刍议应力分析的导弹测试设备可靠性预测论文_王振宇,王林

摘要：本文采用应力分析法对某型导弹测试设备开展故障预测工作，希望能够给予同行业工作人员提供相应的参考价值。

关键词：应力分析；导弹测试设备；可靠性；预测

由于现代导弹测试设备越来越精密、复杂，设备可靠性必然对测试设备的整体性能产生至关重要的影响，因此对导弹测试设备开展可靠性预测是提高装备完好性和使用可靠性的有效举措，对导弹装备保障以及提升部队战斗力有着重要意义。可靠性预测根据组成系统的元件、组件、分系统的可靠性来推测系统的可靠性，是一个从小到大、由下向上的综合过程，通过发现系统中的薄弱环节，为装备维护使用的过程控制提供依据。

1应力分析法的基本原理

应力分析法适用于电子类产品的可靠性预测，适用阶段包括详细设计阶段以及产品交付使用后阶段。采用应力分析法需要考虑元器件的品种、质量水平、工作应力及环境应力等因素，而元器件在不同应力条件下其失效率是不同的，通常这些应力主要是电应力和环境应力。元器件应力分析法较全面地考虑了电、热和其他气候、机械环境应力等因素对元器件失效率的影响。它通过分析设备上各元器件工作时所承受的电、热应力并了解元器件的质量等级，承受电、热应力的额定值，工艺结构参数和应用环境类别等，利用产品技术手册所给出的数值和失效率模型，来计算各元器件的工作失效率，最终根据产品中元器件数量将这些故障率相加得出整个产品的可靠性，由此预测设备的可靠性水平。本文利用应力分析法对某型导弹测试设备进行可靠性预测。

元器件应力表达式为，式中λp为该元器件失效率（以下失效率单位皆省略10-6/h）；λb为基本失效率；πE为环境应力系数；πQ为质量系数。假设系统由M个元器件串联组成，则系统的失效率为。

2各种元器件可靠性预测

2.1继电器可靠性预测

2.1.1非工作状态下失效率模型

根据国军标GJB/Z-108A-2006《电子设备非工作状态可靠性预计》，继电器非工作失效率模型为，式中λNb为产品非工作状态基本失效率，λNb=0.021（固体继电器）；πNE为产品非工作状态环境系数（以下环境系数都针对潜艇内环境），πNE=5.0；πNQ为产品非工作状态质量系数（以下质量系数都针对A1级产品），πNQ=0.3。则单个继电器的失效率λNP=0.0315。

2.1.2工作状态下失效率模型

继电器工作状态失效率模型如下：，式中λb为工作状态基本失效率，λb=0.225；πE为工作状态环境系数，πE=6.3；πQ为工作状态质量系数，πQ=0.15；πL为成熟系数（符合相关标准，已稳定生产），πL=1；πC2为结构系数，πC2=N(1.1)N−1==2.2，其中：N为平均输出电路数，N=2；πP为封装系数（气密性封装），πP=0.4；πS为电应力系数，πs=πSIπSV，其中：πSI为输出电流系数，πSI=1.0；πSV为瞬态电压系数，πSV=1.0。则有：λP=0.1871。

2.2接插件可靠性预测

2.2.1非工作状态下失效率模型

单个接插件非工作状态下失效率模型为，式中bλ=0.009；πE=2.5；πQ=0.2；πP为接触件系数（30个接触件），πP=5.6；πK为插拔系数（插拔频率≤0.05），πK=1.0；πC为插孔结构系数（针孔），πC=0.3，则单个接插件平均失效率为λP=0.0076。

2.3开关可靠性预测

2.3.1非工作状态下失效率模型

单个开关非工作状态下失效率模型为，式中λNb=0.033（触点电压≥50mv）；πNE=4.0；πNQ=0.35。则λNP=0.0462。

2.3.2工作状态下失效率模型

开关工作状态下失效率模型如下：，式中λb1=0.001（按钮），λb2=0.06（单刀双掷）；πE=4.0；πQ=0.3；πL为触点负载系数（阻性，πL=0.5），πL=1.48；πCYC为开关速率系数，πCYC=1.0。则有：λP=0.1083。

2.4指示灯可靠性预测

2.4.1非工作状态下失效率模型

参考国军标GJB/Z-108A-2006《电子设备非工作状态可靠性预计》提供的数据，可知氖指示灯的失效率λNP=0.168。

2.4.2工作状态下失效率模型

指示灯工作状态下失效率模型如下：，式中λb（氖灯）=0.26；πE=2.5；πU为利用率系数（A1产品），πU=1.0；πV为额定电压系数（额定电压24V），πV=7.6。则有：λP=4.94。

3某导弹测试设备可靠性预测

以某型导弹测试设备中的核心设备测试控制台为例，该测控台主要包括56个各型继电器（6JPXM型继电器26个，JPC-023M型继电器28个，4JGXM-3型2个）、18个对外连接的接插件、44个各类按钮、54个各类指示灯等元器件。采用应力分析法，根据上面各种元器件可靠性预测数据，最终统计得到的该导弹测控台元件失效率如表1所示。

从表1可以看出，指示灯的失效率最高，应该重点维护；电连接器的失效率最低，可适当减少维护。由表1可知，该导弹测控台的可靠性模型为

某部该型测控台从入役至2018年，在2014年底前主要根据以往故障维修经验采取维护保养措施，管理方式相对粗放，自2015年引入可靠性预测及失效曲线开始科学细化设备管理工作，使测控台使用、贮存、保养、维修过程系统化、规范化。根据测试任务量，合理制定开机使用时间，减少空转、频繁启停机次数；对设备的耗材使用登记造册并且按月统计，以节约成本消耗；根据元器件可靠性预测及失效曲线，结合以往维修情况，合理预判元器件先后故障失效时间，提前精准购置备件力主自主维修，减少不合理备件储备，降低厂家临时派人维修次数及费用，最终降低维修支出和故障停机时间，提高设备使用效率。比较2014～2016年3年的设备维护统计数据可以看出：到2014年该设备已经经过多年使用，引发故障多是由于元器件损坏，造成设备开机时间少。而未能在维修当天修好的原因是：a）有些元器件故障叠加使得设备故障加剧，需要厂家技术人员上门维修；b）损坏元器件没有备件替换，等待采买。2015年后，由于逐步引入可靠性预测及失效曲线，提前合理购置并且替换相应元器件，设备故障发生率逐年下降，维修支出也得以降低。

结语

综上所述，本文采用应力分析法进行导弹测试设备的可靠性预测，不但能够较好地实现导弹测试设备的故障预测与健康管理，还可以广泛应用到其他电子类设备的维护保障中。

参考文献

[1]吴进煌,戴邵武,徐胜红.基于可靠度预测模型的导弹贮存寿命分析方法[J].海军航空工程学院学报,2005,20(4):477-479.

[2]曲晓燕,范庚,马登武.基于相关向量机的导弹贮存可靠性预测方法研究[J].计算机测量与控制,2013,21(11):3021-3022.

论文作者:王振宇,王林

论文发表刊物:《电力设备》2019年第24期

论文发表时间:2020/4/30