基于电子表格的电子系统可靠性快速评估方法

本发明涉及系统可靠性评估，尤其涉及一种基于电子表格的电子系统可靠性快速评估方法。

背景技术：

1、随着科技的不断发展，电子系统在各个领域的应用越来越广泛，如航空、航天、军事、工业、医疗等。然而，电子系统的可靠性问题一直是困扰着人们的重要问题。传统的系统可靠性评估方法通常需要大量的时间和人力，而且评估结果往往不够准确。因此，如何快速、准确地评估电子系统的可靠性成为了一个亟待解决的问题。

2、电子系统可靠性分析目前广泛采用的方法包括使用专业的可靠性分析软件或者纯人工计算。目前市场上存在许多专业软件，如reliasoft、blocksim等，这些软件通常功能强大，能够进行复杂的可靠性分析和建模。然而，使用这类软件通常需要专业的培训，而且对于小型项目而言，过高的学习成本和过于复杂的使用过程确实可能成为问题，尤其是当系统结构发生变化时，系统可靠性模型就需要重新建立，可移植性较差。传统的人工计算方法简单易用，但需要耗费大量时间和精力。此外，人为因素也可能引入误差，特别是针对大型系统进行可靠性综合评估时，人工计算方法的局限性和不足变得尤为明显。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于电子表格的电子系统可靠性快速评估方法，利用电子表格技术，对电子系统的健康状况进行快速评估，判断各分系统的维修价值，并确定分系统内的部件是否需要进行维修。

2、为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：基于电子表格的电子系统可靠性快速评估方法，包括以下步骤：

3、步骤1：分析电子系统，获取其可靠性数据、可靠性需求数据及系统结构标识信息，并转换为excel电子表格数据；

4、步骤1.1：获取电子系统的可靠性数据及可靠性需求数据，并转换为excel电子表格数据；所述电子系统的可靠性数据及可靠性需求数据包括系统部件可靠性数据和可靠性需求数据以及分系统的可靠性数据和可靠性需求数据；所述系统部件可靠性数据和可靠性需求数据包括部件名称、部件类型、部件初始剩余寿命、部件安全系数、各部件已工作时间、部件可靠度阈值、平均严重故障间隔时间和部件失效服从分布的参数；所述分系统可靠性数据和可靠性需求包括分系统序号、分系统名称、表决r/n模块标识和分系统可靠度阈值；

5、步骤1.2：针对部件在分系统中所处位置进行串并联结点标识，也即将系统拓扑结构信息转换为excel电子表格数据，包括部件在分系统内左结点序号、部件在分系统内右结点序号、部件左右结点序号差值；

6、由于部件在分系统内位置的不同，由信号流方向开始，由左至右的顺序对部件的左右结点进行标识，其中针对存在并联分支的情况，优先由上至下由左至右的顺序进行标识；

7、步骤2：基于部件剩余寿命，判断需要预防性维修的部件；对所有分系统进行遍历，在每次循环中，遍历部件列表中的所有部件，得到需要预防性维修的部件列表数据；

8、步骤2.1：创建一个名为维修部件的空列表，用于存储需预防性维修的部件序号；

9、步骤2.2：判断部件类型，针对不同类型的部件分别采用不同的可靠度计算方法；

10、步骤2.2.1：如果部件类型为1，表示该部件为寿命部件，进行以下判断：

11、若寿命部件的剩余寿命小于安全寿命，则该部件需要维修，存储需预防性维修的部件序号到名为维修部件的列表中；安全寿命＝2*任务时长*安全系数；

12、步骤2.2.2：如果部件类型为2，表示该部件为电子类部件，进行以下判断：

13、若电子类部件为故障状态，则可靠度为0，需要维修，存储需预防性维修的部件序号到名为维修部件的列表中；

14、若电子类部件为正常状态，则按照部件平均严重故障间隔时间的指数分布公式计算部件可靠度；

15、计算得出的部件可靠度若小于可靠度阈值，需要维修，存储需预防性维修的部件序号到名为维修部件的列表中；

16、步骤2.2.3：如果部件类型为3，表示该部件服从非指数分布；则进行以下判断：

17、若部件失效参数服从正态分布，通过部件失效参数在任意时刻t服从正态分布的均值μ和标准差σ计算部件可靠度r(t)；

18、若部件失效参数服从威布尔分布，通过部件失效参数在任意时刻t服从威布尔分布的形状参数β和尺度参数θ计算部件可靠度r(t)；

19、如果计算得出部件可靠度r(t)小于部件可靠度阈值，需要维修，存储需预防性维修的部件序号到名为维修部件的列表中；

20、步骤2.3：如果遍历完所有分系统后仍未找到需要维修的部件，则没有需要预防性维修的部件；

21、步骤3：计算各分系统的可靠度，确定需要维修的分系统；对于每个分系统，遍历其内部的所有模块，计算每个模块的可靠度；对于每个模块，遍历其内部的所有部件，根据部件类型计算部件的可靠度，根据部件连接关系计算模块可靠度，再根据模块连接关系计算分系统可靠度，得到需要维修的维修分系统列表；

22、步骤3.1：遍历所有分系统，计算分系统内部各模块可靠度；

23、步骤3.1.1：按照分系统内部件串并联关系图，通过对分系统的部件结点进行标号，使得系统内的每个部件的左右结点各有一个编号；

24、步骤3.1.2：从部件左结点序号、部件右结点序号、部件左右结点序号差值数组中提取左结点序号、右结点序号和左右结点序号差值；若部件的左右结点序号差值大于或等于2，代表该部件所在支路上有其他部件与其串联；因此，遍历结点序号差值列表，找到结点序号差值大于或等于2的部件，初始化一个空列表1来存储上述满足条件的部件信息；

25、步骤3.1.3：根据部件标识顺序找到结点序号差值满足大于或等于2的条件下的部件前后各一个部件，创建一个新的列表2存储新找到的两个部件信息，同时将原列表1的所有部件信息拷贝到新列表2中，得到修改后的新列表3；列表3中所有部件组成分系统中的一个模块；

26、步骤3.1.4：根据结点标识顺序的奇偶性，推断出部件在模块中的连接方式，判断该部件在模块中串并联关系再进行运算；在分系统其中的一个模块内，根据部件标识顺序，奇数位部件串联在一条支路上，偶数位部件串联在一条支路上，且同时满足奇数位支路部件与偶数位支路部件并联；由此判断出部件在模块中的连接关系并由此计算模块的可靠度；

27、基于电路中的串并联关系，通过计算左右结点的序号差值，判断出部件在模块中的串并联关系以及所在支路是否有其他部件与其串联或并联；根据结点标识顺序的奇偶性，推断出部件在模块中的连接方式，由此分别计算串联和并联部件支路的可靠度；

28、对于所有串联部件支路，将串联部件支路的可靠度相加；对于所有并联部件支路，将并联部件支路的可靠度相乘，最后将所有部件支路的可靠度相加，得出该模块的可靠度；

29、步骤3.2：判断每个分系统内部的模块是否有表决r/n模块；所述表决r/n模块被设计成当n个部件中至少有r个部件可用时，系统就可正常运行；

30、如果存在r/n模块，则判断r/n模块中的n个部件中是否有r个部件可用；如果有不止n-r个部件出现故障，分系统就被认为出现故障，可靠度为0，需要进行维修；

31、步骤3.3：根据分系统内各模块的可靠度以及连接关系计算分系统的可靠度；

32、对于所有串联模块支路，将它们的可靠度相加；对于所有并联模块支路，将它们的可靠度相乘；最后，将所有模块支路的可靠度相加，得到分系统的可靠度；

33、步骤3.4：根据分系统可靠度阈值，查找并确定需要维修的分系统；

34、步骤3.4.1：初始化分系统维修空列表，用于存储需要维修的分系统的位置；

35、步骤3.4.2：遍历每个分系统的可靠度，判断当前分系统可靠度是否小于给定的分系统可靠度阈值，如果满足则将该分系统的位置添加到分系统维修列表中；

36、步骤4：输出需要维修的分系统和部件；

37、根据维修部件列表、维修分系统列表中的数据，分别输出需要维修的分系统和部件。

38、采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的基于电子表格的电子系统可靠性快速评估方法，结合电子表格的直观性，为评估过程带来更高的效率和准确性。利用电子表格使得数据的组织、管理和可视化变得轻而易举。更重要的是，本发明通过在电子表格中简单地标识系统串并联连接关系，使得在系统发生变化时，用户只需调整电子表格中的数据录入，而无需修改底层的编程程序。这种设计为用户提供了极大的灵活性，可以轻松适应不同的电子系统可靠性评估场景。这种方法不仅简化了评估流程，还降低了用户的学习曲线和操作难度。

39、(1)降低劳动强度与提高效率：通过使用电子表格进行系统信息的采集，工作人员可以更直观地管理和处理系统数据。这避免了繁琐的软件建模或手工计算，大大降低了劳动强度，并提高了工作效率。

40、(2)清晰标识串并联关系：通过特殊的标识方法，在excel表格中即可清晰地展示任务中不同分系统的部件之间的串并联关系。系统结构变化时只需通过电子表格进行直观的数据输入和调整，无需修改软件，提高了使用的灵活性。

41、(3)决策评估与系统可靠性提升：本发明方法能够判断电子系统的维修价值，评估部件及分系统是否需要维修。这有助于及时发现并修复潜在的问题，从而提高系统的可靠性。