测量仪器可靠性分析的方法
田瑞锋
【摘 要】论文主要阐述了测量仪器可靠性分析的方法，适用于测量仪器在设计、研制、试验、生产、验收、使用阶段的可靠性分析。
【Abstract】This paper mainly expounds the method of reliability analysis of measuring instruments， which is suitable for the reliability analysis of measuring instruments in the design， development， test， production， acceptance and use stages.
【關键词】测量仪器；可靠性；建模；评估
【Keywords】 measuring instruments； reliability； modeling； evaluation
【中图分类号】TP274 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）09-0147-02
1 可靠性的定义及特征
可靠性是指产品在规定时间、规定使用条件下执行规定功能，不发生故障的概率。
可靠性是产品的固有属性，表征了产品在规定使用条件下持续、稳定工作的能力，它总是相对一定任务、一定条件、一定时间而言，不存在无条件的抽象可靠性。产品规定的时间、规定的条件和规定的功能是相互关联的，产品规定的使用条件主要指环境条件和工作状态，工作状态又分为：连续工作和间歇工作。
可靠性是一种概率尺度，它可以度量产品故障发生难易程度，也可以度量产品的寿命，可靠也即不出故障，产品可靠性可以分为固有可靠性和使用可靠性。各自影响因素如图1：
还可分为基本可靠性和任务可靠性。两者之间的不同如表1。
由此可见基本可靠性侧重于产品的寿命，任务可靠性侧重于产品完成任务的能力。
2 可靠性指标的分析和确定
可靠性指标通常规定为MTBF（或MTTF）和R（t）。在方案论证阶段，结合产品自身的特点，根据用户需求，选择其中关键技术指标作为可靠性指标并确定定量要求。有了定性定量可靠性指标，可靠性设计才有目标，才可以对产品可靠性进行考核[1]。
例如要对一个压力变送器进行可靠性分析，那么这里的产品就是压力变送器。压力变送器有七个重要指标：线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移、分辨力和阈值。在这七个重要指标中就要选取关键指标，其关键指标就是线性度和灵敏度，这只是定性分析。线性度达到多少，灵敏度是多少，确定具体的数值，就是定量分析。如此就有了目标，就可以通过试验对其进行考核。
3 建立可靠性模型
可靠性模型应在设计阶段建立，并在设计制造、技术指标、环境、工作模式发生改变时及时修改[2]。例如：压力变送器内部的压敏电阻改变了，精度由0.1级降到0.25级，环境由常温变为低温了，工作模式由主从方式变为双工方式，这些发生变化了，可靠性模型也会随之变化。
3.1 一般描述
可靠性模型是由可靠性框图和可靠性数学模型来表示的。可靠性框图是从可靠性角度出发，将产品分解成一个个独立的单元，这些单元之间存在着逻辑关系。每一个方框对应某一个功能模块，根据可靠性目标，这些功能模块可以是一个传感器，也可以大到一套系统，也可以小到一个元器件。可靠性框图属于定性分析，要想定量分析就需要建立数学模型。
3.2 可靠性数学模型
数学模型是用数学中的函数来表示各单元的可靠性与产品可靠性之间的关系。可靠性模型主要有串联模型、并联模型及混联模型。
串联模型是指任一单元发生故障，整个产品就会发生故障的模型，各个单元之间是“与”关系。只有所有单元工作正常，产品才会工作正常。图2是串联关系的可靠性框图。
由公式（1）、（2）可知，单元数目、单元可靠性决定了产品的可靠性。要想提高产品的可靠性可以通过减少单元数目、提高单元的可靠性来实现。
并联模型是指只要有一个单元不出现故障，产品就不出现故障。各个单元之间是“或”关系。只有所有单元同时失效，产品才会失效。图3是并联模型的可靠性框图。
对于指数分布，若各并联单元相同即相同，则
混联模型是把若干个串联系统和并联结构组合在一起（如图4）。
设下属单元的可靠 度分别为r1，r2，r3，混联系统的可靠度为Rs，则测量仪器的可靠度
任务可靠性模型是一个混联模型。产品中冗余单元越多，任务可靠性越高。
建立产品可靠性模型时，如果各组成单元工作时间与系统的任务时间不同，应该采用占空因子加以修正。占空因子指的是系统内单元工作时间与系统工作时间之比。
4 可靠性指标的分配
可靠性指标的分配是一个由上到下、由大到小的分配，是整体到局部的分解，它是定量地将总体指标分配到各个单元，是科学的、合理地、有依据的，不是盲目的、想当然的乱分配。可靠性框图是可靠性指标分配的依据，即每一个方框均应有定量的可靠性指标，使仪器的可靠性指标得以保证。
5 可靠性试验
可靠性试验是用数据来对产品的可靠性进行分析评价，它不仅是为了验证产品是否合格，更主要的是发现产品本身的缺陷，采取有效措施，提高产品可靠性，为厂家和客户服务，减少损失。
【参考文献】
【1】杜肖，高飞.航空装备可靠性预计中可靠性数据的来源分析[A].2015航空试验测试技术学术交流会论文集[C].北京：《测控技术》杂志社，2015.
【2】杨国栋，吴勇强.氙闪光灯光电性能评价及可靠性预计[A].真空电子技术—光源技术专题[C].北京：真空电子技术，2010.
【摘 要】论文主要阐述了测量仪器可靠性分析的方法，适用于测量仪器在设计、研制、试验、生产、验收、使用阶段的可靠性分析。
【Abstract】This paper mainly expounds the method of reliability analysis of measuring instruments， which is suitable for the reliability analysis of measuring instruments in the design， development， test， production， acceptance and use stages.
【關键词】测量仪器；可靠性；建模；评估
【Keywords】 measuring instruments； reliability； modeling； evaluation
【中图分类号】TP274 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）09-0147-02
1 可靠性的定义及特征
可靠性是指产品在规定时间、规定使用条件下执行规定功能，不发生故障的概率。
可靠性是产品的固有属性，表征了产品在规定使用条件下持续、稳定工作的能力，它总是相对一定任务、一定条件、一定时间而言，不存在无条件的抽象可靠性。产品规定的时间、规定的条件和规定的功能是相互关联的，产品规定的使用条件主要指环境条件和工作状态，工作状态又分为：连续工作和间歇工作。
可靠性是一种概率尺度，它可以度量产品故障发生难易程度，也可以度量产品的寿命，可靠也即不出故障，产品可靠性可以分为固有可靠性和使用可靠性。各自影响因素如图1：
还可分为基本可靠性和任务可靠性。两者之间的不同如表1。
由此可见基本可靠性侧重于产品的寿命，任务可靠性侧重于产品完成任务的能力。
2 可靠性指标的分析和确定
可靠性指标通常规定为MTBF（或MTTF）和R（t）。在方案论证阶段，结合产品自身的特点，根据用户需求，选择其中关键技术指标作为可靠性指标并确定定量要求。有了定性定量可靠性指标，可靠性设计才有目标，才可以对产品可靠性进行考核[1]。
例如要对一个压力变送器进行可靠性分析，那么这里的产品就是压力变送器。压力变送器有七个重要指标：线性度、灵敏度、迟滞、重复性、漂移、分辨力和阈值。在这七个重要指标中就要选取关键指标，其关键指标就是线性度和灵敏度，这只是定性分析。线性度达到多少，灵敏度是多少，确定具体的数值，就是定量分析。如此就有了目标，就可以通过试验对其进行考核。
3 建立可靠性模型
可靠性模型应在设计阶段建立，并在设计制造、技术指标、环境、工作模式发生改变时及时修改[2]。例如：压力变送器内部的压敏电阻改变了，精度由0.1级降到0.25级，环境由常温变为低温了，工作模式由主从方式变为双工方式，这些发生变化了，可靠性模型也会随之变化。
3.1 一般描述
可靠性模型是由可靠性框图和可靠性数学模型来表示的。可靠性框图是从可靠性角度出发，将产品分解成一个个独立的单元，这些单元之间存在着逻辑关系。每一个方框对应某一个功能模块，根据可靠性目标，这些功能模块可以是一个传感器，也可以大到一套系统，也可以小到一个元器件。可靠性框图属于定性分析，要想定量分析就需要建立数学模型。
3.2 可靠性数学模型
数学模型是用数学中的函数来表示各单元的可靠性与产品可靠性之间的关系。可靠性模型主要有串联模型、并联模型及混联模型。
串联模型是指任一单元发生故障，整个产品就会发生故障的模型，各个单元之间是“与”关系。只有所有单元工作正常，产品才会工作正常。图2是串联关系的可靠性框图。
由公式（1）、（2）可知，单元数目、单元可靠性决定了产品的可靠性。要想提高产品的可靠性可以通过减少单元数目、提高单元的可靠性来实现。
并联模型是指只要有一个单元不出现故障，产品就不出现故障。各个单元之间是“或”关系。只有所有单元同时失效，产品才会失效。图3是并联模型的可靠性框图。
对于指数分布，若各并联单元相同即相同，则
混联模型是把若干个串联系统和并联结构组合在一起（如图4）。
设下属单元的可靠 度分别为r1，r2，r3，混联系统的可靠度为Rs，则测量仪器的可靠度
任务可靠性模型是一个混联模型。产品中冗余单元越多，任务可靠性越高。
建立产品可靠性模型时，如果各组成单元工作时间与系统的任务时间不同，应该采用占空因子加以修正。占空因子指的是系统内单元工作时间与系统工作时间之比。
4 可靠性指标的分配
可靠性指标的分配是一个由上到下、由大到小的分配，是整体到局部的分解，它是定量地将总体指标分配到各个单元，是科学的、合理地、有依据的，不是盲目的、想当然的乱分配。可靠性框图是可靠性指标分配的依据，即每一个方框均应有定量的可靠性指标，使仪器的可靠性指标得以保证。
5 可靠性试验
可靠性试验是用数据来对产品的可靠性进行分析评价，它不仅是为了验证产品是否合格，更主要的是发现产品本身的缺陷，采取有效措施，提高产品可靠性，为厂家和客户服务，减少损失。
【参考文献】
【1】杜肖，高飞.航空装备可靠性预计中可靠性数据的来源分析[A].2015航空试验测试技术学术交流会论文集[C].北京：《测控技术》杂志社，2015.
【2】杨国栋，吴勇强.氙闪光灯光电性能评价及可靠性预计[A].真空电子技术—光源技术专题[C].北京：真空电子技术，2010.
