基于VC++的低压电器可靠性检测系统

2009年12月18日15:31:15 中国智能电工网我要评论(2)字号：T | T | T

　　0　引　言

　　随着科学技术和市场经济的发展,电气设备的安全运行及保护已成为重要的问题。由于各类低压电器产品(如断路器、继电器、接触器等)需求量在迅速增加,若其可靠性不高,频繁发生故障就会给用户造成很严重的经济损失。这类基础电器产品的质量和可靠性研究是十分迫切和必须的,已成为电器领域中一项重要课题。正确鉴别低压电器产品的可靠性等级的关键在于低压电器产品的可靠性试验和分析[ 1 ] 。在电器产品的可靠性研究中,可靠性统计估计失效分布类型的传统方法是采用手工绘制失效频率直方图及累积失效频率直方图,对失效分布类型的参数做出图估计。鉴于这种方法计算量大,精度不高,本文在VC + +平台上设计编写控制界面,并完成对产品试验数据的处理,估计出失效分布类型,在相应分布概率纸上进行图检验较终确定产品服从的失效分布类型及保存试验数据,实现了对数据的自动化处理。

　　1　系统的组成和原理

　　本检测系统利用VC + + /MFC在面向对象的方法编写控制界面。VC + +是一个功能非常强大的可视化应用程序开发工具。利用VC + +开发面向对象Windows应用程序有两种方法:一种是使用Windows提供的W indows AP I (应用程序接口)函数;另一种是利用Microsoft提供的MFC (微软基础类)类库。本文采用MFC类库的方法编写控制界面,实现对设备的可视化控制[ 2 ] 。

　　低压电器可靠性检测系统软件主要由3部分组成,分别为程序内核,主要完成失效数据的估计、检验及计算功能;用户界面,主要完成试验所得数据及各种参数的输入,同时把参数传递给程序内核;结果显示界面,主要完成对程序内核的可靠性计算结果的显示输出。

图1为低压电器可靠性检测系统的用户界面。通过点击相应的菜单项,可实现电器产品的各项检测功能。在此界面中,点击相应的菜单会弹出对话框或出现下拉菜单。应用界面的主要功能有小子样、大子样、数据保存和帮助。

　　使用者首先根据具体试验数据在用户界面中选择试验的类别,输入试验所得的有效可靠性试验数据;通过可靠性分析软件内核进行可靠性试验数据失效分布类型的估计并在此基础上进行图检验,确定可靠性试验数据的失效分布类型,计算出相应的可靠性试验数据的可靠性特征量;较后可以通过结果显示界面读取可靠性指标结果保持试验数据。图2为低压电器可靠性试验数据分析软件的功能流程。

　　根据失效分布类型的确定方法和可靠性特征量的理论估计方法,此软件包含以下内容:电器中常见的失效分布类型的确定方法以及大、小子样数据时的可靠性特征量的计算。

　　图3为低压电器可靠性检测系统软件的软件流程,通过产品失效数据的个数,判断出子样的类型(大子样或者小子样) ,选择相应的处理程序估计出失效分布函数。应用检验方法中的图检验对做出的估计在对应的概率纸上完成检验工作。较终计算出各可靠性参数并输出结果。当分布类型是正态分布时,通常是试验样品数比较大,在软件中需要分组计算,将其归属于大子样,要绘制失效频率直方图完成估计。由于小子样和大子样的处理程序类同,就略去小子样处理流程图。

　　可靠性检测系统软件的界面主要包括用户界面、中间处理界面和结果显示界面,用户界面中的数据可以根据需要进行修改,而中间处理界面和结果显示界面中的数据不允许修改。在界面的设计中详细、综合考虑怎样具体实现输入、选择可靠性参数数据和显示分析结果,怎样利用按钮、菜单、文本框等引导实现对整个分析过程的控制,此可靠性试验数据分析软件通用性强,运行结果稳定,界面友好,使用方便,适用于各种低压电器产品的可靠性试验数据。

　　2　软件实现

　　(1) 常见的失效分布类型。在可靠性理论中产品的失效分布类型是一个十分重要的问题,当失效分布类型不同时,各可靠性特征量的计算方法也都不同,故确定可靠性试验数据的失效分布类型对于得出正确的可靠性特征量具有重要意义。常见的失效分布类型有指数分布、威布尔分布、正态分布及对数正态分布等。其中,指数分布类型是可靠性理论中较常见的。

　　(2) 失效分布类型的估计。参数的输入过程是在检测系统的参数输入界面完成的,由使用者根据产品的寿命数据个数选择大子样处理或小子样处理(一般试验数据个数超过30为大子样,不超过30为小子样) 。当为大子样时需要将试验数据按一定时间间隔分组,组数k = 1 + 3. 3 lgn,按照分组后的数据绘制失效频率直方图,近似地绘出失效密度函数曲线,将绘出的失效密度曲线形状与标准的失效密度曲线进行比较,对产品的失效分布类型做出估计。若为数据较少的小子样时计算各时刻ti 对应的可靠度函数值R ( ti ) = 1 -( i - 0. 5) / n ,根据( ti , R ( ti ) )在直角坐标系中描点并绘出可靠度函数图像,将绘出的失效密度曲线形状与标准的失效密度曲线进行比较,对产品的失效分布类型做出估计。以样品数为30的一组小子样试验数据为例,估计出失效分布类型。

　　单击确定按钮,失效数据调用是在可靠性试验数据分析软件的程序内核中完成的,对试验数据失效数据的失效分布类型做出估计。

　　(3) 失效分布类型的检验。主要证实所估计出的失效分布类型与寿命试验数据是否适合,常用的检验方法有统计分析法和图检验法。其中,统计分析法中又包括χ2 检验法、K2S检验法等,这种方法只做出“是否应拒绝所假设的分布类型”的判断,不能证明所假设的分布类型是完全正确的。因此,本文中采用由计算机处理的图检验。图检验的核心是绘制常用失效分布类型的概率纸———单边对数坐标纸、威布尔概率纸以及正态概率纸。威布尔分布中进一步分为两参数威布尔分布(ν= 0)和三参数威布尔分布(ν≠0) 。在威布尔概率纸中的轨迹近似为一条曲线时,说明不服从两参数威布尔分布,调用三参数威布尔检验的代码完成检验。结合正态分布概率纸的构造原理,程序中准备了标准正态函数分布表,通过代码可以很方便快捷地查表计算,实现正态分布的检验功能。

　　根据概率纸的原理绘出用于检验失效分布类型的概率纸,将试验数据在概率纸上描点,并利用较小二乘原理配置出一条线。通过判断相关系数的值,若近似为直线说明估计的失效类型成立,并计算出相关的可靠性参数。在View类的OnDraw函数下实现绘图功能,主要是因为这个成员函数通过调用3 pDoc,可以很容易从Doc类将参数值传递进来。若各试验数据在概率纸上通过求相关系数证明近似为一条直线上(见图4) ,就说明估计的失效分布类型合理。

　　(4) 保存试验数据并输出试验结果。为便于将来对试验数据的查询以及试验过程的简化,本文设计了数据保持功能。每次试验读取数据后,调用写入文件函数fwrite ( )保存当前试验的有效数据。通过fread ( )函数打开记事本,以时间为参数,若有与之匹配时间记录就显示出试验数据和结果。

　　3　实验与结果

　　已知现场测试的某型号继电器50只进行寿命试验,其寿命数据如表1所示。用本文设计的检测软件估计该产品的失效分布类型并计算出可靠行参数。

　　根据提供的试验数据采用大子样估计失效分布类型,估计出的分布类型为正态分布(见图5) 。通过正态分布的图检验,确认某型号继电器的试验数据服从正态分布(见图6) 。　

4　结　语

　　本文在Visual C + + 6. 0编辑环境下设计的低压电器可靠性检测系统实现了对于电器产品的试验数据进行定量分析,根据可靠性相关理论估计出该产品的失效分布类型,通过图检验方法检验估计的是否合理,并计算出各可靠性参数。同时对每次试验的数据进行保存和查询功能,极大地提高数据的使用重复性。由软件分析产品的失效分布可以提高工作效率和计算精度,适用于各种类型的电器产品可靠性试验数据的处理,具有很高的实用价值。

基于VC++的低压电器可靠性检测系统

相关阅读: