CN109033556A - 结合工艺及可靠性框图的继电器类单机贮存可靠性评估方法 - Google Patents

结合工艺及可靠性框图的继电器类单机贮存可靠性评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种结合工艺及可靠性框图的继电器类单机贮存可靠性评估方法，所述方法将从厂家调研的工艺数据注入到所建立的继电器有限元仿真模型中，得到其输出特性初始分布特性；通过分析继电器类单机实际出现的失效模式及失效机理，建立基于失效物理的退化模型，结合继电器初始分布特性及加速贮存退化试验实测数据，得到具有分布特性的继电器输出特性退化模型；将失效阈值带入继电器输出特性退化模型中，得到继电器贮存可靠度数据，并带入所建立的继电器类单机贮存可靠性框图中，实现对继电器类单机贮存可靠度的评估。本发明解决了小子样问题下继电器类单机贮存可靠性评估准确度低的问题。

Description

结合工艺及可靠性框图的继电器类单机贮存可靠性评估方法
技术领域
本发明属于继电器类单机产品性能分析技术领域，涉及一种继电器类单机贮存可靠性评估方法，具体涉及一种结合工艺及可靠性框图的继电器类单机贮存可靠性评估方法。
背景技术
对于导弹、运载火箭、航天飞机等产品而言，具有“长期贮存，一次使用”的特点。上述产品在长期贮存过程当中，受到贮存环境中温度、湿度、振动、盐雾等的影响，导致其输出特性参数出现不同程度的退化，当输出特性参数超出规定的失效阈值时，产品无法在规定要求内完成指定功能，即出现失效。同时，由于长期处于贮存状态的产品通常是国防武器装备中所需要使用的元器件、单机、系统等，造价相对较高，在经费有限的情况下，无法提供大量样本进行试验，又由于制造工艺的问题，不可避免的导致产品输出特性具有分散性，小子样条件下所得到的结果无法反应产品客观存在的分散特性，进而导致所估计的贮存可靠度、贮存寿命等产品贮存可靠性指标的准确度较低。因此，如何在小子样情况下提高产品的贮存可靠性准确度是一项亟待解决的问题。
继电器类单机因其高可靠、长寿命、控制精度高等特点，广泛应用于武器装备中，主要实现系统配电、信号转换、逻辑控制等功能，其贮存可靠性直接影响所在系统的贮存可靠性。继电器类单机主要由不同型号的继电器组成，其贮存可靠性直接由各底层继电器的贮存可靠性决定。由于产品制造过程对于其贮存可靠性有着巨大的影响，故继电器在生产制造过程当中的工艺数据中蕴含着丰富的贮存可靠性信息。同时，基于系统结构的可靠性框图可以很好地描述产品底层单元之间的可靠性互联关系，进而计算出产品的贮存可靠度。因此，利用有限元软件建立继电器有限元仿真模型，通过注入继电器工艺数据，得到其初始分布特性，结合继电器失效物理模型及试验退化数据，得到具有分布特性的继电器贮存退化模型，结合失效阈值，得到继电器贮存可靠度，通过随机抽样方法抽选出可构成多个继电器类单机的多组继电器组合，并结合可靠性框图，得到继电器类单机贮存可靠度。
发明内容
为了解决在评估继电器类单机贮存可靠性的过程中，由于小子样问题，无法准确反映继电器类单机在退化过程中由于工艺所导致的分散特性，从而无法准确评估继电器类单机贮存可靠性，本发明提供了一种结合工艺及可靠性框图的继电器类单机贮存可靠性评估方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种结合工艺及可靠性框图的继电器类单机贮存可靠性评估方法，包括如下步骤：
步骤一：通过对使用厂家调研，得到继电器类单机实际贮存过程中出现的失效模式，通过失效机理分析，确定基于失效物理的各型号继电器贮存退化模型形式；
步骤二：通过实际跟厂及对生产厂家调研，得到各型号继电器的零件及装配图纸，以及工艺数据；
步骤三：根据步骤二中得到各型号继电器的零件及装配图纸，利用仿真软件分别建立各型号继电器的有限元仿真模型，并将步骤二中得到的各型号继电器工艺数据注入其中，得到各型号继电器输出特性的初始分布情况；
步骤四：针对各型号继电器进行加速贮存退化试验，监测各型号继电器输出特性的贮存退化数据；
步骤五：结合步骤一中得到的各型号继电器贮存退化模型、步骤三中得到的各型号继电器初始分布情况及步骤四中各型号继电器的贮存试验退化数据，利用粒子滤波预测方法，得到具有分布特性的各型号继电器贮存退化模型；
步骤六：根据继电器类单机结构特点，对步骤五中得到的各型号继电器贮存退化模型进行随机抽样，抽选出可构建k个继电器类单机的k组继电器组合；将贮存时间带入，并假设某型号继电器类单机由n个继电器组成，得到n*k个继电器贮存退化数据，根据继电器输出特性的退化失效阈值，计算n*k个继电器的退化失效伪寿命Ll∈{L1,L2,…,Lk}，并对其进行分布拟合，得到继电器寿命分布的概率密度函数f(L)，分别计算得到t时刻的继电器类单机每一位置对应继电器的贮存可靠度数据，得到一组继电器贮存可靠性数据；
步骤七：根据继电器类单机的功能原理及结构特点，建立继电器类单机可靠性框图；
步骤八：将步骤六中所得到的一组继电器贮存可靠度数据带入步骤七中所建立的继电器类单机可靠性框图中，得到继电器类单机贮存可靠度。
相比于现有技术，本发明具有如下优点：
1、本发明基于底层继电器制造工艺数据及可靠性框图对继电器类单机进行贮存可靠性评估，充分挖掘继电器生产制造工艺数据中所蕴藏的贮存可靠性信息，更好地描述了继电器批次产品的分布特性。
2、本发明应用可靠性框图将底层继电器的贮存退化数据转换为顶层继电器类单机贮存数据，有效解决了继电器类单机试验样本较少的问题。
3、本发明在小子样情况下，有效提高了其贮存可靠性评估精度，解决了小子样问题下继电器类单机贮存可靠性评估准确度低的问题。
4、本发明为继电器类单机的贮存可靠性评估提供了一种新的思路。
附图说明
图1是本发明结合工艺及可靠性框图的继电器类单机贮存可靠性评估方法的流程图。
图2是某型号继电器FLUX模型。
图3是某型号继电器释放时间初始分布图。
图4是某型号继电器在170℃时的释放时间退化分布图。
图5是某一位置某型号继电器1000个退化失效伪寿命的分布图。
图6是某型继电器类单机在170℃时的贮存可靠度函数图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
具体实施方式一：本实施方式提供了一种结合工艺及可靠性框图的继电器类单机贮存可靠性评估方法，首先，将从厂家调研的工艺数据注入到所建立的继电器有限元仿真模型中，得到其输出特性初始分布特性；然后，通过分析继电器类单机实际出现的失效模式及失效机理，建立基于失效物理的退化模型，结合继电器初始分布特性及加速贮存退化试验实测数据，得到具有分布特性的继电器输出特性退化模型；最后，将失效阈值带入继电器输出特性退化模型中，得到继电器贮存可靠度数据，并带入所建立的继电器类单机贮存可靠性框图中，实现对继电器类单机贮存可靠度的评估。具体实施步骤如下：
步骤一：通过对使用厂家调研，得到继电器类单机实际贮存过程中出现的失效模式，通过失效机理分析，确定基于失效物理的各型号继电器贮存退化模型形式。
步骤二：通过实际跟厂及对生产厂家调研，得到各型号继电器的零件及装配图纸，以及工艺数据，如继电器零部件的尺寸公差、装配公差等。
步骤三：根据步骤二中得到各型号继电器的零件及装配图纸，利用FLUX、ADAMS等软件分别建立各型号继电器的有限元仿真模型，并将步骤二中得到的各型号继电器工艺数据注入其中，得到各型号继电器输出特性的初始分布情况。
步骤四：针对各型号继电器进行加速贮存退化试验，监测各型号继电器输出特性的贮存退化数据。
步骤五：结合步骤一中得到的各型号继电器贮存退化模型、步骤三中得到的各型号继电器初始分布及步骤四中各型号继电器的贮存试验退化数据，利用粒子滤波预测方法，得到具有分布特性的各型号继电器贮存退化模型。上述的分布特性与步骤三中得到的继电器初始分布同分布，如正态分布、威布尔分布等。
步骤六：根据继电器类单机结构特点，对步骤五中得到的各型号继电器贮存退化模型进行随机抽样，抽选出可构建k个继电器类单机的k组继电器组合。将贮存时间带入，并假设一个继电器类单机由n个继电器组成，可得到n*k个继电器贮存退化数据，根据继电器输出特性的退化失效阈值，计算某一位置的k个继电器的退化失效伪寿命Ll∈{L1,L2,…,Lk}，并对其进行分布拟合，得到继电器寿命分布的概率密度函数f(L)，根据式(1)计算t时刻的继电器贮存可靠度，根据上述方法计算n个位置的继电器贮存可靠度，进而得到一组(n个)继电器贮存可靠度；
步骤七：根据继电器类单机的功能原理及结构特点，建立继电器类单机可靠性框图。
步骤八：将步骤六中所得到一组继电器贮存可靠度带入步骤七中所建立的继电器类单机可靠性框图中，得到继电器类单机贮存可靠度；
具体实施方式二：本实施方式以某型继电器类单机为对象进行结合工艺及可靠性框图的贮存可靠性评估，如图1所示，具体步骤如下：
步骤一：根据使用厂家调研结果及功能分析，某型继电器类单机的失效模式主要为断开时间超差。由于继电器类单机主要由各型号继电器组成，故其断开时间与各型号继电器释放时间直接决定，而释放时间由继电器的反力决定。继电器反力由簧片提供的，作为弹性元件，簧片在贮存过程中会出现应力松弛现象，簧片提供的反力减小，进而导致继电器释放时间增大。在弹性材料研究中，主要通过Larson-Miller经验公式描述应力松弛退化过程，由于继电器释放时间与簧片反力主要呈现线性关系，故继电器吸合时间退化模型如式(2)所示：
T(t)＝[T(0)-c][a(1.8T+492)(log t+20)+b]+c (2)。
式中：
T(t)——t时刻的吸合时间大小；
T(0)——初始时刻的吸合时间大小；
a,b——待定系数；
c——为退化模型随机影响系数；
T——摄氏温度；
t——贮存时间。
步骤二：通过实际跟厂及对生产厂家调研，得到各型号继电器的零件及装配图纸，以及工艺数据，如继电器零部件的尺寸公差、装配公差等。
步骤三：根据步骤二中得到各型号继电器的零件及装配图纸，首先利用UG软件建立继电器参数化模型，然后将其导入FLUX中，进行继电器动态特性仿真，进而得到继电器吸合时间初始分布。图2为某型号继电器FLUX模型，图3为某型号继电器释放时间初始分布图。
步骤四：对某型继电器类单机中的三种型号继电器分别进行加速贮存退化试验。本次试验选择温度应力进行加速，分别在60℃、90℃、126℃及170℃四种应力下对每种继电器的10个样本进行加速贮存退化试验，定期监测其吸合时间参数。
步骤五：结合步骤一中得到的各型号继电器贮存退化模型、步骤三中得到的各型号继电器初始分布及步骤四中各型号继电器的贮存试验退化数据，利用粒子滤波预测方法，得到具有分布特性的各型号继电器贮存退化模型。图4为某型号继电器在170℃时的释放时间退化分布图。
步骤六：某型继电器类单机由43个不同型号继电器构成，对步骤五中得到的具有分布特性的各型号继电器贮存退化模型进行随机抽样，抽选出可构建1000个继电器类单机的1000组继电器组合，并将贮存时间带入，得到43000组继电器贮存退化数据，根据所述继电器释放时间失效阈值，分别计算每一个位置继电器的退化失效伪寿命Ln,l∈{Ln,1,Ln,2,…,Ln,1000},n＝1,2,…,43，对所得伪寿命进行分布拟合，得到继电器寿命分布的概率密度函数f(Ln)，利用式(1)计算继电器贮存可靠度，进而得到1组(43个)继电器贮存可靠度数据。图5为某一位置某型号继电器1000个退化失效伪寿命的分布图。
步骤七：根据继电器类单机的功能原理及结构特点，建立继电器类单机可靠性框图。
步骤八：将步骤六中所得到一组继电器贮存可靠度数据带入步骤七中所建立的继电器类单机可靠性框图中，得到继电器类单机贮存可靠度。图6为某型继电器类单机在170℃时的贮存可靠度函数图。

Claims (2)

1.一种结合工艺及可靠性框图的继电器类单机贮存可靠性评估方法，其特征在于所述方法步骤如下：
步骤一：通过对使用厂家调研，得到继电器类单机实际贮存过程中出现的失效模式，通过失效机理分析，确定基于失效物理的各型号继电器贮存退化模型形式；
步骤二：通过实际跟厂及对生产厂家调研，得到各型号继电器的零件及装配图纸，以及工艺数据；
步骤三：根据步骤二中得到各型号继电器的零件及装配图纸，利用仿真软件分别建立各型号继电器的有限元仿真模型，并将步骤二中得到的各型号继电器工艺数据注入其中，得到各型号继电器输出特性的初始分布情况；
步骤四：针对各型号继电器进行加速贮存退化试验，监测各型号继电器输出特性的贮存退化数据；
步骤五：结合步骤一中得到的各型号继电器贮存退化模型、步骤三中得到的各型号继电器初始分布情况及步骤四中各型号继电器的贮存试验退化数据，利用粒子滤波预测方法，得到具有分布特性的各型号继电器贮存退化模型；
步骤六：根据继电器类单机结构特点，对步骤五中得到的各型号继电器贮存退化模型进行随机抽样，抽选出可构建k个继电器类单机的k组继电器组合；将贮存时间带入，并假设某型号继电器类单机由n个继电器组成，得到n*k个继电器贮存退化数据，根据继电器输出特性的退化失效阈值，计算n*k个继电器的退化失效伪寿命Ll∈{L1,L2,…,Lk}，并对其进行分布拟合，得到继电器寿命分布的概率密度函数f(L)，分别计算得到t时刻的继电器类单机每一位置对应继电器的贮存可靠度数据，得到一组继电器贮存可靠性数据；
步骤七：根据继电器类单机的功能原理及结构特点，建立继电器类单机可靠性框图；
步骤八：将步骤六中所得到的一组继电器贮存可靠度数据带入步骤七中所建立的继电器类单机可靠性框图中，得到继电器类单机贮存可靠度。
2.根据权利要求1所述的结合工艺及可靠性框图的继电器类单机贮存可靠性评估方法，其特征在于所述步骤六中，继电器贮存可靠度计算公式如下：
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