0　引　言

　　隨著科學技術和市場經濟的發展,電氣設備的安全運行及保護已成為重要的問題。由于各類低壓電器產品(如斷路器、繼電器、接觸器等)需求量在迅速增加,若其可靠性不高,頻繁發生故障就會給用戶造成很嚴重的經濟損失。這類基礎電器產品的質量和可靠性研究是十分迫切和必須的,已成為電器領域中一項重要課題。正確鑒別低壓電器產品的可靠性等級的關鍵在于低壓電器產品的可靠性試驗和分析[ 1 ] 。在電器產品的可靠性研究中,可靠性統計估計失效分布類型的傳統方法是采用手工繪制失效頻率直方圖及累積失效頻率直方圖,對失效分布類型的參數做出圖估計。鑒于這種方法計算量大,精度不高,本文在VC + +平臺上設計編寫控制界面,并完成對產品試驗數據的處理,估計出失效分布類型,在相應分布概率紙上進行圖檢驗較終確定產品服從的失效分布類型及保存試驗數據,實現了對數據的自動化處理。

　　1　系統的組成和原理

　　本檢測系統利用VC + + /MFC在面向對象的方法編寫控制界面。VC + +是一個功能非常強大的可視化應用程序開發工具。利用VC + +開發面向對象Windows應用程序有兩種方法:一種是使用Windows提供的W indows AP I (應用程序接口)函數;另一種是利用Microsoft提供的MFC (微軟基礎類)類庫。本文采用MFC類庫的方法編寫控制界面,實現對設備的可視化控制[ 2 ] 。

　　低壓電器可靠性檢測系統軟件主要由3部分組成,分別為程序內核,主要完成失效數據的估計、檢驗及計算功能;用戶界面,主要完成試驗所得數據及各種參數的輸入,同時把參數傳遞給程序內核;結果顯示界面,主要完成對程序內核的可靠性計算結果的顯示輸出。

    圖1為低壓電器可靠性檢測系統的用戶界面。通過點擊相應的菜單項,可實現電器產品的各項檢測功能。在此界面中,點擊相應的菜單會彈出對話框或出現下拉菜單。應用界面的主要功能有小子樣、大子樣、數據保存和幫助。

　　使用者首先根據具體試驗數據在用戶界面中選擇試驗的類別,輸入試驗所得的有效可靠性試驗數據;通過可靠性分析軟件內核進行可靠性試驗數據失效分布類型的估計并在此基礎上進行圖檢驗,確定可靠性試驗數據的失效分布類型,計算出相應的可靠性試驗數據的可靠性特征量;較后可以通過結果顯示界面讀取可靠性指標結果保持試驗數據。圖2為低壓電器可靠性試驗數據分析軟件的功能流程。

　　根據失效分布類型的確定方法和可靠性特征量的理論估計方法,此軟件包含以下內容:電器中常見的失效分布類型的確定方法以及大、小子樣數據時的可靠性特征量的計算。

　　圖3為低壓電器可靠性檢測系統軟件的軟件流程,通過產品失效數據的個數,判斷出子樣的類型(大子樣或者小子樣) ,選擇相應的處理程序估計出失效分布函數。應用檢驗方法中的圖檢驗對做出的估計在對應的概率紙上完成檢驗工作。較終計算出各可靠性參數并輸出結果。當分布類型是正態分布時,通常是試驗樣品數比較大,在軟件中需要分組計算,將其歸屬于大子樣,要繪制失效頻率直方圖完成估計。由于小子樣和大子樣的處理程序類同,就略去小子樣處理流程圖。

　　可靠性檢測系統軟件的界面主要包括用戶界面、中間處理界面和結果顯示界面,用戶界面中的數據可以根據需要進行修改,而中間處理界面和結果顯示界面中的數據不允許修改。在界面的設計中詳細、綜合考慮怎樣具體實現輸入、選擇可靠性參數數據和顯示分析結果,怎樣利用按鈕、菜單、文本框等引導實現對整個分析過程的控制,此可靠性試驗數據分析軟件通用性強,運行結果穩定,界面友好,使用方便,適用于各種低壓電器產品的可靠性試驗數據。

　　2　軟件實現

　　(1) 常見的失效分布類型。在可靠性理論中產品的失效分布類型是一個十分重要的問題,當失效分布類型不同時,各可靠性特征量的計算方法也都不同,故確定可靠性試驗數據的失效分布類型對于得出正確的可靠性特征量具有重要意義。常見的失效分布類型有指數分布、威布爾分布、正態分布及對數正態分布等。其中,指數分布類型是可靠性理論中較常見的。

　　(2) 失效分布類型的估計。參數的輸入過程是在檢測系統的參數輸入界面完成的,由使用者根據產品的壽命數據個數選擇大子樣處理或小子樣處理(一般試驗數據個數超過30為大子樣,不超過30為小子樣) 。當為大子樣時需要將試驗數據按一定時間間隔分組,組數k = 1 + 3. 3 lgn,按照分組后的數據繪制失效頻率直方圖,近似地繪出失效密度函數曲線,將繪出的失效密度曲線形狀與標準的失效密度曲線進行比較,對產品的失效分布類型做出估計。若為數據較少的小子樣時計算各時刻ti 對應的可靠度函數值R ( ti ) = 1 -( i - 0. 5) / n ,根據( ti , R ( ti ) )在直角坐標系中描點并繪出可靠度函數圖像,將繪出的失效密度曲線形狀與標準的失效密度曲線進行比較,對產品的失效分布類型做出估計。以樣品數為30的一組小子樣試驗數據為例,估計出失效分布類型。

　　單擊確定按鈕,失效數據調用是在可靠性試驗數據分析軟件的程序內核中完成的,對試驗數據失效數據的失效分布類型做出估計。

　　(3) 失效分布類型的檢驗。主要證實所估計出的失效分布類型與壽命試驗數據是否適合,常用的檢驗方法有統計分析法和圖檢驗法。其中,統計分析法中又包括χ2 檢驗法、K2S檢驗法等,這種方法只做出“是否應拒絕所假設的分布類型”的判斷,不能證明所假設的分布類型是完全正確的。因此,本文中采用由計算機處理的圖檢驗。圖檢驗的核心是繪制常用失效分布類型的概率紙———單邊對數坐標紙、威布爾概率紙以及正態概率紙。威布爾分布中進一步分為兩參數威布爾分布(ν= 0)和三參數威布爾分布(ν≠0) 。在威布爾概率紙中的軌跡近似為一條曲線時,說明不服從兩參數威布爾分布,調用三參數威布爾檢驗的代碼完成檢驗。結合正態分布概率紙的構造原理,程序中準備了標準正態函數分布表,通過代碼可以很方便快捷地查表計算,實現正態分布的檢驗功能。

　　根據概率紙的原理繪出用于檢驗失效分布類型的概率紙,將試驗數據在概率紙上描點,并利用較小二乘原理配置出一條線。通過判斷相關系數的值,若近似為直線說明估計的失效類型成立,并計算出相關的可靠性參數。在View類的OnDraw函數下實現繪圖功能,主要是因為這個成員函數通過調用3 pDoc,可以很容易從Doc類將參數值傳遞進來。若各試驗數據在概率紙上通過求相關系數證明近似為一條直線上(見圖4) ,就說明估計的失效分布類型合理。

　　(4) 保存試驗數據并輸出試驗結果。為便于將來對試驗數據的查詢以及試驗過程的簡化,本文設計了數據保持功能。每次試驗讀取數據后,調用寫入文件函數fwrite ( )保存當前試驗的有效數據。通過fread ( )函數打開記事本,以時間為參數,若有與之匹配時間記錄就顯示出試驗數據和結果。

　　3　實驗與結果

　　已知現場測試的某型號繼電器50只進行壽命試驗,其壽命數據如表1所示。用本文設計的檢測軟件估計該產品的失效分布類型并計算出可靠行參數。

　　根據提供的試驗數據采用大子樣估計失效分布類型,估計出的分布類型為正態分布(見圖5) 。通過正態分布的圖檢驗,確認某型號繼電器的試驗數據服從正態分布(見圖6) 。　

4　結　語

　　本文在Visual C + + 6. 0編輯環境下設計的低壓電器可靠性檢測系統實現了對于電器產品的試驗數據進行定量分析,根據可靠性相關理論估計出該產品的失效分布類型,通過圖檢驗方法檢驗估計的是否合理,并計算出各可靠性參數。同時對每次試驗的數據進行保存和查詢功能,極大地提高數據的使用重復性。由軟件分析產品的失效分布可以提高工作效率和計算精度,適用于各種類型的電器產品可靠性試驗數據的處理,具有很高的實用價值。