闻丽

摘 要：针对当前系留气球可靠性设计的现状，从可靠性参数的选择、指标的确定、可靠性模型的建立、指标的分配、指标的预计、指标的验证这几方面，论述了实现可靠性MTBF指标的定量设计方法和程序，借以推动系留气球工程研制中的可靠性设计。

关键词：系留气球 可靠性 定量设计 MTBF

中图分类号：V240.2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）05（c）-0019-02

当前系留气球的可靠性设计中，虽然用户提出了MTBF的指标要求，但多数产品几乎都没有进行实现MTBF指标要求的定量设计。如何进行MTBF的定量设计？是摆在我们面前的一项重要任务。该文试图通过实现MTBF指标的设计，提供结合系留气球工程设计的可靠性定量设计的程序和方法。

1 可靠性的定量设计

1.1 定义

系留气球的可靠性是设计出来的，可靠性设计分为定量设计和定性设计。满足一定指标要求的可靠性设计是定量的可靠性设计。

1.2 MTBF参数

可靠性定量设计的参数包含平均故障间隔飞行小时（MFHBF）、致命性故障间的任务时间（MTBCF）、平均故障间隔时间（MTBF）等。平均故障间隔时间（MTBF）反应产品对维修人力的需求，根据系留气球的特点和使用要求，通常选取MTBF来作为系留气球可靠性定量设计参数。

2 实现MTBF的方法和程序

从系留气球方案论证开始，就要考虑结合产品设计，展开MTBF的设计步骤：（1）明确系留气球可靠性指标；（2）建立可靠性模型；（3）指标分配；（4）指标预计；（5）指标验证。

2.1 明确系留气球MTBF指标

确定MTBF指标的程序：（1）对进行使用需求分析；（2）对相似现役系留气球的MTBF指标进行统计分析；（3）通过对现有的技术基础和生产水平以及研制费用、进度、预期的使用和保障等约束条件的综合权衡，确定MTBF指标。

2.2 建立可靠性模型

可靠性模型用于定量分配，预计和计算。可靠性模型有两部分组成：可靠性框图和数学模型。

（1）按照系留气球主要有由球体结构、系缆系统、锚泊系统、测控系统、供电系统几部分组成，建立系留气球串联可靠性框图 。

（2）系留气球对应的可靠性数学模型 为：

λ系留气球=λ1+λ2+…+λi （1）

λi为第i（i=1，2，…，n）个系统的故障率。

2.3 MTBF指标分配

系留气球可靠性常用的分配方法有：（1）评分分配法；（2）比例组合法。

2.3.1 评分分配法

选用故障率作为分配参数，从复杂度、技术发展水平、重要度及环境条件方面对各子系统的可靠度进行评分，每种因素的分数在1～10之间。

（1）复杂度为组成最复杂的评10分，反之评1分。

（2）技术发展水平为技术水平和成熟程度最低的评10分，反之评1分。

（3）重要度为分系统重要度最高的评1分，反之评10分。

（4）环境条件为分系统所处的工作环境最恶劣评10分，反之评1分。

计算公式为：

λi*= C i×λs* （2）

λi*为第i个子系统的故障率；C i为第i个子系统的评分系数；λs*为系统规定的故障率。

Ci=ωi/ω （3）

ωi为第i个子系统的评分系数；ω为系统的评分数。

ωi= ri1× ri2×……× rij （4）

rij为第i个子系统，第j（j=1，2，3，4）个因素的评分数；

ω=ω1+……+ωi+……+ωn （5）

MTBFλi*=1/λi* （6）

λi*为第i个子系统的故障率；

MTBFλi*为子系统的平均故障间隔时间；

2.3.2 比例组合法

比例组合法是根据相似老系统中各单元产品的故障率或单元产品预计数据，按新系统可靠性要求，对新系统的各单元按其原有能力成比例的进行分配的一种方法。

（1）获取相似老系统每个组成单元的故障率λi老。

（2）计算新系统中各单元产品故障率λi新*。

λi新*=（λi老×λs新*）/λs老 （7）

λs新*为系留气球规定的故障率；λs老为相似老系统的预计故障率h；λi新*为系留气球组成系统的故障率；λi老为相似老系统组成系统的预计故障率；

MTBFi新*=1/λi新* （8）

MTBFi新*为系统的MTBFi新*。

2.4 MTBF指標验证

系留气球MTBF指标验证一般采用定时截尾试验方案来验证指标满足情况。

（1）根据选取的的试验方案，确定需统计的试验累积总时间。

（2）明确故障判据来统计故障次数。

（3）利用公式（9）计算MTBF的观测值（即点估计值θ）：

θ=T/r （9）

T为受试件累积试验时间；r为责任故障数。

（4）比较MTBF的要求值和观测值大小，可得出系留气球的可靠性是否达到了可靠性定量要求水平。

3 结语

系留气球的可靠性定量设计研究为系留气球可靠性定量设计的参数选择、建立模型、指标分配、指标预计、指标验证提供了一种较为科学的方法；同时，可通过数据统计、计算、分析的结果，有效改进系留气球的设计，从而可以提高产品的可靠性，降低寿命周期费用。

参考文献

[1] GJB 451A-2005，可靠性维修性保障性术语[S].2005.

[2] GJB 813-1990，可靠性模型的建立和可靠性预计[S].1990.

[3] 陆延孝，郑鹏洲.可靠性设计与分析[M].北京：国防工业出版社，1995.