失效率預(yù)計(jì)法在產(chǎn)品開發(fā)中的應(yīng)用

1、失效率預(yù)計(jì)法在產(chǎn)品開發(fā)中的應(yīng)用文件管理序列號(hào)：K8UY-K9IO69-O6M243-OL889-F88688失效率預(yù)計(jì)法在產(chǎn)品研發(fā)中的應(yīng)用同長(zhǎng)虹12黃建龍1李菊生2李炳峰2(1 .蘭州理工大學(xué)機(jī)電學(xué)院，蘭州，7300502.蘭州城市學(xué)院機(jī)械檢測(cè)與故障診斷研究所，蘭州.730070) 摘要：介紹了失效率預(yù)計(jì)法的應(yīng)用特點(diǎn)和方法步驟，并利用失效率預(yù)計(jì)法對(duì)直升飛機(jī)升降舵和方向舵控制系統(tǒng)進(jìn)行了具體應(yīng)用，結(jié)果表明，在重大產(chǎn)品詳細(xì) 設(shè)計(jì)研發(fā)階段利用該方法對(duì)產(chǎn)品的可靠性進(jìn)行評(píng)價(jià)是非常有效的，而且該方 法具有一定的通用性，既適用于評(píng)價(jià)電子產(chǎn)品，也適用于非電子產(chǎn)品。關(guān)鍵詞：失效率預(yù)計(jì)法；直升飛機(jī)；伺服系統(tǒng)；可靠性

2、評(píng)價(jià)分類號(hào):TH113. 2:TH391.9文獻(xiàn)表示碼:ATheModelingandSimulatingonPositionControlSystemofaMachineTableT ongChang-hong1 'Huang J i an-1 onguangX i ao-peng1(1. CollegeofMechanical-el ectri calEngineering, LanzhouUniversityoftechnology, Lanzhou, 7300502. Instituteofmechanicaldetectionandfaultdiagnosis,Lanzhou

3、CityUniversity, Lanzhou, 730070)Abstract:Thefeaturesandapplicationsandprocessofafailureratepredictionme thodwasrepresented, andthefailureratepredictionmethodwasusedtoaservocont rolsystemofanelevatorandrudderforvertiplane. Theresultindicatesthattheev aluationmethodisQuiteeffectiveindetaildesignstageo

4、fanimportantandlargep roducts, andthemethodcanapplytoevaluatereliabilityofelectronicproductsan dnon-electronicproducts.Keywords:failureratepredictionmethod;vertiplane;servosystem;reliabilityevaluation 作者簡(jiǎn)介：同長(zhǎng)虹，男，1963,博士生，教授，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)與設(shè)備故障診 斷方面的教學(xué)及研究工作。地址:蘭州市安寧區(qū)東路622號(hào)（培黎校區(qū)）郵編:730070E-mail： tch643基金項(xiàng)目：

5、甘肅省教育廳基金資助項(xiàng)目（0611A-01）1 .引言在產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)過程中，如何保證產(chǎn)品的工作可靠性是新產(chǎn)品研發(fā)的關(guān)鍵，同 時(shí)也是問題的關(guān)鍵。當(dāng)產(chǎn)品研制工作進(jìn)行到詳細(xì)設(shè)計(jì)階段時(shí)，一般都需要根據(jù)設(shè) 計(jì)任務(wù)書進(jìn)行可靠性論證，驗(yàn)證產(chǎn)品的工作可靠性是否達(dá)到了工作要求，如果驗(yàn) 證結(jié)果不能滿足規(guī)定要求時(shí)，必須進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，循環(huán)往復(fù)，直到滿足要求。傳 統(tǒng)的做法是先設(shè)計(jì)試制，在進(jìn)行多次反復(fù)的試驗(yàn)和改進(jìn)，直到滿足設(shè)計(jì)要求。這 種方法需要大量的試驗(yàn)成本，很不經(jīng)濟(jì)，因此，在產(chǎn)品研制過程中，研究一種不 用實(shí)物模型試驗(yàn)就能科學(xué)地預(yù)計(jì)產(chǎn)品可靠性的方法將是很有意義的。對(duì)于大型重 要設(shè)備，如飛機(jī)、太空飛行器以及軍用設(shè)備這個(gè)過

6、程更是必不可少的。在研發(fā)過程中進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)，既有利于產(chǎn)品研發(fā)，可以根據(jù)預(yù)計(jì)結(jié)果找到產(chǎn) 品的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)，同時(shí)節(jié)省了大量的試驗(yàn)投入?？煽啃灶A(yù)計(jì)的方法很多， 如性能參數(shù)法、數(shù)學(xué)模型法、相似預(yù)計(jì)法等，各種方法各有特點(diǎn)，應(yīng)用場(chǎng)合也不 同，這里主要介紹失效率預(yù)計(jì)法，又稱為故障率預(yù)計(jì)法。該方法簡(jiǎn)單實(shí)用，而且 適用于任何產(chǎn)品的可靠性評(píng)價(jià)。2 .失效率預(yù)計(jì)法的具體步驟失效率預(yù)計(jì)法是在產(chǎn)品進(jìn)行到詳細(xì)設(shè)計(jì)階段時(shí)對(duì)產(chǎn)品可靠性進(jìn)行估算的一種有 效方法。具體步驟如下（1）根據(jù)產(chǎn)品功能畫出可靠性框圖。（2）按可靠性框圖建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。（3）確定方框圖中各元部件或設(shè)備的工作失效率。（4）系統(tǒng)可靠性預(yù)計(jì)（計(jì)算）。（

7、5）若可靠性不能滿足要求時(shí)進(jìn)行產(chǎn)品改進(jìn)設(shè)計(jì)。其框圖表示如圖1所示。圖1失效率預(yù)計(jì)法的流程圖3 .應(yīng)用實(shí)例以直升飛機(jī)升降舵和方向舵的操縱伺服控制系統(tǒng)為例，計(jì)算并評(píng)價(jià)其系統(tǒng)的工 作可靠性。如圖2為飛機(jī)工作系統(tǒng)的原理圖。圖2直升機(jī)升降舵和方向舵的工作原理圖（1）畫出該液壓系統(tǒng)的可靠性框圖，如圖3所示。圖3可靠性框圖由圖3可以看出，各元件組成串聯(lián)系統(tǒng)。其中，伺服閥和作動(dòng)筒看起來似乎是 并聯(lián)結(jié)構(gòu)，但其功能不同，因此，仍應(yīng)作為串聯(lián)模型。（2）列出各元部件的故障率，并計(jì)算出系統(tǒng)總故障率。各元部件的故障率為 常數(shù)（由統(tǒng)計(jì)資料得到），見表1。表1各元部件的故障率元部件名稱數(shù)量故障率x 10、 l/h總故障率xK

8、T6 l/h液壓油箱15050截流閥21530泵118751875快卸接頭2120240止回閥23060油濾器17070蓄壓器1170170聯(lián)軸節(jié)1205205伺服閥2360720作動(dòng)筒2270540導(dǎo)管與接頭4610460總計(jì)4420由于系統(tǒng)為串聯(lián)系統(tǒng)，且各元部件的故障率經(jīng)統(tǒng)計(jì)表明為常數(shù)，因此系統(tǒng)的總 故障率4為（3）計(jì)算該系統(tǒng)工作時(shí)的可靠度?？煽慷劝粗睂俜植坑?jì)算公式&-=/0當(dāng)時(shí)間.2h 時(shí)，Rs S = e72OxioA2 = 0 99 12按照軍民兩用型直升機(jī)的要求，允許的可靠度為：*（2） = 0.995,顯然沒有達(dá) 到設(shè)計(jì)可靠性要求。（4）進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。改進(jìn)設(shè)計(jì)時(shí)一般選取對(duì)

9、系統(tǒng)可靠性影響最大的元部件，采取的措施為：（1） 設(shè)法提高元部件的可靠性；（2）采用冗余技術(shù)設(shè)計(jì)，即并聯(lián)同樣的元部件。由表 1的數(shù)據(jù)可以看出，整個(gè)系統(tǒng)中最薄弱的環(huán)節(jié)是泵，其故障率所占比例最大，為 1875x10"/ho但目前泵本身的可靠性再提高很難。因此，在系統(tǒng)中對(duì)泵環(huán)節(jié)采用 冗余設(shè)計(jì)，如圖2虛線部分。串聯(lián)部分工作2h的可靠度為：.（2） = eQ35x*2 =0.99554此時(shí)其并聯(lián)部分的故障率如表2。表2各并聯(lián)部分元部件的故障率元部件名稱數(shù)量故障率x 10、 l/h總故障率xlCT6 l/h泵118751875快卸接頭2120240導(dǎo)管與接頭71070總計(jì)2185并聯(lián)部分工作2h

10、的可靠度為：&并=1-1-6-2儂刈?！傲? = 0.99998該今后整個(gè)系統(tǒng)工作2h的可靠度為:顯然，改進(jìn)后可靠度滿足設(shè)計(jì)要求。4.結(jié)論在大型或重要產(chǎn)品的詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，利用失效率預(yù)計(jì)法對(duì)于產(chǎn)品的可靠性進(jìn)行 計(jì)算，并與設(shè)計(jì)要求的可靠性進(jìn)行比較，然后做出可靠性結(jié)論，如果可靠性不足 再進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，這是一種非常有效的方法。該方法無論對(duì)于電子產(chǎn)品還是非電 子產(chǎn)品都是適用的，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中值得推廣利用。參考文獻(xiàn)1王世萍,朱敏波編著.電子機(jī)械可靠性與維修性M.北京：清華大學(xué)出版社.2000. 4, 74-852盧廷孝等編著.可靠性設(shè)計(jì)與分析國(guó).北京：國(guó)防工業(yè)出版社.1995. 9, 78-1003高社生,張玲霞.可靠性理論與工程應(yīng)用M,北京：國(guó)防工業(yè)出版社.2002, 87- 1004WALLACER. BLISCHKEMURTHY. Re1iabi1itymode1ing