某新型舰消磁设备可靠性模型及计算

徐杰



某新型舰消磁设备可靠性模型及计算

徐杰

(海军驻桂林地区军事代表室，广西桂林，541002)

基于典型消磁设备的组成结构、工作过程和工作状态，建立了其可靠性逻辑关系和数学模型，通过计算，得到了某战术想定下的消磁设备可靠性指标，该指标满足标准要求。

可靠性模型 消磁设备

0 引言

产品不能可靠地工作，其原因是多方面的。根据美国海军电子实验室的统计，在电子设备的故障原因中，设计不合理占40%，元器件缺陷占30%，使用维护失当占20%，制造工艺缺陷占10%。统计数字告诫研究人员，随着电子设备复杂化程度的提高及应用范围的不断扩大，必须重视研究产品的可靠性。军工产品的研制，要求把产品的可靠性指标列入设备的技术规格书，为此新研制的某新型舰消磁设备必须进行可靠性预测。标准中元器件计数可靠性预测法是根据零部件的失效数据和元器件质量系数来估计设备的可靠性和维修性，从预测的结果可以发现在设计阶段能够根据估计到的失效情况，推算出可能达到的预期可靠性指标及确定适宜的维修措施。

1 有关的可靠性概念

1）可靠性预测：根据产品的零件机能、工作环境及其相互关系推测该产品将来的性能。

2）失效率λ()：产品在时间间隔△内失效的产品数，相对于在时刻正常工作产品总数的百分比值称为产品在时刻的瞬时失效率，或称为失效率λ()。

3）平均无故障时间MTBF：对可修复的产品而言，指两次相临失效时间的工作时间。

4）平均修复时间MTTR：是指在给定的时间内总的修复性，维修时间除以总的修复性维修次数，其修复时间的平均值。

5）质量系数：是指不同质量等级对元器件工作失效率影响的调整系数。

在工作应力下，元器件计数可靠性预计时使用通用失效率。在使用寿命期，失效率近似为常数，通常是以每小时的失效率来表示，即下式成立：

MTBF=1/λ (1)

一般常用MTBF表示电子设备的可靠性水平，用失效率表示元器件的可靠性。在评价产品的可靠性时，通常以元器件的失效率作为基点进行可靠性预测。

2 可靠性计算

2.1 可靠性数学模型

根据某新型舰消磁设备逻辑关系，整个系统可靠性为串联系统模型。其可靠度数学模型为：

R总()=R控制()·R监控()·R电源()·R采样()

控制分系统为混联系统，当其中一个主控器出故障时，备用主控器可以运行，并不影响整个系统的正常运行。控制仪器的可靠度数学模型为：

R控制()=R磁探头()·R转换开关()

·(1-(1- R主控器Ⅰ())·(1- R主控器Ⅱ()))

监控分系统为串联系统，任意一个功能单元出了问题，都将影响总系统的正常工作。所以监控模块的可靠度数学模型为：

R监控()= R供电()·R保护()·RX分量报警()·RY分量报警()

·RZ分量报警()·RF分量报警()·RF分量信号()·R转换()

电源模块分系统为串联系统，八路电源模块分别执行不同的功能，因此，任意一个电源模块出了问题都将影响总系统的正常工作。所以电源模块的可靠度数学模型为：

R电源()= R电源1()·R电源2()·R电源3()·R电源4()

·R电源5()·R电源6()·R电源7()·R电源8()

2.2 失效率的计算

失效率的数学表达式：

式中：λ——总的失效率；λpi——第i种元器件的工作失效率；Ni——第i种元器件的数量；N——不同的通用元器件的种类数

1）控制仪失效率的计算

表1 控制仪失效率

单台控制仪失效率为：

λ单台控制仪=λ磁强计+λ抗干扰信号处理+λ显示按键操作界面+

λ工作电源供给电路+λ输出处理电路=55.52033

由于两台控制仪互为备用，则

λ控制仪=λ单台控制仪/(1+1/2)= 37.01355

控制=(λ磁探头+λ转换开关+λ控制仪/2)×10-6

③做好河道清障工作。严禁恢复2013年洪水冲毁的违章围堤，按照《松花江流域防洪规划》相关安排，抓紧落实松花江流域干流河道围堤的退人退耕和围堤清除工作；结合灾后重建和江河治理，将河道内居住人员搬迁至安全区域。严格执行涉河项目审批制度，坚决杜绝侵占河道、私建滥建，确保河道行洪畅通和防洪安全。

=(0.0612+0.0264+ 37.01355)×10-6

=37.10115×10-6小时

2）监控装置失效率的计算

监控装置失效率见表2。表2中，a为X分量显示报警单元；b为Y分量显示报警单元；c为Z分量显示报警单元；d为分量显示报警单元；e为 F分量信号；f为缺相、欠压、过压、报警以及保护单元；g为供电单元；h为转换单元。

表2 监控装置失效率

监控装置失效率为：

λ监控=16.70855×10-6小时

3）电源模块失效率的计算

表3 电源模块失效率

λ电源=λ电源模块/(1/8+1/9+1/10)

= 279.67456×10-6小时

综合1)、2)、3)项的计算结果，系统总失效率计算如下：

λ总=λ控制+λ监控+λ电源+λ焊点

=37.101×10-6+16.709×10-6+279.675×10-6

+0.000092×5×0.25×20000×10-6

=336×10-6小时

2.3 平均无故障时间的计算

消磁设备总平均无故障工作时间为：

MTBF＝1/λ总＝2976小时

3 结论

经计算，某新型舰消磁设备的平均无故障工作时间为2976小时，满足标准要求。同时，设备具有报警显示，还具有备件备品插件，在发生故障时，可及时更换。因此从报警到更换备件备品插件，并投入正常运行，完全可以在半小时内完成，因此能满足标准要求。经过严格控制提高元器件本身的可靠性和提高总体可靠性设计，达到规定的可靠性指标是完全可以的。

[1] 陆廷孝. 可靠性设计与分析[M]. 北京: 国防工业出版社，2011.

[2] 杨为民. 可靠性维修性保障性总论[M]. 北京: 国防工业出版社，1995.

Reliability Model and Calculation of Degaussing Equipment of A Ship

Xu Jie

(Naval Representatives Office in Guilin, Guilin 541002, Guangxi, China)

U665.18 TM154

A

1003-4862(2013)10-0026-02

2013-02-03

徐杰（1982-），男，硕士，工程师，研究方向：电磁环境及防护工程。