CN113361120A - 一种空气净化产品可靠性建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空气净化产品可靠性建模方法，先进行系统定义，确定系统构成，明确系统任务，描述系统功能，给出系统故障判据；进而根据产品的任务要求、工作方式和任务剖面等绘制可靠性框图；然后建立可靠性数学模型；最后对各组成单元工作时间与产品工作时间的运行比加以修正，确定产品的任务可靠度。设计分析时只需要根据空气净化产品进行可靠性建模方法的步骤就可建立适应的可靠性模型。相关设计人员只需要根据空气净化产品可靠性建模方法的步骤就可建立适应的可靠性模型，具有很好的实际应用价值。

Description

一种空气净化产品可靠性建模方法

技术领域

本发明属于可靠性设计与分析技术领域，具体为一种空气净化产品可靠性建模方法。

背景技术

可靠性是衡量产品质量的一项重要指标，是长期以来设计制造产品的一个主要目标，但在化工行业对产品可靠性研究的基础薄弱，尤其对于空气净化产品，可靠性模型的建立方法属于空白。随着武器装备及民用净化产品发展对质量和可靠性要求越来越高、越来越精细，迫切需要一种适用于空气净化产品的可靠性模型。

发明内容

本发明目的是提供一种空气净化产品可靠性建模方法，解决了我国在空气净化产品设计时可靠性模型技术空白的现状。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种空气净化产品可靠性建模方法，包括以下步骤：

(1)进行系统定义

系统定义包括下列四部分内容：1)确定系统构成；2)根据系统构成明确系统任务；3)根据系统构成描述系统功能；4)结合系统的功能，给出系统故障判据；

(2)建立可靠性框图

根据产品的任务要求、工作方式和任务剖面等绘制出表示产品与各构成单元之间可靠性逻辑关系的可靠性框图；

(3)建立可靠性数学模型

建立产品的可靠性数学模型，根据所述的可靠性框图，结合常用的可靠性模型所对应的数学公式，以表示产品及其组成单元之间的可靠性函数关系，并确保数学模型中各单元的可靠性数据与其对应的任务阶段相匹配；

(4)修正运行比，确定任务可靠度

根据建立的可靠性数学模型，对各组成单元工作时间与产品工作时间的运行比加以修正，从而确定产品的任务可靠度。

通过本发明，先进行系统定义，确定系统构成，明确系统任务，描述系统功能，给出系统故障判据；进而根据产品的任务要求、工作方式和任务剖面等绘制可靠性框图；然后建立可靠性数学模型；最后对各组成单元工作时间与产品工作时间的运行比加以修正，确定产品的任务可靠度。设计分析时只需要根据空气净化产品进行可靠性建模方法的步骤就可建立适应的可靠性模型。

本发明设计合理，相关设计人员只需要根据空气净化产品可靠性建模方法的步骤就可建立适应的可靠性模型，具有很好的实际应用价值。

附图说明

图1表示系统可靠性模型的建立程序。

图2表示空气净化产品构成。

图3表示空气净化产品功能。

图4表示空气净化产品可靠性框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。

本发明实施例所述的空气净化产品可靠性建模方法，包括先进行系统定义，确定系统构成，明确系统任务，描述系统功能，给出系统故障判据；进而根据产品的任务要求、工作方式和任务剖面等绘制可靠性框图；然后建立可靠性数学模型；最后对各组成单元工作时间与产品工作时间的运行比加以修正，确定产品的任务可靠度；图1是根据建模方法的流程图。

如图1所示，空气净化产品可靠性建模方法具体包括以下步骤：

1.1、进行系统定义

(1)确定系统构成

如图2所示，空气净化产品主要由壳体组件、盖板、净化滤芯、风机和控制器组成，其中净化滤芯由预滤单元、PHI单元、HEPA单元和吸附单元四部分组成，控制器由电源模块和控制显示板两部分组成。其中壳体组件、盖板为机械部件，预滤单元、HEPA单元、吸附单元为吸附、净化材料，风机、电源模块、PHI单元为直接采购的成熟货架产品，控制显示板为自行研制的部件。

(2)明确系统任务

由产品构成可确认系统任务为：空气净化产品用于各类舱室空气净化，产品工作时，污染空气在风机作用下进入产品，经净化后把清洁空气送回舱室，实现空气净化。

(3)描述系统功能

如图3所示，空气净化产品工作时，污染空气在风机作用下沿气流方向进入产品，依次经预滤单元滤除皮屑、头发、大颗粒微粒，经HEPA单元滤除细小的灰尘和悬浮状颗粒物，经PHI净化单元灭除致病微生物，经吸附单元去除苯系物和硫化氢、氨、乙酸、人体代谢产物等，将清洁空气送回舱室内。控制显示板控制风机的开启和关闭，同时显示装置的工作状态。

空气净化产品有以下两种工作模式：

1)普通模式：风机启动，PHI单元不启动，通过预滤单元、HEPA单元、吸附单元实现滤除空气中大颗粒物、细小颗粒物、苯系物、硫化氢、氨、乙酸和人体代谢产物等。

2)PHI模式：风机启动，PHI单元启动，除实现普通模式的滤除功能外，PHI单元灭除致病微生物。

依据空气净化产品的监测与控制功能要求，控制器对装置中的风机和PHI净化单元进行控制。控制器主要由控制显示板和电源模块两部分组成，控制显示板安装在装置表面，电源模块安装在装置内部。控制显示板采用单片机设计，CPU采用高可靠性、抗干扰能力强的PIC单片机。

(4)给出系统故障判据

产品故障指的是产品不能在规定条件下完成规定任务或功能的状态。利用确定的产品功能、性能和结构参数、允许极限以及接口要求，列出所有可能造成产品故障的条件，拟定产品故障判据。

空气净化产品发生以下情况时则认为设备发生了故障：

序号	故障	序号	故障
				1	产品不通电	7	控制器功能异常
2	通电后，“电源”指示灯不亮	8	数码管显示异常
				3	产品开启后，“开关”灯不亮	9	产品工作时噪声增大
4	产品运行状态与指示灯不一致	10	产品工作时风量不足
				5	PHI单元不能正常运行	11	产品空气净化效果不满足要求
6	控制器无反馈信号

1.2、绘制可靠性框图

如图4所示，在上述分析的基础上，根据产品的任务要求、工作方式和任务剖面等绘制出表示系统与各构成单元之间可靠性逻辑关系的可靠性框图。

根据空气净化产品构成和功能可知，净化滤芯为消耗品(寿命单元)，到达使用寿命或发生故障后直接进行更换，其它部分为可修复单元，发生故障对其进行修复。产品无冗余设计和储备单元，系统下属的所有单元全部工作正常时系统才正常工作，空气净化产品为典型串联系统。

壳体组件和盖板为机械组件，在未遭受人为破坏等情况通常下不会发生故障。在建立可靠性模型时，将该两部分作为高可靠性单元(可靠度为1)不纳入模型中。对空气净化产品建立可靠性模型，得到其可靠性框图。如图4所示，框图中“其它”指产品电缆、接插件等组件。

1.3、建立可靠性数学模型

根据上述分析结果及图4可确定空气净化产品单元可靠性数学模型为各单元可靠度的连乘，即：

R_S＝R₁·R₂·R₃·R₄·R₅·R₆·R₇·R₈

假设各单元的寿命服从指数分布，则系统寿命也服从指数分布，即有：

此时，系统的故障率λs为各单元的故障率λi之和，即有：

λ_S＝λ₁+λ₂+λ₃+λ₄+λ₅+λ₆+λ₇+λ₈

系统的平均故障间隔时间为：

1.4、确定运行比

建立系统任务可靠性模型时，如果各组成单元工作时间与系统的任务时间不同，要根据其任务时间对任务可靠性模型加以修正。例如在系统运行过程中，一些设备并非一直在工作。在建立任务可靠性数学模型时就必须用系统的运行比进行修正。运行比指的是系统内单元工作时间与系统工作时间之比。

对于运行比大于1或者系统内单元不工作时的故障率忽略不计，则单元的任务可靠度计算公式如下：

R(t)＝e^-λdt

式中：R(t)-单元的任务可靠度；λ-单元在其工作时间内的故障率；t-系统的工作时间；d-运行比，d＝S/F，S为单元工作时间，F为系统工作时间。

对于运行比不大于1并考虑系统内单元不工作时的故障率，则单元的任务可靠度计算公式如下：

式中：R(t)—单元的任务可靠度；λ₁—单元工作时的故障率；λ₂—单元不工作时间的故障率；t—系统的工作时间；d—运行比。

在产品使用寿命中，并未规定普通模式和PHI模式两种状态下的使用时间比例，具体由使用者根据实际情况决定。因PHI模式包含普通模式的所有功能，为分析简便，所有单元的运行比均取1。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明的技术方案的精神和范围，其均应涵盖本发明的权利要求保护范围中。

Claims (3)

1.一种空气净化产品可靠性建模方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)进行系统定义

系统定义包括下列四部分内容：1)确定系统构成；2)根据系统构成明确系统任务；3)根据系统构成描述系统功能；4)结合系统的功能，给出系统故障判据；

(2)建立可靠性框图

根据产品的任务要求、工作方式和任务剖面等绘制出表示产品与各构成单元之间可靠性逻辑关系的可靠性框图；

(3)建立可靠性数学模型

建立产品的可靠性数学模型，根据所述的可靠性框图，结合常用的可靠性模型所对应的数学公式，以表示产品及其组成单元之间的可靠性函数关系，并确保数学模型中各单元的可靠性数据与其对应的任务阶段相匹配；

(4)修正运行比，确定任务可靠度

根据建立的可靠性数学模型，对各组成单元工作时间与产品工作时间的运行比加以修正，从而确定产品的任务可靠度。

2.根据权利要求1所述的一种空气净化产品可靠性建模方法，其特征在于：步骤(3)中，确定空气净化产品单元可靠性数学模型为各单元可靠度的连乘，即：

R_S＝R₁·R₂·R₃·R₄·R₅·R₆·R₇·R₈

假设各单元的寿命服从指数分布，则系统寿命也服从指数分布，即有：

此时，系统的故障率λs为各单元的故障率λi之和，即有：

λ_S＝λ₁+λ₂+λ₃+λ₄+λ₅+λ₆+λ₇+λ₈

系统的平均故障间隔时间为：

3.根据权利要求2所述的一种空气净化产品可靠性建模方法，其特征在于：步骤(4)中，建立系统任务可靠性模型时，如果各组成单元工作时间与系统的任务时间不同，要根据其任务时间对任务可靠性模型加以修正；运行比指系统内单元工作时间与系统工作时间之比；

对于运行比大于1或者系统内单元不工作时的故障率忽略不计，则单元的任务可靠度计算公式如下：

R(t)＝e^-λdt

式中：R(t)为单元的任务可靠度；λ为单元在其工作时间内的故障率；t为系统的工作时间；d为运行比，d＝S/F，S为单元工作时间，F为系统工作时间；

对于运行比不大于1并考虑系统内单元不工作时的故障率，则单元的任务可靠度计算公式如下：

式中：R(t)为单元的任务可靠度；λ₁为单元工作时的故障率；λ₂为单元不工作时间的故障率；t为系统的工作时间；d为运行比。

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