孙林凯

(海军驻上海704所军事代表室，上海 200031)

维修理论

机电设备可靠性考核试验步骤分析

孙林凯

(海军驻上海704所军事代表室，上海 200031)

机电设备可靠性鉴定试验是武器装备定型的重要组成部分，机电设备可靠性试验缺乏明确的标准规范，复杂设备可靠性试验考核受到时间和经费的制约，机电设备的形式多样很难有统一的考核方法。文章通过分析关键可靠性单元对设备可靠性影响，提出了可简化设备的可靠性考核方案，给出了机电设备可靠性试验考核的基本步骤，为机电设备的可靠性试验考核提供参考思路。

机电设备；可靠性试验；浴盆曲线；定时截尾试验

新设计的机电设备一般需要进行可靠性鉴定试验，完成可靠性考核才能正式使用，可靠性鉴定试验是武器装备定型试验的重要组成部分，进行可靠性鉴定试验也是验证武器装备的可靠性是否达到研制总要求和研制合同中规定的指标的重要途径，试验结论是产品设计定型的依据之一。

GJB 899A—2009《可靠性鉴定和验收试验》是目前武器装备进行可靠性鉴定试验的标准依据，标准提供了服从指数分布的可靠性鉴定试验统计方案。统计方案的选择是基于设备故障率服从指数分布的情况，然而很多机电设备的故障率并不服从指数分布。

机械设备的种类、形式、结构千差万别，各自完成可靠性考核的方法也各不相同，复杂的大型设备可靠性试验的费用十分昂贵，有些设备的设计寿命几万小时，可靠性试验只做1 000 h，不能考核设备的真实寿命，只能解决设备早期故障的问题[1]。有些设备存在明显的薄弱环节，故障多集中在这些环节，解决这些关键部套件的可靠性问题，又受到现阶段技术制造水平的制约。有些设备是在不断的腐蚀和老化中失效，在研制阶段进行的可靠性试验也只是在有限时间内进行，不能反映出这些设备的真实可靠性。

本文通过对设备可靠性的分析，力求找到一个切实可行的考核步骤，为装备可靠性考核工作提供借鉴。

1 机电设备可靠性分析

1.1 薄弱部套件对机电设备可靠性影响分析

机电设备往往存在薄弱的环节，设备故障容易在该环节出现，复杂的机电设备是由很多单元串联组成。

对于串联系统整个设备的可靠性R为：

(1)

式中：R为设备可靠性；Ri为第i个单元的可靠性。

表1为某机电设备单元可靠性的指标。

表1 某机电设备单元的可靠性指标 h

由表1中的数据可知，第4个单元为整个设备的薄弱环节，计算设备的平均故障间隔时间(MTBF)为：

(2)

式中：MTBF为设备的平均故障间隔时间，h；MTBFi为第i个单元的平均故障间隔时间,h。

通过分别提高每个单元的平均故障间隔时间，来计算设备的平均故障间隔时间，从而分析每个单元可靠性对设备可靠性的影响。具体公式为：

(3)

式中：Ai为第i个单元增加的平均故障间隔时间，h,当分析第i个单元时，Ai变化，其余的平均故障间隔时间不变。计算得到数据见表2。

表2 单元可靠性提高对设备可靠性的影响 h

根据表2绘制图形如图1所示。从图1中可以看出，各个单元可靠性对设备的影响有很大的区别，单元4对设备可靠性影响最大，单元5对设备可靠性的影响最小。因为单元4的可靠性不高，平均故障间隔时间最小，因此单元4是制约设备可靠性的关键环节，该单元可靠性的改善可以大幅提高设备的可靠性，而单元5本身可靠性较高，该单元可靠性的提高对设备的可靠性贡献不大，因此在可靠性考核中更应该关注机电设备的薄弱环节。

图1 单元可靠性提高对设备可靠性的影响

1.2 可简化的机电设备单元可靠性考核

机电设备的单元如果能够简化并通过试验台架的设计进行长时间的可靠性考核，就可以借鉴GJB 899A—2009中设备可靠性考核的方法，采用定时截尾试验的方法对设备进行考核。

定时截尾试验[2]是指事先规定一个试验时间，当试验达到所规定的时间就停止。假设在一批数量为N的产品中，任意抽取数量为n的样本，规定试验截止时间为T0。进行可靠性试验，设出现故障的序号为r，记录第r个故障发生的时刻Tr，如果到规定的截止时刻T0还没有出现r个故障，即Tr≥T0，则判定可靠性试验合格或接收；如果在规定的试验截止时间T0以前，已出现r个故障，即Tr

在不同的决策风险和鉴别比下，可靠性试验的时间有很大的区别，试验时间较少时会承担较大的决策风险，即增大了接受不合格产品和拒收合格产品的风险。

机电设备的可靠性单元如果能够在时间和费用上允许的情况下，且设计了较好的试验方法，就应该尽量采用决策风险较小的方案，对设备的可靠性单元进行充分的考核验证。

1.3 磨损腐蚀失效型设备的可靠性分析

对于有些机电设备是在不断的磨损、腐蚀、老化中失效，故障率表现为浴盆曲线，如图2所示。

图2 故障率浴盆曲线

设备的故障分为早期失效期、偶然失效期、耗损失效期，对于机电设备的可靠性考核往往受制于时间和经费等条件的限制，开展可靠性考核试验不可能将设备运行进入耗损失效期，而只能将设备运行进入稳定的偶然失效期，可靠性考核并不能说明设备的寿命，但可靠性考核能够解决由于设计错误、工艺缺陷、装配或生产质量问题等早期故障。

对于这些类型的机电设备，可靠性考核不是针对设备的寿命进行考核，而是解决设备的早期故障，使设备进入稳定运行期。

2 可靠性考核思路

2.1 复杂机电设备可靠性单元分解

对复杂的机电设备做系统的可靠性试验，要花费较大的人力财力，如果故障出现在不同的可靠性单元，且又受到系统可靠性试验时间的限制，并不能充分验证单个单元的可靠性，对于系统可靠性考核鉴定也并无实际意义。因此对复杂机械设备进行可靠性单元的分解十分重要，将设备分解成独立的可靠性单元，分解的原则应该是有利于单元可靠性试验的设计，设计相应的可靠性试验的台架，花费较少的时间和财力对单元可靠性进行考核。对于一般的机械设备，设计人员基本能够清楚整个设备的薄弱环节，而薄弱环节对设备的可靠性影响巨大，对这些环节的单独考核验证，花费较少，更能说明整个设备的可靠性。

2.2 关键部套件可靠性试验

对于机电设备的单个可靠性单元，对关键部套件的可靠性验证十分重要，因此需要设计关键部套件可靠性试验的台架。较小的部套件可以生产多个相同设备连续进行试验，可以借鉴GJB 899A—2009中定时截尾试验的方法，设置接受和拒收的条件，全面对该部套件进行考核。只有单个设备做可靠性试验时，应该安排足够次数或时间的考核试验，若以次数为寿命的设备，应设计能够连续动作且能自动记录次数的试验台架，如某电磁换向阀门，可用液压和电力进行几万次的换向试验。

2.3 早期故障可靠性试验验证

很多机电设备在研制过程中只生产一台样机，且某些可靠性单元的失效模式为不断的磨损和腐蚀，可靠性也较高，短时间的可靠性试验根本无法验证设备的可靠性，只能解决设备早期故障，对于这类设备可靠性试验的考核也没有必要严格按照统计学的算法去考核设备的可靠性，因为根本就没有足够的资金和时间去长时间的考核。但验证设备早期的可靠性也十分重要，可以验证设备由于安装、生产制造、明显的设计缺陷所造成的故障，对设备进行500 h或1 000 h的可靠性考核试验，尽管不能真正验证设备的可靠性指标，但能够很大程度上解决设备的早期故障，使设备进入稳定运行的状态。

2.4 机电设备后期可靠性数据收集

很多机电设备在出厂时所做的运行试验、可靠性试验，在理论上并不能作为验证其可靠性的依据，因此军代表对设备的可靠性的考核不能在设备出厂后就结束，而必须要求关注设备在使用过程中的可靠性数据，通过使用过程的可靠性数据对设备的最终的可靠性进行考核。机关可以将合同中部分经费留作可靠性数据收集以及可靠性评估的专用经费，军代表对设备生产单位是否完成可靠性数据和评估工作进行监督，完成对装备最终的可靠性考核，从而督促厂所重视可靠性数据收集工作，通过对数据的分析找到提高设备可靠性的改进方向。

3 可靠性考核步骤

根据机电设备可靠性的特点，以及关键可靠性单元对设备可靠性影响的分析，参考电子设备，依据统计理论的可靠性考核方法，给出了机电设备可靠性考核的思路和步骤，具体步骤如图3所示。

图3 可靠性考核步骤

第一步：对整个设备，进行可靠性单元分解，尽可能分解为多个独立的可靠性单元，并且有利于可靠性试验设计。

第二步：可靠性单元分析，判断可靠性单元进行统计学的可靠性验证的可行性分析。

第三步：单元可靠性试验设计，并不是所有的单元都可以设计出合理有效的试验方法，对于可以简化的单元，进行可靠性试验设计，对于不易试验的单元，进行早期的可靠性验证。

第四步：可简化的单元进行统计学的可靠性评估，采用风险较小的试验方案对单元可靠性进行充分验证。

第五步：这个设备早期可靠性验证，通过有限的试验，使设备进入稳定运行期。

第六步：后期可靠性数据收集，根据数据进行

考核评估，从而找到设备可靠性改进的方向。

4 结束语

由于设备本身的特点，很难对机电设备可靠性用统一的考核方法，单单做1 000 h的考核试验，并不能充分考核关键可靠性单元，由于可靠性考核费用巨大，也很难承受长时间的考核。笔者通过分析关键可靠性单元对设备可靠性影响，指出要重点考核关键可靠性单元，针对机电设备的故障率浴盆曲线，且综合考虑可靠性费用等因素，提出通过早期失效考核的办法，使设备进入稳定运行期，并通过后期的可靠性数据的收集充分考核设备的可靠性，为设备的可靠性设计提供思路。并通过可靠性考核的几个关键步骤来保证机电设备可靠性考核的有效性，为装备可靠性考核工作提供借鉴，为机关决策提供思路。

[1] 何正嘉，曹宏瑞，訾艳阳，等.机械设备运行可靠性评估的发展与思考[J].机械工程学报，2014，50(2)：171-186.

[2] 刘美玉，张永庆，路靖.定时截尾与序贯截尾可靠性试验方案分析比较[J].装甲兵工程学院学报，2008，22(3)：13-16.

Mechanical and electrical equipment reliability evaluation test is an important part of qualification test.It’s difficult to form unified assessment methods for such reliability evaluation test because of multitypes of mechanical and electrical equipment,and complex tests under the restriction of time and money.In this article,the influence of the key unit is analyzed to the equipment reliability.Some reliability evaluation schemes are put forward,which can make tests simplified,together with the basic steps.It provides reference for the reliability evaluation test of mechanical and electrical equipment.

mechanical and electrical equipment;reliability evaluation test;bathtub curve;truncation test regularly

孙林凯(1984-)，男，河北晋州人，工程师，博士，研究方向为设备可靠性。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2016.06.015

2016-06-28