務(wù)時(shí)間22 min，平臺(tái)B任務(wù)時(shí)間10 min。

4）濕度應(yīng)力

熱天不工作和熱天發(fā)射準(zhǔn)備及待機(jī)兩個(gè)階段的濕度為80 %。其余階段濕度不加控制，但不準(zhǔn)有凝露濺落到設(shè)備上，不允許試件中有積水。

5）試驗(yàn)剖面

根據(jù)平臺(tái)A 和平臺(tái)B的使用環(huán)境條件和典型任務(wù)，結(jié)合前面的溫度和振動(dòng)環(huán)境參數(shù)，合成得到的試驗(yàn)剖面時(shí)序表如圖4所示。其中：

圖4 平臺(tái)A和平臺(tái)B任務(wù)結(jié)合的可靠性摸底試驗(yàn)剖面

①溫度穩(wěn)定時(shí)間Tw根據(jù)測試確定，為1 h，每個(gè)溫度下兩次任務(wù)之間時(shí)間間隔為Tw。

②試驗(yàn)時(shí)間循環(huán)次數(shù)：共進(jìn)行136次融合飛行振動(dòng)，即進(jìn)行5個(gè)完整的循環(huán)后，第6個(gè)循環(huán)進(jìn)行到完成前16次結(jié)合任務(wù)。

③一個(gè)循環(huán)中經(jīng)過冷天——標(biāo)準(zhǔn)天——熱天三種天氣類型，每種天氣類型下共進(jìn)行8次平臺(tái)A和平臺(tái)B的結(jié)合任務(wù)。

4 可靠性評估

采用QJ3217-2000中沒有增長模型的可靠性增長試驗(yàn)，并對試驗(yàn)結(jié)果的可靠性下限評估[2]：

式中：

MTBFL—平均故障間隔時(shí)間；

T—有效試驗(yàn)時(shí)間；

r—關(guān)聯(lián)責(zé)任故障數(shù)；

γ—置信水平。

式中：

t—任務(wù)時(shí)間；

RL—可靠性增長要求值。

對平臺(tái)A取任務(wù)時(shí)間t=22 min，對平臺(tái)B取任務(wù)時(shí)間t=10 min,有效試驗(yàn)時(shí)間T=nt，其中n為整個(gè)試驗(yàn)中的結(jié)合任務(wù)次數(shù)。

6 結(jié)束語

本文根據(jù)兩個(gè)平臺(tái)對同一產(chǎn)品的可靠度要求接近，在兩個(gè)平臺(tái)的任務(wù)時(shí)間不同，但通過同一產(chǎn)品在兩個(gè)平臺(tái)的任務(wù)結(jié)合起來進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。一次試驗(yàn)結(jié)束后可以對兩個(gè)平臺(tái)的指標(biāo)進(jìn)行回答，節(jié)約了費(fèi)用和時(shí)間，取得了非常好的效果。這種可靠性增長試驗(yàn)方案符合我國的國情，在經(jīng)費(fèi)和時(shí)間不是很充裕的情況下，這種方法易于被設(shè)計(jì)師系統(tǒng)所接受，還可以考核現(xiàn)階段產(chǎn)品的可靠性水平[3]。