JB T 12021.1-2014 智能仪表可靠性试验与评估第1部分：通用导则.pdf

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1、0ICS 25.040.40 N 10 备案号： 45914 2014 中华人民共和国机械行业标准JB/T 12021.12014智能仪表可靠性试验与评估 第 1 部分：通用导则 Reliability test and evaluation for intelligent instrument Part 1： General rule 2014-05-06 发布 2014-10-01 实施中华人民共和国工业和信息化部发布JB/T 12021.12014 I 目 次 前言 . III 引言 . IV 1 范围 . 1 2 规范性引用文件 . 1 3 术语与定义 . 1 4 智能仪表可靠性特征量

2、及可靠性指标要求 . 2 4.1 可靠性特征量要求 . 2 4.2 可靠性指标要求 . 2 5 智能仪表的故障判据 . 3 5.1 概述 . 3 5.2 关联故障 . 3 5.3 非关联故障 . 3 5.4 故障判据的制定原则 . 3 5.5 故障权值系数 . 3 5.6 累积故障数的确定 . 4 6 智能仪表可靠性试验方法 . 4 6.1 概述 . 4 6.2 可靠性增长试验 . 4 6.3 可靠性测定试验 . 6 6.4 可靠性验证试验 . 7 6.5 现场试验数据统计分析 . 8 6.6 加速寿命试验 . 9 7 可靠性试验实施与评估 . 10 7.1 试验准备 . 10 7.2 试验实

3、施 . 10 7.3 试验数据处理与评估 . 10 附录 A（资料性附录）可靠性增长试验分析案例 . 12 A.1 概述 . 12 A.2 案例 . 12 附录 B（资料性附录）可靠性测定试验分析案例 . 14 B.1 概述 . 14 B.2 案例 . 14 附录 C（资料性附录）可靠性验证试验分析案例 . 16 C.1 概述 . 16 C.2 案例 . 16 附录 D（资料性附录）可靠性数据统计分析用表 . 18 附录 E（资料性附录）加速寿命试验分析案例 . 22 E.1 概述 . 22 JB/T 12021.12014 II E.2 案例分析 . 22 参考文献 . 25 表 1 智能仪

4、表可靠性增长要求 . 3 表 2 智能仪表可靠性指标体系 . 3 表 3 MTBF 的区间估计公式 . 7 表 A.1 试验故障数据 . 12 表 C.1 方案 4 7 合格判定表（ = =20%， DMTBF=3.0） . 16 表 D.1 故障记录卡 . 18 表 D.2 故障分析报告 . 19 表 D.3 现场工作报告 . 20 表 D.4 产品试验、现场运行可靠性数据汇总表 . 21 表 E.1 试验数据 . 22 表 E.2 第一组数据处理 . 22 表 E.3 各组试验数据处理汇总 . 23 表 E.4 各组应力水平下的 、 . 23 表 E.5 加速寿命模型参数的计算过程 . 2

5、3 表 E.6 形状参数 m 的加权平均值 m 的计算过程 . 24 JB/T 12021.12014 III 前 言 JB/T 12021智能仪表可靠性试验与评估已制定四个部分： 第 1部分：通用导则； 第 2部分：智能涡街流量计可靠性试验与评估； 第 3部分：智能压力变送器可靠性试验与评估； 第 4部分：智能温度变送器可靠性试验与评估。 本部分为 JB/T 12021的第 1部分。 本部分按照 GB/T 1.1 2009给出的规则起草。 本部分由中国机械工业联合会提出。 本部分由全国工业过程测量和控制标准化技术委员会（ SAC/TC124）归口。 本部分起草单位：重庆工业自动化仪表研究所、

6、上海自动化仪表股份有限公司、福建上润精密仪器有限公司、浙江迪元仪表有限公司、北京远东仪表有限公司、沈阳中科博微自动化技术有限公司、北京自动化技术研究院、昆山双桥传感器测控技术有限公司、西门子（中国）有限公司、重庆川仪自动化股份有限公司、重庆市大正温度仪表有限公司、上海肯特仪表股份有限公司、中环天仪股份有限公司、重庆前卫仪表有限责任公司、重庆市科学技术研究院、西南大学。 本部分主要起草人：贺孝珍、刘兴莉、钮松年、邹崇、戈剑、叶建军、王悦、康凯、赵力行、王冰、顾建华、黄毅普、刘仁聪、李庆忠、董文庆、王文莉、孙怀义、刘琴、刘小莉、隆萍、周雪莲。 本部分为首次发布。 JB/T 12021.12014

7、IV 引 言 高稳定、高可靠、高智能是现代智能仪表发展的主要趋势。通过可靠性试验及评估，可以明确智能仪表的可靠性水平，揭露智能仪表设计存在的薄弱环节和隐患，为决策和改进提供方向。 “智能仪表可靠性试验与评估”系列标准为智能仪表进行可靠性试验与评估提供了统一的目标、规范化的试验与评估程序和具体的操作方法，保证试验及评估过程的科学性、完整性和可操作性。 本系列标准由可靠性试验与评估通用导则和各类智能仪表的可靠性试验与评估标准组成。 通用导则规定了智能仪表可靠性试验与评估的通用方法和程序， 凡涉及具体智能仪表产品的可靠性试验与评估的特殊规定，由系列标准的相关部分确定与补充。 本系列标准针对当代智能仪

8、表的特点、基本功能与技术性能而制定。对于同类非智能仪表，可参照本系列标准相关部分进行可靠性试验与评估。 JB/T 12021.12014 1 智能仪表可靠性试验与评估 第 1 部分：通用导则 1 范围 JB/T 12021 的本部分规定了智能仪表可靠性试验与评估的通用方法和程序。 本部分适用于智能仪表可靠性的试验与评估。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注日期的引用文件， 仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB 2689.1 1981 恒定应力寿命试验和加速寿命试验方法总则 GB 2689.2 19

9、81 寿命试验和加速寿命试验的图估计法（用于威布尔分布） GB 2689.3 1981 寿命试验和加速寿命试验的简单线性无偏估计法（用于威布尔分布） GB 2689.4 1981 寿命试验和加速寿命试验的最好线性无偏估计法（用于威布尔分布） GB/T 2900.13 电工术语 可信性与服务质量 GB/T 3358（所有部分） 统计学词汇及符号 GB/T 5080.4 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） GB/T 17614.1 工业过程控制系统用变送器 第 1 部分：性能评定方法 GB/T 18271.1 过程测量和控制装置 通用性能评定方法和程序 第 1 部分：

10、总则 JB/T 6214 1992 仪器仪表可靠性验证试验及测定试验（指数分布）导则 JB/T 50123 仪器仪表现场工作可靠性、有效性、维修性数据收集指南 3 术语与定义 GB/T 2900.13 和 GB/T 3358 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 智能仪表 intelligent instrument 以微处理器或微型计算机为基础而设计的，具有数据采集、处理、组态、诊断、控制和（或）数字通信等功能的数字化仪表。 3.2 可靠性评估 reliability evaluation 依据产品自身的试验数据，运用统计学数值估计理论，求得可靠性参量的取值估计。 3.3 可靠性特

11、征量 reliability characteristic value 衡量产品可靠性的定量化尺度，描绘产品可靠性特性的参数。 3.4 可靠性指标 reliability indexes 产品在规定的条件下对可靠性特征量的定量要求。 JB/T 12021.12014 2 3.5 可靠性指标体系 reliability indexes system 产品在其逐步完善的过程中不断提高的可靠性要求指标的集合。 3.6 可靠性目标值 reliability target value 产品成熟状态时达到的可靠性指标。 3.7 最低可接受值 minimum acceptable value 合同或任务书中

12、规定的进行考核或验证要达到的可靠性指标。 3.8 故障判据 fault criteria 判断智能仪表是否构成故障的界限值。 3.9 可靠性增长试验 reliability growth test 为暴露产品的可靠性薄弱环节， 并证明改进措施能防止可靠性薄弱环节再现或使其出现率低于允许水平而进行的可靠性试验。 3.10 可靠性测定试验 reliability determination test 为确定产品的可靠性特征量而进行的试验。 3.11 可靠性验证试验 reliability compliance test 为确定产品的可靠性特征量是否达到所要求的水平而进行的试验。 4 智能仪表可靠性

13、特征量及可靠性指标要求 4.1 可靠性特征量要求 4.1.1 平均故障间隔工作时间 MTBF 的计算按式（ 1） 。 MTBFtr= （ 1） 式中： t累积试验时间； r 累积故障数。 4.1.2 寿命服从指数分布时，可靠度 ()Rt 的计算按式（ 2） 。 MTBF()t/Rt e= （ 2） 式中： t 规定的时间。 4.2 可靠性指标要求 4.2.1 可靠性增长要求 智能仪表的可靠性增长要求见表 1。 JB/T 12021.12014 3 表 1 智能仪表可靠性增长要求 阶 段 可靠性特征量 样机鉴定阶段 小批生产阶段 批量、稳定生产阶段 MTBF可靠性目标值的 60% 可靠性目标值的

14、 85% 可靠性目标值的 100% 4.2.2 可靠性指标体系 智能仪表可靠性指标体系见表 2，指标的选择由产品标准规定。 表 2 智能仪表可靠性指标体系 可靠性特征量 指标要求 实验室 1.6 104 h 2.0 104h 2.5 104h 4 104h 6.3 104h MTBF现场 10 104 h 16 104 h 25 104h 50 104h 100 104h t=8 000 h 0.923 0.951 0.969 0.984 0.992 )(tRt=4 000 h 0.961 0.975 0.984 0.992 0.996 注： R(t)根据现场指标按式（ 2）计算得到。 5 智

15、能仪表的故障判据 5.1 概述 故障判据是衡量智能仪表在规定条件下和规定时间内是否完成规定功能的尺度。 5.2 关联故障 智能仪表在试验或工作状态由于非外部因素所产生的机械部件、电子元器件的破裂、损坏、丧失规定功能或参数超出指标范围； 软件缺陷或错误导致不能完成规定功能或输出参数超出指标范围为关联故障，应作为故障统计。 5.3 非关联故障 智能仪表由于试验设备、测试条件或其他外部因素引起的故障为非关联故障，不作为故障统计。 5.4 故障判据的制定原则 按以下原则制定智能仪表的故障判据： a）由产品设计任务书（或合同）的规定制定； b）由产品执行的相关标准（或规范）制定； c）由供、需双方协商制

16、定。 5.5 故障权值系数 对关联故障进行数据处理时，应根据故障的影响程度进行加权处理，权值系数 k（ 0 k 1）按如下原则确定： a）严重故障：故障导致智能仪表不能完成规定功能，其权值系数 k=1； b）一般故障：故障对智能仪表完成规定功能有一定影响，降低了使用效果，但未造成不能工作，其权值系数可根据影响程度在 0.3 k 1 范围内选择； c）轻微故障：故障对智能仪表的使用只有轻微影响，其权值系数 k 0.3； JB/T 12021.12014 4 d）多重故障：试验中出现多重故障（指同时发生的两个或两个以上的独立故障） ，按最高一级故障的权值进行统计。 5.6 累积故障数的确定 累积故

17、障数 r 按故障加权累积确定。当 0 r 1 时，按 r=1 计算。 6 智能仪表可靠性试验方法 6.1 概述 6.1.1 目的 智能仪表可靠性试验与评估的目的是通过试验、分析、评估，找出影响可靠性的薄弱环节，为改进提高可靠性提供依据。 6.1.2 方法 可靠性试验方法有可靠性增长试验、可靠性测定试验、可靠性验证试验、加速寿命试验。可靠性评估方法有在试验基础上的可靠性评估法和现场数据统计分析基础上的可靠性评估法。 6.1.3 试验条件 智能仪表可靠性试验条件应符合 GB/T 18271.1 和 GB/T 17614.1 的要求。 6.1.4 试验方法选择 智能仪表可靠性试验评估方法的选择由具体

18、产品的可靠性试验目的与要求确定： a）新产品在样机研制阶段为达到规定的可靠性要求宜采用可靠性增长试验； b）样机在鉴定或定型时为确定可靠性水平，宜采用平均故障间隔工作时间 MTBF 的可靠性测定试验； c）定型产品在定型及批生产中为验证是否达到了规定的可靠性要求，宜采用平均故障间隔工作时间 MTBF 或可靠度 R(t)的可靠性验证试验； d）在产品寿命较长、实验室进行可靠性试验比较困难，而现场仪表使用量大、管理比较规范的情况下宜采用现场试验数据统计分析； e）长寿命、批量较小的产品宜采用可靠性加速寿命试验。 6.2 可靠性增长试验 6.2.1 目的 有计划地激发故障、分析故障和改进设计并证明改

19、进的有效性。 6.2.2 要求 6.2.2.1 试验前要确定产品的可靠性增长目标，一般情况下可由产品的可靠性目标值来确定，参见GJB/Z 77 1995 中 4.3.1。 6.2.2.2 总试验时间一般为产品 MTBF 目标值的 5 倍 25 倍，参见 GJB 1407 1992 中 5.3，高可靠性目标产品可取低值。 JB/T 12021.12014 5 6.2.3 增长模型 6.2.3.1 杜安（ DUANE）模型 6.2.3.1.1 适用范围 适用于按增长计划对智能仪表进行可靠性跟踪与控制。 6.2.3.1.2 模型公式 MTBF( )t计算按式（ 3） ： MTBF( )(1 )ktt

20、ak=（ 3） 式中： k增长率； a尺度参数。 6.2.3.1.3 分析方法 常采用图分析法：根据试验数据利用双对数坐标纸或软件等其他手段绘制增长曲线图，得到模型各参数估计值。该方法分析迅速、简单、直观，但精度低。 详细分析参见 GJB 1407。 6.2.3.2 AMSAA 模型 6.2.3.2.1 适用范围 适用于对智能仪表按实际增长过程进行精确的统计分析和评估。 在试验过程中或试验结束时，利用增长模型对增长趋势进行统计分析，对 MTBF进行估计。分为定时截尾和定数截尾两种情况。采用 AMSAA 模型精度高、并可以给出当前 MTBF的区间估计。如果保持相同的试验条件和改进强度，可外推未来

21、的增长情况。 6.2.3.2.2 模型公式 MTBF的极大似然估计按式（ 4） ， MTBF的无偏估计按式（ 5） ： ( )11MTBFbabt= （ 4） ( )11MTBFbabt= （ 5） 其中： 1lnMiirbtt=（ 6） 1Mbbr= （ 7） /bart= （ 8） btra= / （ 9） 式中： a ( a )尺度参数的极大似然估计（无偏估计） ； JB/T 12021.12014 6 b( b )增长参数的极大似然估计（无偏估计） ； 0rttt=定时截尾定数截尾； ti第 i 次故障发生时的累积试验时间； t0定时截尾试验的总累积试验时间； M故障统计量，1rMr=

22、定时截尾定数截尾。 注： 当 r 20 时，用无偏估计；当 r 20 时，用极大似然估计。 6.2.3.2.3 分析方法 采用统计分析法，分析步骤如下： a）对试验数据进行增长趋势分析； b）对增长参数 b 和尺度参数 a 进行估计； c）对模型的拟合优度进行检验； d）对产品当前的 MTBF进行估计。 详细分析方法参见 GJB 1407。 6.2.4 累积故障数 r =0 时的可靠性判断 如果累积试验时间达到要求的 MTBF值的 2.3 倍时，累积故障数 r 为 0，则以 90%置信水平认定智能仪表的 MTBF已达到要求值，而提前结束试验。 6.2.5 可靠性增长试验案例 可靠性增长试验案例

23、参见附录 A。 6.3 可靠性测定试验 6.3.1 目的 根据试验数据，用统计分析方法按一定置信水平估计智能仪表的可靠性特征量值。 6.3.2 试验方案 可靠性测定试验有四种方案： a）定数有替换截尾试验； b）定数无替换截尾试验； c）定时有替换截尾试验； d）定时无替换截尾试验。 6.3.3 置信区间和置信水平的选择 如选择使用方风险为 10%，则选用 80%的置信区间，其单侧置信水平为 90%；如选择使用方风险为 20%，则选用 60%的置信区间，其单侧置信水平为 80%。见 JB/T 6214 1992 中 6.4.1.2。 6.3.4 分析方法 6.3.4.1 MTBF 的点估计 按

24、 GB/T 5080.4 确定可靠性测定试验的点估计： JB/T 12021.12014 7 a）累积故障数 r=0， MTBF 的点估计值= t3BFTM ； b）累积故障数 0r ，按式（ 1）计算 BFTM 。 6.3.4.2 MTBF 的区间估计 6.3.4.2.1 查表法 根据累积故障数和规定的置信区间，查 JB/T 6214 1992 中表 2 或表 3，得到对应的置信上限系数CU和下限系数 CL。用查得的系数分别乘以MTBF，得到 MTBF 上限值UMTBF 见式（ 10） 和下限值LMTBF 见式（ 11） ： UUMTBF MTBF C=（ 10） LLMTBF MTBF C= （ 11） 6.3.4.2.2 公式计算法 从表 3 中查出 MTBF的计算公式，计算 MTBF的区间估计值。 表 3 MTBF 的区间估计公式 试验方式 双侧置