一种基于研制试验数据的航空机载设备可靠性评估方法与流程

本发明属于可靠性评估领域，具体地说，涉及一种基于研制试验数据的航空机载设备可靠性评估方法。

背景技术：

1、航空机载设备是飞机重要的组成部分，在近几十年的发展中，随着电子信息技术、技术工艺水平的不断提升，航空机载设备的集成度和可靠性水平也越来越高。机载设备可靠性是用户关注的重压通用质量特性，对于结构组成复杂、重要的可修设备，列装部队前需对可靠性进行鉴定，判断是否满足战术技术指标要求。同时，针对航空机载设备研制阶段的可靠性评估可以为装备使用保障措施优化和装备设计改进提供参考，便于实现更全面的可靠性增长管理。

2、目前，在航空机载设备研制阶段常用的可靠性评估方法包括可靠性鉴定试验方法、相似产品分析评估、可靠性综合评估等。其中可靠性综合评估利用研制过程中的各类试验数据，省去了可靠性试验件及试验的成本，且无需高相似度产品的数据基础，能适用于没有历史信息和相似产品信息的新研设备，日益受到青睐。

3、可靠性综合评估在工程应用中存在两方面的问题，一是环境条件的确定与分析，二是评估模型的选取。对于研制基础较好、研制过程中技术状态稳定的航空电子改型设备，其可靠性评估可参考gjb 899a中的评估方法。而针对新研航空电子设备，在研制过程中技术状态变化较多，使用gjb 899a中的评估方法存在评估不准确，难以充分利用设备研制全过程的信息。

技术实现思路

1、本发明的目的是：提出一种基于研制试验数据的航空机载设备可靠性评估方法，通过加速寿命模型获取各种环境下的环境折合因子，综合不同试验信息利用可靠性增长模型进行可靠性评估，可以有效解决机载设备因样本少、可靠性试验周期长、研制试验数据有限、技术状态变化及使用条件多变等限制可靠性评估、阻碍可靠性增长管理的问题，为航空机载设备可靠性提升及鉴定提供有力的数据支撑。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：一种基于研制试验数据的航空机载设备可靠性评估方法，包括以下步骤：

3、步骤s1：可靠性信息收集，收集记录设备从首台样机出产到设计定型前全部的实际使用信息；

4、步骤s2：故障统计分析：对故障信息进行判别、统计与分类；

5、步骤s3：确定基准环境条件：参考设备自身可靠性摸底及鉴定试验、同类历史型号的可靠性摸底及鉴定试验或gjb 899a方法确定的综合剖面中的温度-振动条件确定设备的基准环境条件；

6、步骤s4：确定环境折合因子：采用基于加速寿命模型的环境折合因子计算方法确定环境折合因子；

7、步骤s5：可靠性综合评估：根据采集到的设备的各项试验时间及故障信息的可靠性信息利用环境折合因子折算设备全研制过程的等效工作时间，采用amsaa可靠性增长模型进行可靠性参数评估。

8、所述步骤s1可靠性信息包括样机调试、环境应力筛选、测试试验、环境试验、电磁兼容试验、可靠性摸底试验、外场试飞。

9、所述步骤s1可靠性信息收集，包括以下步骤：

10、步骤s101：收集样机调试、测试试验信息，信息要素包括设备工作时间、调试测试环境条件、故障汇总信息；

11、步骤s102：收集设备环境应力筛选、环境试验信息，信息要素包括设备件号及技术状态、各项试验项目的试验条件、试验时间、检测结果、故障汇总信息；

12、步骤s103：收集设备可靠性摸底试验信息，信息要素包括设备件号及技术状态、试验剖面、试验时间、检测项目、检测结果、故障汇总信息；

13、步骤s104：收集设备外场试飞信息，信息要素包括设备件号及技术状态、试飞科目、设备运行情况、故障汇总信息。

14、所述步骤s2故障统计分析，包括以下步骤：

15、步骤s201：故障判别：判据如下：对于基本可靠性参数评估，凡是责任故障都应纳入统计；对于任务可靠性参数评估，仅将影响任务完成的责任故障纳入统计；

16、步骤s202：故障统计：对统计范围内的故障次数进行合并和统计；

17、步骤s203：故障分类：故障分类方法按gjb/z 77中的方法执行，分别统计a类故障、b类故障的数量及种类信息。

18、所述步骤s202对统计范围内的故障次数进行合并和统计的原则：

19、5)在一次试验中出现的同一设备的间歌性故障或多次虚警只记为一次故障：

20、6)当经分析确认一次试验中出现多个故障模式是由同一零部件或器件的故障引起的时候，则计该次试验为一次故降；

21、7)在有多个零部件或元器件同时故障的情况下，当不能证明是一个故障引起了另一些故障时，每个零部件或元器件的故障均记为一次独立的故障；

22、8)已经报告过的故障由于未能真正修复或未落实技术状态而又再次出现的，

23、应和原来报告过的故障合计为一次故障。

24、所述步骤s203具体为：

25、1)系统性故障：由某一固有因素引起的，以特定形式出现的故障，它只能通过修改产品设计、生产过程、操作程序或其他关联因素来消除；系统性故障通过模拟故障原因来诱发，无改进措施的修复性维修通常不能消除系统性故障的故障原因；

26、2)残余性故障：系统性故障之外，由于某些偶然因素而随机出现的故障，残余性故障一般难以重复出现；

27、3)a类故障：由于经费、时间、技术条件被限制或其他原因，被确定为不进行纠正的那些系统性故障以及所有的残余性故障：

28、4)b类故障：能经济地降低其故障率的那些系统性故障。

29、所述责任故障的界定：符合下列情况的故障记为责任故障，1)由于设计缺陷或制造工艺不良造成的故障，环境应力筛选中由于工艺造成的故障可不计入；

30、2)由于零部件及元器件潜在缺陷致使其失效而造成的故障；

31、3)在软件验收交付后由于软件引起的故障；

32、4)故障原因不明的故障；

33、其余由于误操作、安装不当、监测设备故障、试验条件不当等引起的故障记为非责任。

34、所述步骤s4确定环境折合因子，包括以下步骤：

35、步骤s401：采用arrhenius加速寿命模型计算温度条件的折合因子，计算公式如下：

36、

37、式中：

38、ea为激活能，一般取值范围为0.6～1.2ev，根据产品特点及失效机理进行选取，工程经验值为0.79ev；

39、kt(x，y)为温度条件折合因子；

40、k为玻尔兹曼常数，为8.6171×10-4ev/k；

41、tx、ty为x、y条件下温度，单位为℃；

42、步骤s402：采用逆幂率加速寿命模型计算振动条件的折合因子，计算公式如下：

43、

44、式中：

45、kv(x，y)为振动条件折合因子；

46、vx、vy为x、y条件下随机振动量值，以加速度谱密度表征，单位为g2/hz；

47、m为材料常量，一般航空电子设备取4；

48、对于正弦振动条件，则上式中vx、vy为x、y条件下正弦振动量值以峰值加速度表征，单位为g；m则取值为6。

49、所述步骤s5可靠性综合评估，包括以下步骤：

50、步骤s501：根据折合因子及收集的设备可靠性信息折算设备全研制过程的等效工作时间tss；

51、步骤s502：计算m种b类故障首次故障时间按amsaa模型进行参数估计后的形状参数；

52、步骤s503：采用amsaa可靠性增长模型计算可靠性参数；

53、步骤s504：评估设备可靠性参数区间水平，当置信度为c时，平均无故障工作时间mtbf值区间估计计算公式如下：

54、

55、公式(9)～(10)中：

56、mtbfl：平均无故障工作时间估计值下限；

57、mtbfu：平均无故障工作时间估计值上限；

58、θl(c′,rs)：利用卡方分位数计算的下限调整因子；

59、θu(c′,rs)：利用卡方分位数计算的上限调整因子；

60、c′：单侧概率值；

61、rs：折合后故障数，即考虑故障分类及纠正有效性后的故障数；

62、c：置信度；

63、由于根据amsaa模型折算后的故障数rs不为整数，在计算θl及θu时使用相邻整数故障数进行插值方法进行计算。

64、所述步骤s501等效工作时间tss，折算公式如下：

65、

66、tss＝tsst+tssv(5)

67、公式(3)～(5)中：

68、t0基准温度；v0为基准振动条件；tt0为基准温度条件下的工作时间；tv0为基准振动条件下的工作时间；kt(i，0)为某温度条件下的折合因子；kv(i，0)为某振动条件下的折合因子；ti为某试验条件下的工作时间；tsst为按基准温度条件折合的时间；tssv为按基准振动条件折合的时间；tss为设备全研制过程转换为基准温度及基准振动条件下的折算后总工作时间。

69、所述步骤s502形状参数计算公式如下：

70、当m＞1时，形状参数b的估计如下式所示：

71、

72、当m＝1时，形状参数b的估计如下式所示：

73、

74、公式(6)～(7)中：为按amsaa模型进行参数估计后的形状参数；ti为第i次故障发生时的累积试验时间；m为b类故障种类数；tts为环境折合计算后的可靠性综合评估总有效试验时间。

75、所述步骤s503可靠性参数，计算公式如下：

76、

77、式中：

78、mtbf为平均无故障工作时间；

79、tts为环境折合计算后的可靠性综合评估总有效试验时间，即公式(5)中的tss；

80、rs为折合后故障数，即考虑故障分类及纠正有效性后的故障数；

81、ka为研制过程中a类故障的总数量；

82、kb为研制过程中b类故障的总数量；

83、d为b类故障纠正有效性系数，取值范围一般是0.55～0.85，在没有历史数据的情况下可选用经验数据的平均值0.7；

84、m为b类故障的种类数。

85、本发明技术效果：本发明提出一种基于研制试验数据的航空机载设备可靠性评估方法，通过加速寿命模型获取各种环境下的环境折合因子，综合不同试验信息利用可靠性增长模型进行可靠性评估，可以有效解决机载设备因样本少、可靠性试验周期长、研制试验数据有限、技术状态变化及使用条件多变等限制可靠性评估、阻碍可靠性增长管理的问题，为航空机载设备可靠性提升及鉴定提供有力的数据支撑。