基于CARMES软件的信标可靠性分析.pdf
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1、2023 年 9 月基于软件的信标可靠性分析吴岳1袁束梦瑶2(1.青岛领鲸海洋工程有限公司,山东 青岛 266000;2.哈尔滨工程大学青岛创新发展基地,山东 青岛 266000)【摘要】为了量化设备寿命及可靠性袁通常对待检测的设备进行建模袁通过六性协同工作平台渊简称野CARMES冶冤软件产品库的数据查询袁找到合适的可靠性数据袁从而实现对目标设备的可靠性预计遥 针对一款国产水声信标渊简称野信标冶冤进行可靠性分析袁利用 CARMES 软件的可靠性预计以及可靠性建模等功能袁构建系统树袁设置电应力以及温度缺省值袁在特定环境下实现了对信标的可靠性分析袁对信标的可靠性进行了量化遥 可靠性分析结果表明袁信
2、标的可靠性符合预期要求遥【关键词】可靠性分析曰可靠性建模曰信标【中图分类号】TB114.3【文献标识码】A【文章编号】1006-4222(2023)09-0001-040 引言在当今社会,随着科技的不断进步,军队对其所采用设备的要求日益提升。近年来,可靠性、维修性、保障性、测试性、安全性以及环境适应性(简称“六性”)的重要性受到广泛关注,对于六性指标的准确评估,已经逐渐成为现代军工产品设计和定型的重要依据之一。由于产品具备系统复杂、高投入、高风险以及对社会产生重大影响的特征,无论是在型号研制还是在产品生产过程中,都必须高度重视质量和可靠性。因此,必须采用科学有效的技术和管理手段,以预防为主、加
3、强内部控制以及及时纠正措施,以应对已经出现或潜在的产品故障,确保产品的高质量和高可靠性,保障型号研制和产品生产的高效与高成本效益。随着六性分析在装备的评估中越来越重要,许多装备出厂时都要配备六性分析报告,本文针对一款国产水声信标(简称“信标”)进行了可靠性分析与评估。1 六性分析1.1 六性的定义六性包括可靠性、维修性、保障性、测试性、安全性、环境适应性,相关定义可见 装备质量管理术语(GJB 1405A2006)、装备测试性工作通用要求(GJB 2547A2012)和装备环境工程通用要求(GJB 42392001)等文件1。1.2 六性的要求六性的要求包括定量要求和定性要求。定量要求一般表现
4、为提供一系列可以量化要求的设计指标,如平均故障间隔时间等。定性要求体现为特定产品工艺或工艺设计等方面的非可量化设计要求,如冗余工艺设计指标等2。六性分析的要求如表 1 所示。2 CARMES 简介六性协同工作平台(简称“CARMES”)是工业和信息化部电子第五研究所可靠性数据中心于 1995年自主研发的软件,全面涵盖六性建模、分析、设计、测试评价等工作项目,包括 50 多个功能模块及配套数据库,有助于构建企业级六性协同工作环境,实现模型与六性的信息化设计,满足各类军种和武器装备的六性设计分析与管理工程需求,实现了管理与设计工具的高度集成,已广泛应用于航空航天、工程物理、兵器、通信等领域。3 可
5、靠性分析3.1 概述系统可靠性优化设计的目的是使系统尽可能满足已规定的系统可靠性指标要求,同时实现其他所需功能,使系统的产品技术性能、重量指标、制造成六性定量要求定性要求可靠性任务可靠度,平均故障间隔时间冗余设计,简化设计维修性维修平均时间,维修度可达性设计,标准化和互换性设计保障性固有可用率,备件满足率人员保障,供应保障测试性故障检测率,故障隔离率测试可控性,测试观测性安全性风险指数能量安全性,操作安全性环境适应性具体的工作条件电磁兼容性,防腐蚀性表 1 六性分析的要求通信设计与应用12023 年 9 月本和使用寿命之间完美协调,使产品应用获得最佳效果;或者是设计制作出受自身性能、重量、成本
6、、寿命期限以及其他参数要求约束的高可靠性系统。系统可靠性设计方法主要包括可靠性预计。可靠性预计是根据产品最基本部件或元器件的可靠性数据,自上而下进行,通过比较计算,使所设计的产品达到整体可靠性指标要求。3.2 可靠性预计通常,信标由多个层次组成,包括系统、子系统和元器件等。根据不同层次的可靠性要求,采用系统可靠性模型,从最底层开始逐层推导,以预测系统的可靠性水平3。从技术理论层面分析,只有在新产品经过大量产品寿命测试并检验合格后,才能获得完整的产品出厂可靠性数据,但在实际生产环境中,通过测量新产品出厂可靠性数据来保证产品出厂的绝对可靠性是一种非常不经济的方法。因此,有必要考虑在产品制造成功之前
7、就控制、预测产品设计可靠性,即在新产品的前期设计准备阶段控制、预测设计可靠性。可靠性预计可以用于分析和评估产品设计的可靠性,并综合评判该产品技术是否已满足相关的可靠性要求,有助于权衡和优选不同的设计方案,同时也为产品的可靠性分配提供信息支持。通常情况下,在初步设计方案论证阶段和工艺技术设计方案评审之前,会完成一个初步、全面的设计可靠性预计。在工艺初样设计阶段技术评审之前,会进行更详细和全面的产品可靠性预计。在工艺试样阶段,如果产品的设计技术状态发生了变化,需要重新进行可靠性预计。这种可靠性预计不仅可以单独生成报告,也可以整合到方案设计报告或相关的计算分析报告中,为可靠性分配提供参考。本文采用的
8、 CARMES 软件自带的元器件数据库中,储存着元器件以及各种微控制器的可靠性数据,可以为后续的可靠性预计及分配提供依据。这种预计方法即收集数据预计法4。3.2.1 系统树构建(1)添加根目录节点,并命名为信标,产品层次勾选“所有系统”,作为系统树的主干。(2)根据电路各部分组成,在根目录下添加子节点,分别命名为模拟接收、模数转换、信号处理、内部连接和对外接口,并且类别勾选“组件”。(3)根据电路图中的元器件,选择添加合适的型号,构建出信标的系统树。元器件大多采用符合国家军用标准的元器件,所有元器件添加完毕,系统树即构建完毕。3.2.2 元器件计数可靠性预计法元器件计数可靠性预计法是一种早期预
9、计法,这种方法在产品原理图基本形成、元器件清单初步确定的情况下运用。用元器件计数可靠性预计法计算失效率的公式如下:姿设备=ni=1移Ni姿Gi仔Qi。(1)式中:姿设备设备总失效率;姿Gi第 i 种元器件的通用失效率,即在特定环境类别中,在通用工作环境温度和常用应力条件下的失效率,国产元器件的通用失效率可以通过软件查询获取4;仔Qi第 i 种元器件的通用质量系数;Ni第 i 种元器件的数量;n设备所用元器件的种类数。3.2.3 元器件应力分析可靠性预计信标及其部件的基本可靠性模型是串联模型,其中各单元的寿命符合指数分布,其采用的数学模型如下:姿=姿b仔E仔Qni=1仪仔i。(2)式中:姿b基本
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