【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种成败型试验转计量型试验的可靠性评估方法，旨在高可靠性指标要求下，根据航天产品关键子系统的计量型数据与可靠性评估结果，对只能进行成败型试验的航天产品进行整机可靠性评估，从而节省大量试验成本，并显著提升小样本情况下的整机可靠性评估精度，属于可靠性工程领域。
技术介绍
1、随着空间站和载人登月等深空探测技术的发展，对航天产品的可靠性要求越来越高。为了定量验证航天产品的可靠性指标是否达到规定值，需要开展可靠性鉴定试验。然而，航天产品价格昂贵且生产批量有限，只能进行小样本试验。特别对于只能进行成败型试验的航天产品，若按照传统成败型计数试验验证其可靠性，需要进行上千次试验，如此高昂的试验成本难以为工程所接受。
2、为了减少试验次数、节约试验成本，同时达到验证可靠性的目的，通常建议航天产品采用计量型试验方案。与仅记录成败次数的计数试验相比，计量试验获得产品性能的计量型信息，单套产品获得的可靠性信息更多，因此所需要的样本量要少很多。另一方面，许多航天产品的可靠性主要由关键子系统决定，任何一个子系统发生故障，都会导致整机无法正常运行，所以通常航天产品可以视为由关键子系统组成的串联系统，从而可以通过关键子系统的试验数据对其整机可靠性进行评估。目前，工程上常用的由子系统试验数据评估串联系统可靠性的方法基于极大似然理论，因此在小样本情况下误差较大。
3、针对上述问题，本专利技术提出了一种成败型试验转计量型试验的可靠性评估方法，该方法通过测量关键子系统的计量数据，将航天产品的可靠性试验由成败型试验转变为信息量更加
技术实现思路
1、目的：针对航天产品只能进行成败型试验，而其子系统可以进行计量型试验的情况，建立了一种成败型试验转计量型试验的可靠性评估方法。能够根据关键子系统的小样本计量数据，实现航天产品整机的可靠性评估，在保证评估精度的前提下，节省大量试验成本。
2、技术方案：本专利技术首先建立了航天产品的可靠性串联模型，然后通过测量关键子系统的计量型数据，将航天产品整机的成败型试验转变为子系统的计量型试验，并对各子系统的可靠性进行评估。在此基础上，基于和差积商的置信限理论，根据子系统的可靠性评估结果统计推断航天产品整机的可靠度单侧置信下限。
3、本专利技术提出一种成败型试验转计量型试验的可靠性评估方法，具体步骤如下：
4、步骤一：针对航天产品由若干个相互独立的关键子系统串联构成的特点，建立一般航天产品的可靠性串联模型；
5、步骤二：根据测量得到的子系统小样本计量数据，采用正态分布容许限法实现各个子系统的可靠性评估；
6、步骤三：基于和差积商的置信限理论，根据完全不相同子系统的可靠性评估结果实现高置信度下的航天产品整机可靠性评估；
7、步骤四：针对各子系统完全相同的情况，建立航天产品整机的可靠性评估方法。
8、其中，在步骤一所述的“针对航天产品由若干个相互独立的关键子系统串联构成的特点，建立一般航天产品的可靠性串联模型”，其做法如下：
9、设某航天产品由m个完全不相同且相互独立的关键子系统串联构成，第9个子系统的可靠度为ri，则该航天产品整机的可靠度r为：
10、
11、对于上述航天产品串联模型中包括若干个完全相同且相互独立的子系统情况，则可将完全相同且相互独立的子系统看成一个关键子系统。例如，若完全相同且相互独立的子系统有m*个，每个相同子系统可靠度均为r*，则可将它们视为一个关键子系统，该子系统的可靠度为
12、在工程实际中，无法直接使用式(1)计算航天产品整机的可靠度。因为子系统可靠度ri的真值是未知的，只能通过相应的可靠性试验数据统计推断得到其置信度为γ的单侧置信下限rli，满足：
13、p(ri≥rli)＝γi＝1，2，...，m (2)
14、其中，在步骤二所述的“根据测量得到的子系统小样本计量数据，采用正态分布容许限法实现各个子系统的可靠性评估”，其做法如下：
15、若试验后获得的子系统性能参数试验数据通过正态分布检验，可认为子系统的可靠性特征量均服从正态分布。针对这种情况，可结合特征量的容许限，则采用正态分布容许限法对关键子系统的可靠性进行评估，具体过程如下：
16、设各子系统的性能参数试验数据xi(i＝1，2，…，m)均服从正态分布，其特征量容许限为xi＜xiu或xi＞xil，其中xiu为产品技术指标要求性能参数需满足的上限，xil为要求性能参数需满足的下限，则子系统的可靠度可表示为：
17、
18、或：
19、
20、式中，μi，σi分别为第i个子系统性能参数的均值和标准差，φ(·)为标准正态分布函数。
21、若某航天产品共开展n次整机可靠性试验，每次试验结束后，对整机进行拆解，实测得到n组关键子系统的性能参数试验数据xi＝(xi1，xi2，…，xin)，i＝1，2，…，m。根据这些实测数据可分别计算各子系统的样本均值和样本标准差si：
22、
23、
24、然后联合样本均值、样本标准差和特征量容许限，根据下式构建统计量ψi为：
25、
26、当给定置信度为γ时，各子系统的可靠度单侧置信下限rli由下面等式求解得到：
27、
28、式中，是标准正态分布的rli分位数，是自由度为v＝n-1，非中心参数为的非中心t分布的分布函数。
29、方程(8)中子系统的可靠度单侧置信下限rli可通过查非中心t分布的数值表或用二分法求解得出，此时各子系统置信度为γ的可靠度单侧置信下限rli为可表示为：
30、
31、式中，是通过式(8)对非中心参数求逆得到的逆函数。
32、至此，基于测量得到的子系统小样本计量数据，实现了关键子系统的可靠性评估。
33、其中，在步骤三所述的“基于和差积商的置信限理论，根据完全不相同子系统的可靠性评估结果实现高置信度下的航天产品整机可靠性评估”，其做法如下：
34、设各子系统的置信度为γ的可靠度单侧置信下限为rli(i＝1，2，…，m)，可以根据步骤二所述的子系统可靠性评估方法得到。
35、对于航天产品的子系统完全不同且相互独立的情况，基于和差积商的置信限理论，首先将各子系统置信度为γ的可靠度单侧置信下限rli(i＝1，2，…，m)代入步骤一所述的整机可靠性串联模型，计算结果作为给定置信度γ下系统可靠度r的单侧置信下限的初始近似值，即：
36、
37、令γ*表示rl的实际置信度。它可以通过下式数值计算，为：
38、
39、式中：
40、
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【技术保护点】
1.一种成败型试验转计量型试验的可靠性评估方法，其特征在于，具体步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种成败型试验转计量型试验的可靠性评估方法，其特征在于：在步骤一中，设某航天产品由m个完全不相同且相互独立的关键子系统串联构成，第i个子系统的可靠度为Ri，则该航天产品整机的可靠度R为：
3.根据权利要求2所述的一种成败型试验转计量型试验的可靠性评估方法，其特征在于：在步骤一中，因无法直接使用式(1)计算航天产品整机的可靠度；因为子系统可靠度Ri的真值是未知的，只能通过相应的可靠性试验数据统计推断得到其置信度为γ的单侧置信下限RLi，满足：
4.根据权利要求1或2所述的一种成败型试验转计量型试验的可靠性评估方法，其特征在于：在步骤二中，若试验后获得的子系统性能参数试验数据通过正态分布检验，认为子系统的可靠性特征量均服从正态分布；针对这种情况，结合特征量的容许限，采用正态分布容许限法对关键子系统的可靠性进行评估，具体过程如下：
5.根据权利要求4所述的一种成败型试验转计量型试验的可靠性评估方法，其特征在于：在步骤二中，若某航天产品共开展
6.根据权利要求5所述的一种成败型试验转计量型试验的可靠性评估方法，其特征在于：在步骤二中，方程(8)中子系统的可靠度单侧置信下限RLi通过查非中心t分布的数值表或用二分法求解得出，此时各子系统置信度为γ的可靠度单侧置信下限RLi表示为：
7.根据权利要求1或6所述的一种成败型试验转计量型试验的可靠性评估方法，其特征在于：在步骤三中，设各子系统的置信度为γ的可靠度单侧置信下限为RLi(i＝1,2,…,m)，对于航天产品的子系统完全不同且相互独立的情况，基于和差积商的置信限理论，首先将各子系统置信度为γ的可靠度单侧置信下限RLi(i＝1,2,…,m)代入整机可靠性串联模型，计算结果作为给定置信度γ下系统可靠度R的单侧置信下限的初始近似值，即：
8.根据权利要求7所述的一种成败型试验转计量型试验的可靠性评估方法，其特征在于：在步骤三中，实际计算时，首先按精度要求选取M(如104，105，106)，代入式(13)求得然后由式(12)求得相应的最后由式(11)求得置信度γ*；当式(12)中Φ-1{*}中的数值*大于1时，令对应的
9.根据权利要求7所述的一种成败型试验转计量型试验的可靠性评估方法，其特征在于：在步骤三中，进一步通过二分法调整式(10)中的γ取值为γ**，使得式(11)计算的γ*＝γ，即求得航天产品置信度为γ的可靠度单侧置信下限为：
10.根据权利要求1所述的一种成败型试验转计量型试验的可靠性评估方法，其特征在于：在步骤四中，对于航天产品的子系统完全相同且相互独立的情况，设m个子系统的可靠度完全相同且均等于子系统1的可靠度R1，则航天产品整机的可靠度为：
...【技术特征摘要】
1.一种成败型试验转计量型试验的可靠性评估方法，其特征在于，具体步骤如下：
2.根据权利要求1所述的一种成败型试验转计量型试验的可靠性评估方法，其特征在于：在步骤一中，设某航天产品由m个完全不相同且相互独立的关键子系统串联构成，第i个子系统的可靠度为ri，则该航天产品整机的可靠度r为：
3.根据权利要求2所述的一种成败型试验转计量型试验的可靠性评估方法，其特征在于：在步骤一中，因无法直接使用式(1)计算航天产品整机的可靠度；因为子系统可靠度ri的真值是未知的，只能通过相应的可靠性试验数据统计推断得到其置信度为γ的单侧置信下限rli，满足：
4.根据权利要求1或2所述的一种成败型试验转计量型试验的可靠性评估方法，其特征在于：在步骤二中，若试验后获得的子系统性能参数试验数据通过正态分布检验，认为子系统的可靠性特征量均服从正态分布；针对这种情况，结合特征量的容许限，采用正态分布容许限法对关键子系统的可靠性进行评估，具体过程如下：
5.根据权利要求4所述的一种成败型试验转计量型试验的可靠性评估方法，其特征在于：在步骤二中，若某航天产品共开展n次整机可靠性试验，每次试验结束后，对整机进行拆解，实测得到n组关键子系统的性能参数试验数据xi＝(xi1,xi2,…,xin),i＝1,2,…,m；根据这些实测数据分别计算各子系统的样本均值和样本标准差si：
6.根据权利要求5所述的一种成败型试验转计量型试验的可靠性评估方法，其特征在于：在步骤二中，方程(8)中子...
【专利技术属性】
技术研发人员：傅惠民，李子昂，付越帅，郭建超，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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