测量仪器可靠性分析

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1、中华人民共和国国家计量技术规范JJF 10242006测量仪器可靠性分析Reliability Analysis for Measuring Instruments20060906发布 2007一0306实施国家质量监督检验检疫总局发布JJF 1024-2006测量仪器可靠性分析 Reliability Analysis for Measuring Instruments本规范经国家质量监督检验检疫总局2006年9月6日批准，并自2007 年3月6日起施行。归口单位：全国法制计量管理计量技术委员会 起草单位：信息产业部电子第五研究所江西省计量测试研究院 中国计量科学研究院本规范由全国法制计量管

2、理计量技术委员会负责解释本规范起草人：谢少锋 (信息产业部电子第五研究所) 虞惠霞 (江西省计量测试研究院) 陈大舟 (中国计量科学研究院)张增照 (信息产业部电子第五研究所) 古文刚 (信息产业部电子第五研究所)施昌彦 (全国法制计量管理计量技术委员会)JJF 10242006目录1范围 2引用文献 3术语-4可靠性分析程序和方法41可靠性指标的分析和确定42建立可靠性模型43可靠性指标的分配44可靠性预计 45故障模式与影响分析46故障树分析 47容差和漂移分析5可靠性评估 5，1寿命试验 53检修期分析 ；vvv；vvv52环境试验 6可靠性工作项目应用时机 附录A测量仪器可靠性寿命评价

3、试验附录C参考标准 l(”“蛐埘埘脚埘；)附录B全电子式电能表型式评价可靠性试验JJF 10242006测量仪器可靠性分析1范围 本规范规定了测量仪器可靠性分析的基本原则、要求和方法，为测量仪器的可靠性 描述、建模、预计、指标分配及指标系列划分、故障模式与影响分析、故障树分析、试 验验证、故障判定等提供指导。适用于测量仪器在设计、研制、试验、生产、验收、使 用阶段以及型式评价中的可靠性分析。2引用文献G剐T 2423系列标准电工电子产品基本环境试验规程G剐T 3187-1994可靠性、维修性术语 G剐T 508041985设备可靠性试验可靠性测定试验的点估计和区间估计方法 (指数分布)GBT

4、508061996设备可靠性试验恒定失效率假设的有效性检验GBT 508071986设备可靠性试验 恒定失效率假设下的失效率与平均无故障 时间的验证试验方案GBT 7289-1987可靠性、维修性与有效性预计报告编写指南GBT 7826-1987系统可靠性分析技术失效模式和效应分析(FMEA)程序 c吲T 7829-1987故障树分析程序 GJBZ 891997电路容差分析指南 GJBZ 108A-1998电子设备非工作状态可靠性预计手册 GJBZ 299B-1998电子设备可靠性预计手册JJF 1015-2002计量器具型式评价和型式批准通用规范JIBT 6214-1992仪器仪表可靠性验证

5、及测定试验(指数分布)导则 JBT 50070一2002 电能表可靠性要求及考核方法 使用本规范时，应 注意使用上述引用文献的现行有效版本。3术语31可靠性reliabilityperformancej 测量仪器在规定条件下和规定时 间内完成规定功能的能力。 注：规定时间是广义的，根据测量仪器的不同 可为小时、年、里程、次数等。 32基本可靠性basic reliability 测量仪器在规定条件下无故障的持续时间或概率。 33任务可靠性mission reliability 测量仪器在规定的任务剖面内完成规定功 能的能力。 注：任务剖面是指测量仪器在完成规定任务的时间内所经历的事件和环境 的

6、时序描述。JJF 1024200634可靠度reliability 测量仪器在规定条件下和规定时间内完成规定功能的概率，一般记为R。它是时 间的函数，故也记为尺(t)，称为可靠度函数。 R(t)=声(0t) 式中，t为规定时间，当F0时，R(0)=1；当F。时，R(oo)=0。 35失效fault 测量仪器丧失规定的功能，表现为其不确定度超过允许值或功能失常(对可修复测 量仪器，也称故障)。36寿命丁life 测量仪器的持续使用期，测量仪器的寿命是一个随机变量。 37平均故障间隔时间mean time between failures(MTBF) 对可修复的测量仪器，平均故障间隔时间是指两次故

7、障间隔时间的平均值。有时也 称平均无故障工作时间。38平均失效前时间mean time to failure(MTTF) 对不可修复的测量仪器，平均失效前时间是指从开始投入工作至失效前时间的平均 值。有时也称平均失效时间。 39平均寿命0meanlife在可靠性分析评估与可靠性试验中，常用8来表示平均寿命，此时视测量仪器特 点不同可代表MTBF或MTTF。 310失效分布函数F()failure distribution function测量仪器在规定的条件下，其出现失效的概率随时间变化的函数，记作F()。 F()=声(0) 式中，t为规定时间，当t=0时，F(0)=0；当产oo时，F(oo)

8、=1。 311瞬时失效率函数A()failure rate function 工作到某时刻t尚未发生失效的测量仪器，在该时刻后单位时间内发生失效的概 率。简称失效率。 A(t)=溉盟篙鲁盟=掣南注：当测量仪器的寿命分布规律服从指数分布时，可以得到： F(t)=1一e“，(t)=Ae。 R(t)=e1 (t)=(常数)1。“3i式中，f()为失效分布密度。4可靠性分析程序和方法41可靠性指标的分析和确定 测量仪器的可靠性指标通常规定为MTBF(或MTTF) 和R(t)。在测量仪器方案2JJF 10242006论证阶段，可根据用户要求和测量仪器的特点，选择其一或两者作为可靠性指标并确定 其高低。

9、42建立可靠性模型 为了对测量仪器的可靠性做出定量的分配、预计、评价，以及对 可靠性设计进行分析，应建立可靠性模型。 可靠性模型应在测量仪器设计阶段建立，并在测量仪器设计、技术指标、环境要求、实验数据、工作模式发生变更时及时修改。 421一般描述 测量仪器的可靠性模型包括可靠性框图和与之对应的数学模型。 可靠 性框图是仪器组成各单元从任务可靠性角度出发，表现其逻辑关系的方框图， 即表示仪器在成功完成任务时所有单元之间的相互依赖关系。可靠性框图可用对应的数 学模型加以描述。 422建立可靠性框图的原则 4221可靠性框图中每个方框都是能完成某一功能的功能模块，根据仪器本身的复 杂程度，功能模块可

10、以是一台仪器、一个单元电路、一个部件、一个元器件或一个 零件； 4222除特殊情况外，可靠性框图中每个方框发生的故障是独立的，即任一方框发 生的故障与其他方框是否出现故障无关；4223可靠性框图描述的是各单元之间的逻辑关系，不是工作原理图或测量流程图， 在图中应表明工作环境的严酷度以及各单元的工作时间(任务时间)。 423测量仪器的可靠性数学模型 测量仪器的可靠性模型主要有串 联模型、并联模型及混联模型。4231串联模型是指组成仪器的所有单元中任一单元发生故障都会导致整个仪器故障的模型，串联系统的可靠性框图就是下属几个单元的串联图(如图1)二H 二一图1 串联模型的可靠性框图设测量仪器下属单元

11、的可靠度分别为r，r：，串联系统的可靠度为R。， 则测量仪器的可靠度等于各单元的可靠度的乘积，即：R。=r，托r。=II 7“i(1)若各单元失效服从指数分布，则无冗余或替代工作模式的测量仪器失效也服从指数 分布。此时，测量仪器的失效率等于各单元的失效率之和，即：A=A： (2) 由公式(1)、(2)可知，减少单元数目、降低单元失效率即可提高测量仪器的可靠度。 若各A。相同，则MTBF=MTBFIn气酌F 1024-20064232并联模型是指组成测量仪器的所有单元(或通道)同时工作，只要有一个单 元(或通道)不出现故障，仪器就不出现故障，并联系统的可靠性框图为n个组件的 并联图(如图2)。图

12、2并联模型的可靠性框图设测量仪器下属组件的可靠度分别为r。，r：，并联系统的可靠度为R。， 则并联模型的可靠度R。=1一II(1一_) (3)对于指数分布，若各并联单元相同即A，相同，则MTBF=MTBFI(1+i1+ +寺)(4)4233混联系统是把若干个串联系统和并联结构组合在一起 测量仪器最简单的混 联系统如图3所示。图3混联系统的可靠性框图设下属单元的可靠度分别为r。，r：，r，混联系统的可靠度为R。，则测量仪器的 可靠度R。=r。1一(1一r：)(1一r，)(5)424可靠性建模要求 4241按研制总要求或合同规定，分别建立基本可靠性模型和任务可靠性模型。前 者用以预计和分配基本可靠

13、性要求，即估计测量仪器组成单元故障引起的维修人力与保 障费用；后者用以预计和分配任务可靠性要求，即估计测量仪器在执行任务过程中完成 规定功能的能力。 4242适时建立并不断完善可靠性模型。在方案论证阶段，建立测量仪器较粗略的 可靠性模型，随着工作的进展，不断修改、完善、细化，进而准确地分配、预计和评价 可靠性。4JJF 1024-20064243建模时应正确区分可靠性框图和工作原理图。前者表示仪器中各组成单元之 间的故障逻辑关系，后者表示各单元之间的物理关系。 43可靠性指标的分配 可靠性指标的分配是指将可靠性指标或预计所能达到的指标加 以分解，科学合理地分配到规定的仪器单元。可靠性指标的分配

14、应根据可靠性框图进行分配，即每一个方框 均应有相应的可靠性指标，使仪器的可靠性指标得以保证。 431比例分配法 符合下列条件之一者，可应用比例分配法来进行可 靠性指标分配：测量仪器的结构比较简单、成熟，各功能块已作过可靠性预计，或有这方面的 经验数据； 有经长期使用的相似仪器，具有一定的历史现场失效率记录，或有这方面的实例； 设备主要部分由外购件构成，且这些外购件有较完整的可靠性资料。 当原仪器的系统可靠性指标已知，且各分系统的失效率已知时，其分配公式为： lit9f=A新Ki(6) 式中：A：新分配给第i个新的分系统的失效率； A商规定 的新系统的失效率； K，原系统中第i个分系统失效率与

15、原系统的失效率之比。例：在原仪器的基础上进行小型化设计的某测量仪器，已知原仪器的可靠性指标为 MTBF=40h，要求新测量仪器的可靠性指标为MTBF=100h。显然 At原2赢2 25101h墙2赢2 110h 原仪器的6个分系统的失效率指标如表1所示。以分系统1为例K；=蕞爷一o08 则分配给分系统1的失效率 A1新=A 蒲K1=8101h分配给分系统1的可靠性指标MTBF5百了_扬可h=1250h同理可得其他分系统的可靠性指标，详见表1。表1某测量仪器的可靠性指标分配衰分系统序号 原失效率(10。3h)K新分配的失效率(10。h) 新分配的MTBF12OO08 O81250225 010 1O 1000310，5042 422385JJF 1024_一2006表1(续)分系统序号 原失效率(10。h)K新分配的失效率(10。3h)新分配的MTBF479 032 32 3135O3001 0110000616 O06 06 1667总计248 99432综合因子评定法 符合下列条件之一者，可应用综合因子评定法进 行可靠性指标分配：有多台仪器组成系统，对系统进行可靠性指标分配时； 技术比较复杂，工作条件比较恶劣或采用新技术