重复频率激光测距机可靠性指标分析
重复频率激光测距机可靠性指标分析
作者:江德全
目前, 用于光电火控系统的激光测距机, 其激光测距仪工作介质为掺铰礼铝石榴石,重复频率一般为一赫兹。这类产品大致是。年代后期才提出可靠性定量指标。由于多种原因, 可靠性指标的制定、控制和考核都还不够完善、合理, 对研制工作有一定影响。本文根据近年来几个在研型号项目的实际情况, 对可靠性指标作了初步分析, 提出这类产品可靠性指标的合理制定方法, 并对一些容易导致意见分歧的问题进行了探讨。
1.激光测距仪的特点
激光器的失效率美国军标一《电子设备可靠性预计》采用以下公式计算激光器的失效率。激光测距机的特点激光测距机是一种光、机、电综合产品。一般说来, 光学和机械结构比较简单, 可靠性较高, 对整机的可靠性影响不大, 其电子部分与一般电子设备也无本质差别。但是, 作为激光测距机的一个重要组成部分, 激光器却是一个特殊的部件。激光器的可靠性对整机影响甚大, 而且往往成为处理激光测距机可靠性问题的一大难题。
激光器的组成元件目前还难于拟定失效模型, 通常只能按主要激光功能来计算激光器的失效率, 而且失效率较高。另外, 激光器总是周期性地工作, 每个周期工作时间较短, 大致为十几秒至数十秒。激光器不工作而处于等待状态的时间却较长。
基于以上特点, 对于激光测距机的可靠性问题, 不能简单地采用典型电子设备的处理方法。
2.Nd:YAG激光器的失效
美国军标MIL-HDBK217C《电子设备可靠性预计》采用公式计算Nd:YAG激光器的失效率。这个计算值偏高, 因为每个脉冲实际输入能量小于。焦尔。目前, 国内氨灯的平均寿命大致为 至‘ 次, 明显高于计算值。尽管如此, 对于重复频率较高的激光测距机而言,氮灯的平均寿命还是太短。若以赫兹的重复频率工作, 氨灯的平均使用寿命只有27.8-138.9小时。
3.激光测距仪的可靠性指标
目前, 几个相似的型号项目均以平均无故障工作时间作为激光测距机的可靠性指标, 其数值为数百小时至一千多小时。根据以上计算结果, 这个指标显然无法达到。过去曾采用过两种处理方法。第一, 人为地估计出激光器工作时间占激光测距机工作时间的百分比第二, 认为氮灯可以定期更换, 在计算中不考虑氦灯的失效率。两种方法的实质都是通过调整计算方法, 使激光测距机的可靠性预计能满足指标要求。
前一种方法表面上是合理的, 但主观随意性太大。后一种方法问题就更多了。首先, 定期更换后, 氛灯的失效率并不等零。其次, 没有说明如何确定更换周期。第三, 没有说明在定期更换条件下, 对氛灯的可靠性应如何要求。以上计算和分析表明, 用平均无故障工作时间作为激光测距机的可靠性指标是不妥当的。为了有利于设计质量控制而且便于考核, 以平均无故障工作次数作为激光测距机的可靠性指标比较恰当。
有的复杂系统为了满足系统的要求, 给激光测距机分配了相应的值, 这是可以理解的。但是应当说明不包括激光器, 而对激光器单独提出的要求。一些简单的系统, 激光测距机或指示器基本上决定了系统的可靠性, 在这种情况下, 用作为系统的可靠性指标也就够了。
例如, 某国外地面激光测距指示系统就属于上述简单系统, 激光测距机指示器的可靠性指标为平均无故障工作周期数。对工作周期和重复频率都作了明确规定, 实际上就规定了平均无故障工作次数。
4.可靠性指标的规定值和最低接收值
可靠性指标用可靠性特征量来表示, 可靠性特征量是一种统计量, 其真值实际上是无法知道的可靠性预计是估计可靠性特征量的一种方法, 在设计阶段可以用这种方法来预测未来产品的可靠性, 因此, 可靠性预计是一种设计质量的控制手段。产品的可靠性需要通过试验进行验证或鉴定, 可靠性鉴定试验是根据产品样本的观测数据, 经过统计计算对产品的可靠性作出估计, 并确定是否达到了指标要求。
为了兼顾设计质量控制和产品考核的需要, 可靠指标通常应当有一个规定值和一个最低接收值。《装备研制与生产的可靠性通用大纲》实施指南明确指出, “ 规定值即是合同产品的设计指标, 最低接收值是验证试验可以接受的可靠性下限。”
过去, 某些激光测距机的可靠指标仅仅是义义小时。由于未作其它规定, 使用方和研制方的理解常常出现分歧, 使用方认为是最低接收值, 研制方认为是规定值。产生这种分歧的根本原因是可靠性指标不完善。随着可靠性工作的深入, 一些新上的型号项目的可靠性指标在上述基础上有所改进, 但是, 仍然普遍存在不完善和不规范的问题。
笔者认为, 比较合理的可靠性指标应当包含以下内容:
(1)用于产品设计质量控制的合同产品规定值;
(2)用于产品考核的最低接收值或置信区间;
(3)最低接收值或置信区间的置信水平。
其中, (2)和(3)两项甚至可以用标准化的鉴定试验方案来描述。规定值、最低接收值与试验方案的“ 检验上限” 、“ 检验下限”是有区别的, 不过, 通常可以把最低接收值定为“ 检验下限” 。只要确定了鉴别比, “ 检验上限”也就确定了。当然, “ 检验上限”可以等于规定值, 也可以高于规定值。
对于规定值容易产生误解, 认为它没有什么意义, 最低接收值才反映产品可靠性水平。其实, 规定值同样反映产品可靠性水平。众所周知, 可靠性主要是设计出来的, 设计人员总是千方百计地使产品设计满足或超过规定值的要求, 因为只有这样才能使产品以较高的概率通过可靠性鉴定试验。另一方面、最低接收值也并不完全说明产品的真实可靠性水平。实际上, 产品的可靠性并不等于最低接收值, 而以较大的概率高于最低接收值。
5.短寿命件的处理
在讨论激光测距机可靠性指标时, 常常会涉及个别短寿命件的处理问题。像氛灯这样的短寿命元件, 通常具有以下两个特点。其平均寿命较短, 对整机可靠性影响甚大往往成为进一步提高激光测距机可靠性的制约因素。
这种元件的失效机理类似于损伤累积模型, 在工作过程中元件内部受到损伤, 当这种损伤积累到一定程度时就会发生失效。因此它的失效率不是一个常数而会随工作时间而加大。
基于上述特点, 很自然地提出了预防维修方案, 即对工作到一定次数的氮灯即使它并未失效也作定期更换。许多资料对预防维修策略进行了论述, 但是考虑的出发点是装备的有效度和维修费用。本文提出的预防维修方案则是着重于提高装备的任务可靠性。这种方案认为让氨灯一直二一作
到失效才更换是不合理的, 因为在氛灯工作后期尤其是接近寿命终结时, 其失效率很高, 严重地影响了整机的可靠性。
当然, 采取定期更换措施之后激光测距机的基本可靠性会稍有下降, 维修时间和费用也可能略有增加但是激光测跟机的任务可靠性可以大幅度提高, 这对于武器装备是有积极意义的。
假设氦灯寿命服从威布尔分布, 其形状参数, 一近似正态分布。计算表明, 当选择维修周期时, 氛灯的平均失效率仅为不进行预防维修时的十分之一。有关分析和计算, 请见本人在《质量与可靠性》杂志年第期上发表的文稿“ 短寿命元件预防维修的处理方法” 。
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