针对核电产品的可靠性评分分配法

马礼兵

上海电气核电设备有限公司 上海 201306



针对核电产品的可靠性评分分配法

马礼兵

上海电气核电设备有限公司 上海 201306

介绍了可靠性分配原则、流程，分析了针对核电产品的可靠性评分分配法。这一方法更符合核电产品的特点，分配结果也更切合工程实际。

可靠性； 评分分配； 核电

1 概述

可靠性研究是一门在各学科、行业普及的工程技术学科，已经从电子产品的可靠性发展到机械和非电子产品的可靠性[1-2]，从硬件的可靠性发展到软件的可靠性[3-4]，从重视可靠性统计试验发展到强调可靠性工程试验[5-6]。可靠性研究通过环境应力筛选和可靠性强化试验来暴露产品的问题，提高产品的可靠性。

可靠性在核电中有极其重要的作用，一旦核电设备出现严重故障导致重大安全事故，所造成的后果将难以估量。因此，研究核电产品的可靠性问题，是十分重要、迫切的。提高核电产品的可靠性，可以防止故障和事故的发生，尤其可以避免灾难性事故的发生，从而保证人民生命财产安全。

可靠性分配是可靠性研究中的一项重要工作，将设计任务书中规定的可靠性指标分配到各分系统、部件和零件，在系统论证、方案设计及技术研发阶段具有重要作用。可靠性分配可以为可靠性设计、试验和维修使用保障等提供依据[7-10]。

可靠性评分分配法的基本思想是通过有经验的设计人员或专家对影响可靠性的几种因素进行评分，并对评分值进行综合分析，以获得各单元产品之间的可靠性相对比值，进而给每个分系统或设备分配可靠性指标。

笔者在传统可靠性评分分配法的基础上提出一种针对核电产品的可靠性评分分配法，其可靠性分配结果较传统方法更准确、合理。

2 可靠性分配原则

可靠性分配通常应遵循的原则如下。

(1) 对于复杂度高的分系统、设备等，应分配较低的可靠性指标。因为产品越复杂，其组成单元就越多，要达到高可靠性就越困难，且成本也越高。

(2) 对于技术上不成熟的产品，分配较低的可靠性指标。对于这种产品提出高可靠性要求，会延长研制时间，增加研制费用。

(3) 对于处于恶劣环境条件下工作的产品，应分配较低的可靠性指标。因为恶劣的环境会增加产品的故障率。

(4) 当把可靠度作为分配参数时，对于需要长期工作的产品，应分配较低的可靠性指标。因为产品的可靠性随着工作时间的延长而降低。

(5) 对于重要度高的产品，应分配较高的可靠性指标。因为重要度高的产品发生故障会影响人身安全或任务的完成。

(6) 结合实际，考虑一些其它因素，如维修性、保障性等。

(7) 对于已有可靠性指标的货架产品或使用成熟的系统和成品，不再进行可靠性分配。同时，在进行可靠性分配时，要从总指标中剔除这些单元的可靠性值。

3 可靠性分配流程

可靠性分配流程如图1所示。

图1 可靠性分配流程图

4 可靠性评分分配法

可靠性分配方法主要有等分分配法、比例组合法、评分分配法等。笔者主要针对的是处于方案研发阶段的设备产品，无以往产品故障信息，也无相似产品的故障数据，因此按现有条件采用评分分配法对产品指标进行分配。由于缺少有效数据支撑，将非工作失效率假设为零。

可靠性评分分配法通过对影响产品可靠性的几种因素进行评分，并对评分值进行综合分析，以获得各单元产品之间的可靠性相对比值——分配因子，再根据分配因子对每个单元产品的可靠性指标进行分配。可靠性评分分配法可用于对故障率或平均故障间隔时间等基本可靠性指标进行分配，公式如下：

(1)

5 实施步骤

(1) 确定评分因素，给出评分依据，建立评分准则。可靠性评分分配法通常考虑的因素有复杂程度、技术成熟水平、工作时间、环境条件等，根据系统的特点可以增加或减少评分因素。确定评分因素后，应建立评分准则。评分准则是给专家提供的评分依据，本步骤中应确定各类因素的评价分数及范围，以及各分值的说明，分值越高说明可靠性越差。

复杂程度根据被评核电产品的零部件数量及组装的难易程度来评定，表1给出了一种推荐的复杂程度因素评分准则。

表1 复杂程度因素评分准则

技术成熟水平根据被评核电产品的技术水平和成熟程度进行评定，表2给出了一种推荐的技术成熟水平因素评分准则。

表2 技术成熟水平因素评分准则

工作时间根据被评核电产品的工作时间进行评定，表3给出了一种推荐的工作时间因素评分准则。

表3 工作时间因素评分准则

环境条件根据被评核电产品所处的环境进行评定，表4给出了一种推荐的环境条件因素评分准则。

(2) 专家对影响因素进行评分，并计算平均评分。每位专家对所有因素打分后，使用下式求出这些打分的算术平均分：

(2)

式中：Sij为第i个单元产品、第j个因素的平均得分；m为打分专家数量；tij(l)为第l个专家为第i个单元产品、第j个因素的打分。

(3) 计算评分分配因子。使用下式计算每个单元产品的评分数：

表4 环境条件因素评分准则

(3)

式中：Si为第i个单元产品的评分数；k为影响因素数量。

使用下式计算分配因子Ci：

(4)

式中：n为单元产品数量。

(4) 计算分配结果。使用式(1)计算分配结果。

(5) 处理计算结果。将分配得到的故障率求倒数得到平均故障间隔时间，并对结果进行圆整化，验算可靠性指标是否满足要求。

6 案例分析

某核电产品由传动装置、导向管、链条、塞体、拉杆、滑架、吊桶、导轨和电气控制等九大组件构成，为了控制风险，要求平均故障间隔时间为570h，增加25%余量，即用于分配的平均故障间隔时间指标为712.5h。以下用评分分配法进行可靠性分配。

(1) 确定评分因素，给出评分依据，建立评分准则。考虑的因素有复杂程度、技术成熟水平、工作时间、环境条件。

(2) 专家对影响因素进行评分。请核电领域有经验的专家对影响可靠性的几种因素进行评分，按多个专家评分求算术平均分，汇总结果见表5。

表5 评分结果

(3) 计算分配因子及分配结果，并对分配结果进行处理。使用公式计算得到总评分、分配因子、分配结果，计算平均故障间隔时间并进行结果圆整化，验算可靠性指标是否满足要求，结果见表6。

验算分配结果，规定的故障分配率指标为1403.5×10-6/h，分配的平均故障间隔时间为713h，大于570h，因此分配结果满足分配目标。

7 结论

核电产品所处的环境条件比较恶劣，往往需要经受高温、地震、辐照等恶劣环境，因此笔者对传统的专家评分法进行了改进，评分因素包括复杂程度、技术成熟水平、工作时间、环境条件。改进后针对核电产品的评分分配法更加准确、合理，为核电产品方案阶段的可靠性工作提供了参考和依据。

表6 可靠性分配结果

[1] 李瑞莹,康锐,党炜.机械产品可靠性预计方法的比较与选择[J].工程机械,2009,40(5)： 53-57.

[2] 李艳红.浅谈机械产品可靠性试验技术的研究方向[J].机械管理开发,2013(6)： 48-50.

[3] 刘云,赵玮.软件可靠性研究与进展[J].微机发展,2003,13(2)： 12-15.

[4] 杨玉丽.软件可靠性研究现状与展望[J].电脑知识与技术,2010,6(1)： 128-129.

[5] 陈其伟.可靠性工程技术应用讲座第四讲： 可靠性试验、评估技术及应用[J].自动化与仪器仪表,2009(3)： 116-119.

[6] 张国龙,梁玉英,巴宁.可靠性试验数据处理方法与工程实现[J].通信技术,2011,44(2)： 138-140.

[7] 章国栋,陆廷孝,屠庆慈,等.系统可靠性与维修性的分析与设计[M].北京： 北京航空航天大学出版社,1990.

[8] 王锡吉.电子设备可靠性工程[M].西安： 陕西科学技术出版社,1999.

[9] 王超,王金等.机械可靠性工程[M].北京： 冶金工业出版社,1992.

[10] 维修性分配与预计手册： GJB/Z 57—1994[S].

(编辑： 尔 东)

Introduced the reliability allocation principles and procedures, analysed the reliability score distribution method for nuclear power products. The method is more in line with the characteristics of nuclear products and the allocation results are more fit for the engineering reality.

Reliability; Score Distribution; Nuclear Power

2017年5月

马礼兵(1983— )，男，本科，工程师，主要从事核电设备设计制造工作， E-mail： malb@shanghai-electric.com

TM613

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