在多平台上应用的某产品可靠性增长摸底试验设计

赵艳涛，李健

（航天科工防御技术研究试验中心，北京 100854）

引言

在试验经费和进度受限的条件下，从工程实际出发采用没有模型的增长试验方案进行可靠性增长试验，事先拟定了一个符合工程实际的增长计划，对试验的总试验时间和资源统筹安排，工程上一般可以将可靠性要求值分解为阶段值来拟定增长计划。本文中一个产品在两个平台上应用，结合各自的可靠性指标，将两个平台的应力结合来设计剖面和增长方案。

1 两个平台的可靠度要求

同一产品在两个平台上的任务可靠度分别为：

平台A任务可靠度（置信度0.8）：目标值不小于0.998，最低可接受值0.988 2，任务时间22 min。

平台B任务可靠度（置信度0.8）：目标值不小于0.992，最低可接受值0.988，任务时间10 min。

产品在两个平台的任务过程中经受的温度应力、湿度应力、电应力的范围是一致的。产品在两平台执行任务时通电工作并会产生振动。在两个平台下的振动方向相同都为X向，但振动量级不同：振动量级分别如下：

1）平台A在任务包括两个阶段：阶段一、阶段二振动谱型如图1所示。阶段一、阶段二振动谱中W0值及振动持续时间如下：

图1 平台A阶段一、阶段二的随机振动谱型

①阶段一的振动量值为：W0=0.02 g2/Hz；施振时间为2 min。

②阶段二的振动量值为W0＝0.04 g2/Hz，施振时间为20 min。

2）在平台B的任务中振动谱及持续时间如下：

振动谱形如图2，振动量值为：W0=0.03 g2/Hz，W1=0.042 g2/Hz；施振时间为10 min。

图2 平台B的随机振动谱型

2 方案设计

同一产品在两平台上应用，该产品在两个平台上的技术状态完全相同，因此为了节约经费和时间，产品个数为1，可以将两个平台结合起来对该产品进行可靠性增长摸底试验。产品为电子类产品，当增长模型未知，其总试验时间的确定通常采用指数分布的定时截尾方案[1]。

对平台 A和平台 B结合起来进行可靠性增长摸底试验。

式中：

t—任务时间；

R—可靠度最低可接受值；

MTBF—平均故障间隔时间。

式中：

T—按照试验中不出现故障设计的总有效试验时间；

β—使用方风险。

1）平台A，取t=22 min，R=0.988 2，按照公式（1）进行计算，

取β=0.2，按照公式（2）计算得到试验中不出现故障设计的总有效试验时间：T=MTBF×Ln（1/β）=2 983.95 min

对平台A来讲要在总有效试验时间T内执行的任务次数：

2） 平台B，取t=10 min，R=0.988，按照公式（1）进行计算：

取β=0.2，按照公式（2）计算得到试验中不出现故障设计的总有效试验时间：T=MTBF×Ln（1/β）=1 333.6 min

对平台B来讲要在总有效试验时间T内执行的任务次数：

综合平台 A和平台B的任务次数，两平台结合进行任务134次，平台 A进行任务136次，剖面设计中一个循环中有kcycle=24次飞行任务，试验中试验循环次数，即进行5个完整的循环，第6个循环进行到完成16次飞行任务（其中对平台 B来讲在第6个循环中完成14个循环即可）。

3 应力及剖面

两个平台对产品要求的最低可接受值非常接近，产品在两个平台的电应力、温度应力、湿度应力是一致的，产品在两个平台的任务时间、振动应力是不同的，设计剖面时两个平台的电应力、温度应力、湿度应力的设计是完全相同的。任务时间内的振动量值、时间不同，可以考虑在较短任务时间内取两个平台的振动极大值包络，并且保持各自的任务时间不变。

1）电应力

设备工作状态的标称电压为24 V，施加的电应力上限为标称电压的110 %、下限为标称电压的90 %。

设备工作状态的电应力应按以下要求变化：第一个试验循环施加电应力上限，第二个试验循环施加标称电压，第三试验循环施加电应力下限，第四试验循环施加标称电压。四个试验循环的电压变化构成一个完整的电应力循环，整个试验过程中重复这一电应力循环。

2）温度应力

根据产品的使用温度条件要求，热天温度取+60 ℃，冷天温度取-40 ℃，标准天的温度取+15 ℃。在不同温度之间的转换速率均为5 ℃/min。

3）振动应力

平台A和平台B结合起来开展振动条件如下。包括三个振动量级：振动一、振动二、振动三谱型如图1所示。振动一、振动二、振动三谱形值及振动持续时间如下：

振动一如图1，量值为：W0=0.02 g2/Hz；施振时间为2 min。

振动二如图3，量值为W0=0.04 g2/Hz，W1=0.042 g2/Hz，施振时间为10 min。

图3 平台A和平台B任务结合的随机振动谱型

振动三如图1，量值为W0-0.04 g2/Hz，施振时间为10 min。

表1 平台A和平台B任务结合后的一次任务中的振动

将平台A中的阶段二的振动分成振动二和振动三：在振动二中将平台A阶段二和平台B的振动谱形取了极大值包络，时间和平台B的振动时间一致（为10 min）；在振动三中保留了平台A 阶段二的振动谱形和时间 （10 min）。因此对两个平台来讲各自的任务时间保持不变，平台A任务时间22 min，平台B任务时间10 min。

4）湿度应力

热天不工作和热天发射准备及待机两个阶段的湿度为80 %。其余阶段湿度不加控制，但不准有凝露溅落到设备上，不允许试件中有积水。

5）试验剖面

根据平台A 和平台B的使用环境条件和典型任务，结合前面的温度和振动环境参数，合成得到的试验剖面时序表如图4所示。其中：

图4 平台A和平台B任务结合的可靠性摸底试验剖面

①温度稳定时间Tw根据测试确定，为1 h，每个温度下两次任务之间时间间隔为Tw。

②试验时间循环次数：共进行136次融合飞行振动，即进行5个完整的循环后，第6个循环进行到完成前16次结合任务。

③一个循环中经过冷天——标准天——热天三种天气类型，每种天气类型下共进行8次平台A和平台B的结合任务。

4 可靠性评估

采用QJ3217-2000中没有增长模型的可靠性增长试验，并对试验结果的可靠性下限评估[2]：

式中：

MTBFL—平均故障间隔时间；

T—有效试验时间；

r—关联责任故障数；

γ—置信水平。

式中：

t—任务时间；

RL—可靠性增长要求值。

对平台A取任务时间t=22 min，对平台B取任务时间t=10 min,有效试验时间T=nt，其中n为整个试验中的结合任务次数。

6 结束语

本文根据两个平台对同一产品的可靠度要求接近，在两个平台的任务时间不同，但通过同一产品在两个平台的任务结合起来进行方案设计。一次试验结束后可以对两个平台的指标进行回答，节约了费用和时间，取得了非常好的效果。这种可靠性增长试验方案符合我国的国情，在经费和时间不是很充裕的情况下，这种方法易于被设计师系统所接受，还可以考核现阶段产品的可靠性水平[3]。