国家标准 GB/T36245一2018 工业过程测量与控制仪表可靠性分配指南 Guideforreliability allocationofindustrialpr0cessmeasurementand controlinstrument 2018-06-07发布 2019-01-01实施国家市场监督管理总局发布国家标准化管理委员会国家标准
GB/T36245一2018 次目前言引言范围规范性引用文件术语和定义符号和代号可靠性分配原则可靠性分配程序分配方法的选用按阶段选用 7. 7.2按条件选用可靠性分配方法 &.！等分配法 8.2评分分配法 8.3比例组合法 8.！重要度分配法 8.5可靠度再分配法 8.6余度系统比例组合法可靠性分配结果分析附录A资料性附录)软件可靠性分配方法附录B(资料性附录仪表常用可靠性特征量附录c(资料性附录可靠性分配方法应用案例 10 参考文献
GB/36245一2018 前言本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草请注意本文件的某些内容可能涉及专利本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任本标准由机械工业联合会提出本标准由全国工业过程测量控制和自动化标准化技术委员会(SAC/TC124)归口本标准起草单位;重庆工业自动化仪表研究所、扬州电力设备修造厂有限公司、重庆川仪自动化股份有限公司、南京科远自动化集团股份有限公司、浙江伦特机电有限公司、上海辰竹仪表有限公司、上海凡宜科技电子有限公司、深圳市标利科技开发有限公司、重庆市大正温度仪表有限公司,重庆市科学技术研究院、电力工程顾问集团西南电力设计院、西南大学,重庆市自动化与仪器仪表学会本标准主要起草人:刘兴莉、刘琴、陈久松、隆萍、黄云彪、沈德明、吴方亮、原炔、王圣斌、陈汝、周洪琴、孙怀义、张晋宾、周雪莲、方超、刘小莉、赵娟
GB/T36245一2018 引言随着科学技术的进步和工业过程测量与控制仪表使用范围的日益复杂化,仪表的可靠性指标已成为衡量仪表质量的最重要技术指标之一可靠性分配作为可靠性设计技术中最为重要的手段之一,经过多年的发展日趋成熟，目前已被广泛使用的有10余种方法,由于每种方法都有一定的条件需求和使用范围局限,并非每种方法都适用于工业过程测量与控制仪表;同时到目前为止我国尚未制定可靠性分配标准和规范,本标准的制定,将用于指导和规范工业过程测量与控制仪表工程师开展可靠性分配工作工业过程测量与控制仪表的基本构成一般可划分为硬件、软件2部分,可靠性数学模型为串联结构,某些关键部分会采用并联结构,以保证仪表任务的完成通过总结国家科技攻关项目开展工业过程测量与控制仪表可靠性研究的成果和经验,结合工业过程测量与控制仪表企业的可靠性分配工作实践，根据其组成特性,在本标准中推荐了6种适用于工业过程测量与控制仪表的可靠性分配方法,给出了选用原则,分配模型以及分配步骤,.以指导工程师开展应用在进行仪表可幕性指标分配时将仪表的软件视为一个整体,本标准第8章提出的分配方法均适用如果需要对仪表的软件部分进行再分配,可参考附录A实施
GB/36245一2018 工业过程测量与控制仪表可靠性分配指南范围本标准规定了工业过程测量与控制仪表(以下简称仪表)可靠性分配的原则、程序、方法和结果分析本标准适用于仪表的可靠性分配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/T2900.13电工术语可信性与服务质量 GB/T298212013工业过程测量和控制系统用仪表可靠性技术报告编写导则术语和定义 GB/T2900.13界定的以及下列术语和定义适用于本文件为了便于使用,以下重复列出了 GB/T2900.l3中的一些术语和定义 3.1 可靠性reliabilty 产品在规定的条件下和规定的时间区间内完成规定功能的能力注改写GB/T2900.13一2008,定义1910206. 3.2 可靠性定量要求quantitativereliabilityrequirement 在合同或研制任务书中明确规定的可靠性指标 3.3 可靠性分配reliability all0cation 将产品的可靠性定量要求按照给定的准则分配给各组成部分的过程 3.4 可靠度reliabilit 产品在规定的条件下和规定的时间区间内完成规定功能的概率注改写GB/T2900.13一2008,定义191-12-01 3.5 维修性maintainabilityperformance 在给定的条件下,使用所述的程序和资源实施维修时,产品在给定的使用条件下保持或恢复能完成要求的功能的状态的能力 [GB/T2900.132008,定义191-02-07] 3.6 可靠性模型reliabilitymodel 为分配,预计,分析或估算产品的可靠性所建立的模型注改写GB/T2900.13一2008,定义191-1l6-02.
GB/T36245一2018 3.7 可达性acessibilty 产品维修时,接近各个部位的相对难易程度符号和代号下列符号和代号适用于本文件 MTBF”;分配给第i个单元的平均无故障工作时间 MTBF;仪表要求的平均无故障工作时间 R”;分配给第i个单元的可靠度 R”;仪表要求的可靠度 ;分配给第，个单元的失效半入，入”;仪表要求的失效率 5 可靠性分配原则仪表可靠性分配应结合可靠性预计(见GB/T29821一2013中5.5)逐步细化、反复进行,可将分配结果与经验数据及可靠性预计结果相比较(各可靠性特征量的转换参见附录B),确定分配的合理性及是否需要重新进行分配分配结果应写人相应的技术文件可靠性分配还需遵循以下原则: 关键重要度高的部分(如影响健康、环境、人身安全或任务完成),应分配较高的可靠性指标 a b 复杂度高的部分,应分配较低的可靠性指标; 技术不成熟的部分,应分配较低的可靠性指标; c 维修性差的部分,应分配较高的可靠性指标; d 恶劣环境条件下工作的部分,应分配较低的可靠性指标 e 分配应适当留有余量 6 可靠性分配程序在确定仪表可靠性指标和建立仪表可靠性模型后,按如下程序进行可靠性分配选择可靠性分配方法,可靠性分配方法选择见第7章， a) b 采用选定的可靠性分配方法将仪表的可靠性定量要求逐步分配到规定层次; 分析分配结果的合理性,确定是否需要重新进行分配如果分配结果不合理,则从a)开始重 c 新进行分配;如果分配结果合理,则分配结束分配方法的选用” 7.1按阶段选用按GB/T29821一2013中5.6.2的规定,根据仪表所处阶段推荐选用相应的可靠性分配方法,见表1 1) 综合考虑仪表研制阶段、现有信息、待分配的指标、不同分配层次及各分配方法的特点等,确定合适的分配方法为方便选择,本标准把分配方法推荐分为按阶段选用和按条件选用
GB/36245一2018 表1按阶段选用可靠性分配方法阶段分配方法方案论证阶段等分配法初步设计阶段评分分配法、比例组合法,余度系统比例组合法研制阶段详细设计阶段重要度分配法,可靠度再分配法 7.2按条件选用根据可靠性分配方法的适用条件,按掌握的仪表可靠性信息情况推荐选用相应的可靠性分配方法，见表2 表2按适用条件选用可靠性分配方法分配方法适用条件该方法默认仪表各组成单元重要度、复杂度等情况相同,将仪表的可靠性定量要求平均分配等分配法到规定层次该方法简单,适用于粗略分配该方法是由有经验的技术专家对相关因素进行评分,根据评分结果给每个单元分配可靠性指评分分配法标当缺乏有关仪表的可靠性数据时,可选用该方法该方法适用于串联系统该方法是将仪表的可靠性定量要求按仪表和各单元失效率数据的比例进行可靠性指标分配比例组合法该方法适用于新、老仪表结构相似,而且有老仪表统计数据或者新仪表各组成单元预计数据的串联系统该方法是综合考虑仪表各单元的复杂程度以及各单元故障对仪表故障的影响来进行可靠性重要度分配法指标分配该方法适用于有仪表详细可靠性信息的串联系统该方法是当设计的仪表不满足规定的可靠度指标时,以提高可靠度较低单元的可靠度、保持可靠度再分配法可靠度较高单元的可靠度不变,来进行可靠度指标分配该方法适用于有仪表可靠度预计值的串联系统该方法是根据各单元失效率分配值入,"与相似仪表各单元失效率A，比值相等的原理进行可余度系统比例组合法靠性指标分配该方法适用于新,老仪表结构相似,而且有老仪表统计数据或者新仪表各组成单元预计数据的余度系统可靠性分配方法 8.1等分配法 8.1.1分配步骤若仪表由"个单元组成,分配步骤为: 确定各单元的逻辑关系; a b计算分配给各单元的可靠性指标; 若为串联系统,则计算模型见式(1)、式(2)和式(3): R=(R1/"
GB/T36245一2018 MTBF”=n×MTBF、” 入,”=入s/n 若为并联系统.则计算模型见式(4) 22 1/" R”=1一1一Rs” 8.1.2等分配法应用案例串联系统等分配法应用案例见c.2.1.1,并联系统等分配法应用案例见c.2.1.2 8.2评分分配法 8.2.1分配步骤若仪表由n个单元串联组成,分配步骤如下 a 确定要考虑的影响因素,其总数为" 1 拨照表的原则分别给每个单死的影响因素评分,即确定第，个单元,第1个因索的评分值 b 评分表见表4 kiu" 表3主要影响因素评分原则影响因素评分原则重要度根据单元可靠性对产品可靠性的重要程度来评定重要度最低的评10分,最高的评1分复杂度根据组成单元的元部件数量以及它们组装的难易程度来评定最复杂的评10分,最简单的评1分技术成熟度根据单元目前的技术成熟程度来评定成熟度最低的评10分,成熟度最高的评1分根据单元维修时的可达性和实施维修的难易程度来评定可达性最好、最容易维修的评10分,可达维修性性最差,最难维修的评1 " 根据单元所处的环境来评定单元工作过程中会经受极其恶劣而严酷的环境条件的评10分,环境条环境条件件最好的评1分注1仪表主要考虑的影响因素有;重要度、复杂度、技术成熟度、维修性及环境条件等,可根据情况进行增减注2:每种因素的评分值在1~10之间表4评分表影响因素() 序号(i) 单元名称重要度复杂度技术成熟度维修性环境条件计算每个单元的综合评分值k;,l=1一n,计算见式(5): A，=I人计算分配给第个单元的MTBF,计算见式(6) d
GB/36245一2018 MTBF Dk1/k,)MTBF 6 8.2.2评分分配法应用案例评分分配法应用案例见C.2.2 8.3比例组合法 8.3.1分配步骤若仪表由n个单元串联组成,分配步骤为根据积累或预计得到的数据,确定老仪表或新仪表各单元失效率A,a a b 确定各单元的比例分配因子C,,计算见式(7): c,=A/习" 计算分配给新仪表各单元的可靠性指标,计算见式(8),式(9)和式(10) R”=RsG MTBF”=MTBF”/C =入”×C 10 8.3.2比例组合法应用案例比例组合法应用案例见C.2.3 8.4重要度分配法 8.4.1分配步骤若仪表由n个单元串联组成,分配步骤为第个单元故障导致产品故障的次数确定各单元的重要度o;o a 第个单元的故障次数确定各单冗的工作时间，以及仪表的工作时间T b 确定第i单元的基本构成部件数ni 计算仪表的基本构成部件数N:N d 一习"" 计算分配给第i个单元的MTBF,计算见式(1) e ，/T)(N/n.,) MTBF )MTBFs =wi(l 8.4.2 重要度分配法应用案例重要度分配法应用案例见C.2.4 8.5可靠度再分配法 8.5.1分配步骤若仪表由n个单元串联组成,分配步骤为将各单元可靠度预计值由低到高依次排序为R、R、,R ,,R.,即 .R a R1GB/T36245一2018 靠度较低的单元分配可靠度指标Ra,使仪表的可靠度满足规定的指标要求R',计算见式(12): R”三RIR (12 式中 -可靠度保持不变的第i个单元的可靠度 R 确定k =r 着 [风i]" 13 令R,=1,从=1开始推算,满足式(13)的的最大值即为k 确定R ,计算见式(14) d 从=[R、k]" 14 8.5.2可靠度再分配法应用案例可靠度再分配法应用案例见C.2.5 8.6余度系统比例组合法 8.6.1分配步骤若仪表由用个单元组成,分配步骤为确定各单元失效率比值K; a 各单元失效率分配值与相似仪表失效率比值相等,见式(15) K=入，”7/入 15 n个单元组成的余度系统的可靠度模型见式(16) -几R Rs ),R2”t),,Rt 16 由R”t)=e 力',式(15),式16)得到式c) 只"o)=[e越,e越" -KAm1 17 求解式(17)得到K b 计算分配给新仪表各单元的可靠性指标,见式(18) 入”=K×入 (18 8.6.2余度系统比例组合法应用案例余度系统比例组合法应用案例见C.,2.6 可靠性分配结果分析可靠性分配结果分析的目的是判断分配结果是否合理,确定是否需要重新进行分配可靠性分配结果分析可采用将分配结果与经验数据及可靠性预计结果相比较的方法,判断如下可靠性特征量为MTBF或R时,当分配结果大于经验数据或预计结果,应重新进行分配;分配结果小于经验数据或预计结果,分配结束可靠性特征量为入时,当分配结果小于经验数据或预计结果,应重新进行分配;分配结果大于经验数据或预计结果,分配结束
GB/36245一2018 附录 A 资料性附录软件可靠性分配方法 A.1概述在进行仪表可靠性指标分配时,通常将仪表的软件视作一个整体,不往下细分针对软件可靠性指标需进一步分配的情况,本附录提出了两种简单,易操作的软件可靠性分配方法,可参照实施 A.2等值分配法等值分配法理论简单,假设各模块的条件相同,将指标均匀地分配到各模块该方法仅适用于设计初期,可用于顺序或并行执行的软件系统分配步骤如下顺序执行软件 a 1) 确定分配目标值A; 22 确定模块数n 计算分配给各模块的可靠性指标2;,计算见式(A.1): 33 入=As A.l b)并行执行软件 1确定分配目标值入 2)确定模块数n 计算分配给各模块的可靠性指标入;,计算见式(A.2) 3 入，=入s/n A.2 A.3相似程序法相似程序法是借鉴结构类似的旧系统的可靠性数据进行软件可靠性分配的方法该方法是一种简单有效的软件可靠性分配方法,在更新软件版本时常常采用假设新旧软件由n个模块构成,新软件的失效率目标为入,旧软件的失效率为入s,分两种情况进行分配新旧软件的结构相同,可靠性要求不同分配步骤如下: a 计算新旧软件失效率的比例常数3,计算见式(A.3) A.3 8=A;/入、计算分配给新软件各模块的可靠性指标入,计算见式(A.4): ×8 A.4 式中: -旧软件第i个模块的失效率 b 新旧软件的结构相同,但部分模块的可靠性需要改进假设新软件中有k个模块需要改进,其 ;;j=l,2,,k,kGB/T36245一2018 入'M=入 A.5) 式中旧软件第个模块的失效率计算新软件n一k个模块的失效率入',计算见式(A.6): 入'm =入 A.6 习" 计算新旧软件失效率的比例8,计算见式(A.7) 3 8=入'、/A'd A.7) 计算新软件中其他n一k个模块应分配的失效率入,计算见式(A.8). 4 入=入，×3 (A.8 式中 -旧软件第i(i=k十1,k十2,,n)个模块的失效率
GB/36245一2018 附录 B 资料性附录仪表常用可靠性特征量 B.1概述本附录介绍仪表常用的3个可靠性特征量及其相互间的关系 B.2常用的可靠性特征量仪表常用的3个可靠性特征量包括可靠度,用R()表示; aa b 平均故障间隔工作时间,用MTBF表示; c 失效率,用A()表示 B.3可靠性特征量的转换假设仪表的寿命服从指数分布,可靠性特征量R(t)满足式(B.1),NMTBF满足式(B.2)和式(B.3 R(t=e" (B.1 B.2 NMTBF=1/入 B.3 MTBF=-[/InR()门
GB/T36245一2018 附录 C 资料性附录) 可靠性分配方法应用案例 C.1 概述本附录给出了可靠性分配方法的应用案例 C.2 应用案例 C.2.1 等分配法应用案例 C.2.1.1串联系统某仪表通信模块由3个单元(发送、接收和编码)串联组成,其设计目标值为Rs”=0.916,用等分配法将该指标分配到各组成单元解;根据式(1)得: R”=R”=R”=(Rs'1=0.916'8=0.9712 则分配给各组成单元的可靠度为0,.9712 C.2.1.2并联系统为保证数据采集不中断,某仪表数据采集部分采用两个相同单元进行并联设计数据采集部分可靠度设计目标值为R”=0.96,用等分配法将该指标分配到各组成单元解;根据式(4)得 1日=1-(1一0.96)1=0.8 R;=R=1一(一R" 则分配给各组成单元的可靠度为0.8 c.2.2评分分配法应用案例某仪表的电路部分由电源、信号调理卡、智能卡3部分串联组成,其可靠性指标为MTBF”=10x 10'h,用评分分配法将该指标分配到各组成单元解综合考虑仪表的产品特性,选择重要度、复杂度、技术成熟度、环境条件等4种影响因素 a D)由技术专家按照表3的原则给每个单元的影响因素评分,评分结果见表C.l 表C.1各单元评分表影响因素序号单元名称重要度复杂度技术成熟度环境条件电源信号调理卡智能卡 10
GB/36245一2018 根据式(5)计算每个单元的综合评分值,见表C.2 c d)根据式(6)计算分配给每个单元的NMTBF”,分配结果见表C.2. 表c.2分配结果分配结果序号单元名称各单元综合评分值 10'h 电源 180 51.l1 信号调理卡 500 18.40 38.33 智能卡 240 则分配给各单元的指标为MTBF”=51.11X10'h,MTBF”=18.40×10'h,MTBF”=38.33X 10'h 比例组合法应用案例 C.2.3 某仪表由3个单元串联构成,其设计目标值MTBF为10×10'h,用比例组合法将该指标分配到各组成单元解根据积累数据得相似老仪表各单元失效率分别为 a 入，=2.86×10-6/h 入=4.75×10-"/h 入;=3.52×10-"/h b)根据式(7)计算各单元的比例分配因子C C=入， =0.257 =0.427 =0.316 根据式(9),计算分配给各单元的可靠性指标MTBF MTBF”=MTBF、"/C=100000/0.257=389105h MTBF ”=MTBFs/C;=100000/0.427=234192h MTBF”=MTBF/C，=100000/0.316=316455h 则分配给各组成单元的指标分别为MTBF”=389105h,MTBF”=234192h,MTBF”= 316455h C.2.4重要度分配法应用案例某仪表由输人模块,输出模块和显示模块3个单元串联组成,每个单元基本构成部件数为;输人模块15个、输出模块34个、显示模块9个,单元工作时间与仪表工作时间相同其可靠性设计目标值为 10×10'h,用重要度复杂度分配法将该指标分配给各组成单元解因为该仪表为串联系统,单元故障均会导致仪表故障,即每个单元重要度均等于l a w=w==w3I 1
GB/T36245一2018 b 已知每个单元工作时间1，与仪表工作时间丁相同,则 1/丁- =e:/T=;/丁=1 确定仪表的基本构成部件数N ，=15十34十9=58 N-习" d由式(11)计算分配给每个单元的NMTBF MTBF;=1.0×1.0×(58/15)×100000=386667h MTBF;=1.0×1.0×(58/34)×100000=170588h MTBF;=1.0X1.0×(58/9)×100000=644444h 则分配给各组成单元的指标分别为MTBF;=386667h,MrBF;=170588h,MTBF; 644444h C.2.5可靠度再分配法应用案例 -个仪表由A、BC等3个单元串联构成,其设计目标值为R=0.70,单元可靠度预计值为R=0.9 R8=0.8,Rc=0.85 用可靠度再分配法将仪表目标值分配给各组成单元,使仪表的总花费最小化解将单元可靠度预计值由低到高排序;,R,R,即 a R;r=(Rs”/Ra=(0.7/1)1a=0.888 则j=2是满足式(13)的最大值,即k,=2 根据式(14)计算R R;=[Rs”/(R,R]1A"=[0.7/(0.9×1)]1'=0.882 则得到Rn=Rc=R;=0.882,即分配给单元B,C的可靠度为0.882,单元A的可靠度保持不变 C.2.6余度系统比例组合法应用案例某仪表由A、B,C,D,E等5个单元组成,可靠性框图如图C.1所示,其相似产品各单元故障率标于图C.1中仪表的设计目标值可靠度为0.9,试将此指标分配给各单元 0.003/h 0.001h 0.002/h 0.004/h 0.003/h 图c.1可靠性框图 12
GB/T36245一2018 考文献参 [[1]GJB451A一2005可靠性维修性保障性术语 [2]曾声奎.可靠性设计与分析.北京:国防工业出版社,2011 [3]陆民燕.软件可靠性工程.北京:国防工业出版社,2011 14

工业过程测量与控制仪表可靠性分配指南GB/T36245-2018

一、可靠性分配原则

GB/T36245-2018标准提出了工业过程测量与控制仪表可靠性分配的原则：

根据使用环境和使用要求进行分类，确定不同级别的可靠性要求。
采用不同的可靠性设计方法和技术，保证每个级别的可靠性要求得以满足。
通过产品验证、实验测试等方法，对仪表的可靠性进行评估和验证，确保产品符合标准要求。

二、可靠性分配方法

GB/T36245-2018标准中规定了工业过程测量与控制仪表的可靠性分配方法，主要包括以下方面：

确定使用环境和使用要求：根据使用环境、使用要求、产品功能等因素确定不同级别的可靠性要求。
确定可靠性指标：通过可靠性指标的测算和评估，确定产品在设计、生产、使用过程中应满足的可靠性指标。
采用可靠性设计方法和技术：根据不同级别的可靠性要求，采用不同的可靠性设计方法和技术，保证产品的可靠性得以满足。
验证产品可靠性：通过产品验证、实验测试等方法，对产品的可靠性进行评估和验证，确保产品符合标准要求。

三、可靠性要求

GB/T36245-2018标准对不同级别的工业过程测量与控制仪表的可靠性要求进行了详细规定。具体可靠性要求如下：

一般级别：平均无故障时间≥1年，最长无故障时间≥2年。
较高级别：平均无故障时间≥3年，最长无故障时间≥5年。
高级别：平均无故障时间≥5年，最长无故障时间≥10年。

四、总结

GB/T36245-2018标准对工业过程测量与控制仪表的可靠性分配进行了详细规定，为保证产品的质量和稳定性提供了有力支持。在产品设计、生产、使用等方面，都应按照标准要求进行操作，以确保产品能够满足不同级别的可靠性要求，推动工业自动化领域的发展和进步。