基于MTBF电气自动化控制设备可靠性测试的改进

来源:用户上传      作者: 吴钰琳

　　[摘要]应用MTBF测试法对这些数据进行详细地分析与综合,可对该产品在该阶段的可靠性水平作出定量评价,从而判断该产品是否达到或满足设计要求的可靠性水平。
　　[关键词]MTBF测试法电气自动化可靠性
　　中图分类号:TP2文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1210027-01
　　
　　一、MTBF保证试验方法综述
　　
　　(一)基本思路
　　当新产品研制完成时,首先需进行可靠性预计,预计结果必须大于目标值的两倍以上,以确保其固有可靠性(理论值)能达到设计目标,否则认为设计不合格;然后利用FMECA分析法或FTA分析法进行详细的故障分析,并制定相应的改进措施,以及详细的可靠性增长试验计划,以保证其固有可靠性能够实现。
　　对产品进行调试,可先进行单元调试(模板或组件),然后进行整机调试,将所有相关信息详细记录下来。假定产品寿命服从指数分布规律,利用可靠性结构模型(指数串联模型),对各单元及整机的试验数据采用概率统计方法,进行分析与综合,计算出产品的可靠性特征量的估计值,与设计目标值进行比较,作出是否达到设计目标的判定。
　　(二)故障判据
　　1.相关故障。产品硬件在规定的条件下运行,任何机械部件、电子元件的破裂、损坏以及使仪表丧失规定功能或性能参数超出所要求的指标范围的现象,均作为硬件相关故障计算。产品软件中的任何缺陷或错误导致仪表软件不能完成规定功能或输出参数超出所要求的性能指标范围的现象,均作为软件相关故障计算。具体仪表由供需双方协商制定相应的包括软、硬件在内的故障判据。2.非相关故障。由于试验设备、测试条件或其他人为因素引起的故障,作为非相关故障,不计入故障数内。
　　(三)试验方法
　　1.采用应力分析法或计数法进行可靠性预计。预计结果应不小于目标值的两倍,否则须改进设计,提高其固有可靠性。2. 采用FMECA或FTA分析法进行故障分析,应对仪表可能发生的故障模式、故障机理及相互关系分析透彻,并制订相应的改进设计和纠正措施,以防止同类故障再度发生。3.进行功能和性能试验,以确定产品已经具备了规定的功能和性能要求。4.调试过程的监督管理包括:调试应按相关产品技术条件的规定执行;确定仪表的具体调试参数和故障判据;确定调试开始时间与截止时间;详细记录调试过程中的所有相关信息,对发现的故障进行详尽分析,并立即采取改进措施。
　　
　　二、试验方案的设计
　　
　　(一)试验目的。现场可靠性试验可以真实地反映设备在实际使用条件下可靠性水平。设备在现场使用时,往往会遇到比试验室模拟条件下更为复杂的使用环境,由此而产生的设备故障和问题可能也就越多,所以其测试数据的真实性是完全可信的,通过现场测试,可以达到如下目的:
　　1.收集现场可靠性数据,进行可靠性评估,为制定合理的可靠性考核指标提供依据。2.收集现场的可靠性数据经过数理统计后得到可靠性数据指标(MTBF)。3.收集设备上元器件的可靠性数据,为今后元器件的使用提出可靠性指标。4.对设备的寿命特性进行考查,可帮助确定出厂时设备进行的烤机时间。5.收集现场的设备维修性数据,进行维修性评估。
　　(二)试验的条件。本测试方法首先要求设备生产厂管理制度比较完善,工艺条件比较稳定和成熟,元器件进货渠道比较正规,制造的产品有品质保证。对于用户工厂(被测试设备的使用厂),要求设备的工作条件符合产品的技术标准,最好是用户使用的电控及自动化设备量比较多一些,以使统计数字更为可靠。
　　(三)试验的有效保障
　　为了提高现场可靠性测试的置信度,我们进行以下几个方面工作:
　　1.试验场地的选择。主要考虑的是要有代表性。我国幅员广阔,地形落差悬殊,气候多样,所以我们选择的场地既有南方湿热地区,如:南昌、杭州。也有典型的北方气候,如:济南和高海拔的干旱地区如:天水等。这些场地的确定基本上考虑到我国不同地区、不同气候,具有一定的代表性。当然对于场地的选择还要遵循一定的原则,即:如果要考核可靠性水平不低于某一指标时,应选择最严酷的试验场地等。
　　2.试验环境的选择。由于电控产品的工况差异很大,我们选择了非恶劣的场地,设备工作在一般应力下,以保证测试的客观性,而且现场实际工作有比较严格的规章制度,能够较严格地按照设备操作规程进行生产的企业。
　　3.试验产品的选择。这方面要结合本行业的特点要有典型性,包含的品种要多。以我们为例,我们选择有大型轧机电控设备、造纸机电控设备、纺织机电控设备、矿井提升机电控设备。从性质上讲,产品属性有大型设备,又有中、小型设备;从工作运行情况看,既有连续运行设备又有间断运行设备;就系统而言,既有复杂系统,又有简单系统。并且重工业、轻工业兼顾,可以说基本上覆盖了本行业的产品特性。
　　4.试验程序的选择。要有一个统一的试验程序,并由现场试验人员严格执行,如:试验起始结束时间,时间间隔的确定,数据的采集,各种性能指标的记录,故障情况的记录,故障的排除等,都应有严格规范。这样才能保证测试的准确性、可信性。
　　(四)测试数据的收集
　　首先开展了以摸清典型国产电控及自动化设备平均无故障工作时间MTBF这一可靠性重要指标为目的的现场测试工作。在这里,比较重要的工作是确定故障的分类、故障的模式和故障严重性的分级等工作。另外,我们也收集了设备的其它一些可靠性数据,为今后合理地制定设备的可靠性指标作了准备。
　　(五)可靠性数据统计分析计算
　　依据收集到的可靠性现场原始数据,按照电控设备可靠性指标体系的要求,进行统计、计算有关可靠性特征量。根据我们所收集的数据,通过统计计算表明:典型的国产电控及自动化设备的平均无故障工作时间MTBF为10000h左右。通过测试也表明了现场可靠性测试方法对电控及自动化设备产品是适用的。
　　
　　三、实例分析
　　
　　某现场总线智能变送器可靠性设计目标是达到行业优等品水平,即平均无故障工作时间达到2.5万小时。该产品由传感器、放大板、转换板、通信卡和液晶显示器组成,设计完成后开始对3台样机各单元分别进行了2个月(60天,每天8h)调试,然后对整机进行了1个月(30天)的调试,将发现的故障记录在表4中,立即采取相关措施,进行改进设计。
　　收集数据:r1'=0,r2'=0,r3'=0,r4'=0,r5'=2,Ti'=480h,r'=1,
　　T'=240h。
　　利用数学模型,得到:T''=480h,r''=2。
　　根据数学模型:设产品整机调试试验数据为(r',T'),则得产品总
　　
　　的试验结果r=r'+r得到:r=3,T=720h。
　　再根据数学模型,取a=0.1,查表得到,于是有:mL=1440/2.204=
　　653.36h。
　　查有关数据,当a=0.1时,区间估计下限系数pL为0.263,可得:MTBF(点估计值)=653.36/0.263=2484.26(h)<1.5万小时。
　　所以,该样机未达到样机鉴定阶段设计目标要求,还需要进一步改进提高。
　　参考文献:
　　[1]王玮,MTBF保证试验应用条件及风险分析[J].海军工程大学学报,2002(6).
　　[2]邹一,电气传动及自动化控制设备可靠性测试方法的探讨[J].电气传动,2002(1).

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