某型系留气球故障案例的可靠性分析

2014-03-04闻丽

航空标准化与质量 2014年4期

关键词：故障率型号气球

闻丽

(中国特种飞行器研究所，湖北荆门 448035)

某型系留气球故障案例的可靠性分析

闻丽

(中国特种飞行器研究所，湖北荆门 448035)

以某型系留气球外场试验的故障案例数据为基础，从故障件所属系统、故障件类型、故障发生时间、故障维修处理方式4方面，运用图表和数据相结合的方式展开可靠性分析，同时针对分析的结果，提出了相似型号系留气球设计与管理方面的一些建议。

系留气球；故障案例；图表；数据；可靠性分析

可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。型号的可靠性首先是设计和分析出来的，研制单位通过开展可靠性建模、可靠性分配、可靠性预计、制定和贯彻可靠性设计准则、故障模式影响与危害性分析等工作项目，从定量和定性两方面进行可靠性设计和分析，从而来达到型号要求的可靠性。文中在对所统计的某型系留气球故障案例的基础上进行可靠性分析，既可了解某型号系留气球的设计现状，又可为今后相似型号系留气球的设计与管理工作提供一些建议。

在某型系留气球的外场试验中，共发生了16次故障，以下我们从故障件所属系统、故障件类型、电子件故障发生时间、故障维修处理方式4方面对其进行可靠性分析。

1 按照故障件所属系统进行分析

1.1 数据分析

由图1，计算出各结构部分的故障发生频率为：

图1 按照故障件所属结构部分故障分布图

球体部分、系缆部分故障发生频率都约为6%；

测控部分故障发生频率约为38%；

供电部分故障发生频率约为19%；

锚泊部分故障发生频率约为31%。

1.2 故障预防措施

系留气球各组成部分发生故障的预防措施分析如下。

1.2.1 球体部分

设计人员要贯穿简单化设计的理念，易于安装、拆卸、维修。

1.2.2 测控部分

1）加强对电子设备的选择和控制。所选设备首先要满足平台的功能性能要求，在保证费用合理的前提下，尽量选择高可靠性的设备元器件；设备到货时要加强检验，包括外观检查和通电检查等；安装后要检验校准，要确保与整机使用协调。

2）重视维护保养。维护保养关乎设备产品的寿命，过度的使用而不维护保养只会降低产品寿命，因此平时要按照相应的维护规定，定时按周期对设备产品进行维护清理。

3）软件设计。设计人员在软件设计的过程中除应遵循相关的软件设计准则，还应结合型号任务，便于使用。

1.2.3 供电部分

1）设计人员要对设计进行仔细论证，根据论证结果来指导选择可靠性较高的同类产品。

2）质量及设计人员加强产品的检验，既要满足自身性能要求，还要符合平台需要。

1.2.4 系缆部分

应使电路和结构的设计对机械环境的影响程度最小，对振动和冲击强烈的部位或产品应进行减振设计。

1.2.5 锚泊部分

1）要重视机械环境的设计，所选用的元器件、材料的特性应满足产品机械环境的要求。

2）尽可能采用经过考验的、可靠性有保证的零、组、部件，尽量避免需要使用时而无法工作的情况。

3）对于线路，管道的安装铺设及管夹的使用要按照相关标准实施，避免出现漏水、漏电等现象。

4）对于设计人员来讲，产品的选用不仅要考虑满足各零、部件的性能要求即满足整个产品功能的要求，还应考虑各零、部件对产品性能或者其它零（部）件附属功能的影响。

5）重视电磁兼容的设计。首先电磁兼容设计要按照相关标准执行，其次要正确布置元件的位置，使敏感元件远离干扰源；正确布置元件的方向，使元件之间的互电容互电感最小；不同用途的连接线要分开，不要平行方向走线，总之，设计人员要认识到电磁兼容的影响，重视电磁兼容设计。

2 按照故障件的类型进行分析

图2 故障件类型分布图

2.1 数据分析

将图2的故障数据进行统计分析：

电子件故障比例占75%；

结构件故障比例占25%。

2.2 得到的设计经验及启示

从以上数据比例对照可以发现，电子件的故障率远远高于结构件，因此在我们设计分析的过程中，对电子件和结构件提出相应的要求[1]。

2.2.1 电子件

1）设计人员要对所需的电子件性能要求进行充分的论证，在论证合理的情况下提出产品性能、功能等方面的要求以便对产品的选用提供指导。

2）结合相关的电子产品选用标准和型号产品的实际需要，对电子件的选择进行控制。

3）要加强入库检验和安装后校验，质量要有保证。

4）要结合使用环境对电子件进行环境设计，例如热设计、防潮湿、盐雾腐蚀和霉菌设计、抗冲击、振动和噪声设计等。

5）注意降额设计和简化设计的贯彻。

6）注意平时的维护保养，要按照相关的维护保养手册定期对其进行维护保养。

7）考虑到维修的方便及快捷，我们要贯彻简单化、标准化、模块化、可达性、互换性等的理念。

8）对于关键的故障频发的零部件要综合考虑是否需要进行冗余设计或者提供备件。

2.2.2 结构件

1）注重机械环境设计，应使电路和结构的设计对机械环境的影响程度最小，以保证产品工作的可靠性。

2）注重材料的选择，加强疲劳、老化、磨损等的验证。

3 按照电子件故障发生时间进行分析

故障件发生时间的分布见图3，其中横轴为试验时间（h），纵轴为故障次数。

3.1 平均故障间隔时间（MTBF）[2]观测

电子件的MTBF观测所用的数学模型及数据处理方法如下：

3.1.1 数学模型

文中所用可靠性数学模型有[3]：

式中：

TBF—— 平均故障间隔时间MTBF（h）；

N0—— 故障次数。

式中：

λ—— 产品故障率（10-3/h）。

3.1.2 数据处理方法

利用图3的数据代入式（1）、（2），取以下几个数据点（720, 13×10-3）、（1 440, 8×10-3）、（2 160, 5×10-3）、（2 880, 4×10-3）、（36 00, 3×10-3）来模拟曲线，曲线见图4，其中横轴表示试验时间（h），纵轴表示对应的故障率λ。

图4 电子件故障率曲线图

3.2 故障原因分析

对图3、4进行分析。

3.2.1 产品投入使用后，早期故障率会较高，且产品故障率随时间的增加而迅速下降，主要原因有以下几方面[4、5]：

1）制造技术、制造过程和装配中存在问题。

2）差的工艺，产品老练不足，排除故障、缺陷不完全。

3）原材料及元器件未达到标准。

4）不适当的储存、包装和运输造成的故障。

5）用筛选的元件更换失败的元件。

6）不适当的安装。

7）首次通电造成元件故障等。

3.2.2 经过一段时间后其故障率基本稳定，近似为常数3×10-3/h（此时TBF=333h）。此阶段虽然有一些故障是由于生产缺陷和耗损引起的，但是绝大多数的故障却是由产品在规定的应用条件（如温度、电应力及环境应力）下受到的操作应力引起的，而且是随即发生的[1]（无任何与时间变化有关的样本）。

4 按照故障维修处理方式进行分析

4.1 数据分析

将图5中的故障数据进行计算处理，得到以下结果：

引起更换占56%；

引起修理占38%；

无处理仅待持续察看的占6%。

图5 故障维修处理方式分布图

4.2 得到的设计经验及启示

由以上数据的结果，对我们今后设计分析工作的有以下几点启示[6]：

产品要具有良好的维修可达性，就是维修部位能够“看得见、够得着”或者容易看见、够着，而不需拆卸、搬动其他机件。很显然，可达性好，维修就迅速、简便，而且差错、事故也会减少，所需费用也少。为此要合理地布置装备各组成部分及其监测点、润滑点、维护点；要保证维修操作有足够的空间，包括实用工具、器材的空间；合理开设维修通道、窗孔。

要通过设计实现检测诊断简便、迅速、准确。在装备研制早期就应该考虑检测诊断问题，检测系统、检测点配置等。

重视贵重件的可修复性。零部件的可修复性是指其磨损、变形、耗损或以其它形式失效后，能够对元件进行修理，使之回复原有功能的特性。装备上一些重要而昂贵的零部件应具有可修复性。这不但可以节省维修费用，而且有助于减轻后勤（备件）保障负担和战时抢修。因此，应使之具有可调整、可矫正、可焊接、可拆装、可镀性，以便采用有效的元件修复措施。