挂壁式空调系统可靠性评估方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种空调系统评估技术，适用于在挂壁式空调设计和使用过程中对其 可靠性水平进行分析评估，特别涉及挂壁式空调系统可靠性评估方法。
【背景技术】
[0002] 空调整机系统的可靠性模型应用于空调产品的论证、设计、制造和使用等多个环 节，而挂壁式空调是应用最为广泛的一类空调产品。
[0003]可靠性指标是反映空调质量的核心指标，客观准确的评估空调的可靠性水平已成 为企业的一项基础性技术工作，也受到消费者的广泛关注。目前，国内外关于空调可靠性的 评估主要使用试验数据或现场数据，应用统计理论或方法进行估计，这种方式需要企业投 入高昂的资金成本和长久的试验时间。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种挂壁式空调系统的可靠性评估方法，在综合应用系统 工程理论对挂壁式空调整机系统的物理结构关系和功能进行分析的基础上，运用概率理论 导出空调整机系统的可靠度分析计算模型和评估方法，使得在空调产品的设计、制造和使 用过程中，能够适时、方便、低成本且有效地对空调系统的可靠性水平进行分析估计。
[0005] 本发明的目的采取以下技术方案来实现。挂壁式空调系统可靠性评估方法，其步 骤如下：
[0006] 步骤1、进行空调系统结构功能关系分析：
[0007] I. 1根据所述空调系统的物理结构和实现功能要求，按所述空调系统构成的层次 关系，将其依次抽象为由子系统、单元、组件、部件、零件或元器件构成的整体；
[0008] 1. 2分析并建立所述空调系统处于制冷和制热模式下压缩机的工作任务剖面；
[0009]1. 3分析并建立所述空调系统处于制冷模式和制热模式下压缩机工作状态的时序 关系；
[0010] 步骤2、逐级建立所述空调系统可靠性功能框图模型：
[0011] 2. 1在所述空调系统制冷和制热模式下，建立由控制子系统、制冷/热子系统、风 路子系统和框架子系统构成的所述空调系统可靠性功能框图模型；
[0012] 2. 2根据上述各子系统的功能结构关系，分别建立所述空调系统处于制冷和制热 模式下的控制子系统、制冷/热子系统、风路子系统和框架子系统的可靠性功能框图模型；
[0013] 步骤3、建立所述空调系统可靠性数学模型：
[0014] 3. 1明确所述空调系统的相关要求；
[0015]3. 2计算构成所述空调系统的各部件、组件、单元和子系统在制冷模式下的故障 率：根据控制子系统、制冷子系统、风路子系统和框架子系统的可靠性功能框图，逐级计算 构成所述空调系统的各部件、组件、单元和子系统的故障率：
[0016] ;
[0017] 式中：当i为部件，则&为构成该部件的各零件或元器件的故障率；当i为组件， 则4为构成该组件的各部件、零件或元器件的故障率；当i为单元，则4为构成该单元的 各组件、部件、零件或元器件的故障率；当i为子系统，则4为构成该子系统的各单元、组 件、部件、零件或元器件的故障率；
[0018] 3. 3计算所述空调系统制冷功能的可靠度：
[0020] 式中山为所述空调系统处于制冷工作模式的时间；入i、入2、入3和入4分别为控 制子系统、制冷子系统、风路子系统和框架子系统的故障率；d为所述空调系统处于制冷工 作模式下的时间与压缩机工作时间的比值；
[0021] 3. 4计算所述空调系统制热功能的可靠度：
[0023] 式中：t2为所述空调系统处于制热工作模式的时间；#为制热模式下压缩机工作 时间与所述空调系统处于制热工作模式时间的比为电辅加热单元工作时间与制热子 系统工作时间的比；名2.为制热子系统的故障率：
[0024] A-2 -A21 +^23 ^"2001^^2002 (4)
[0025] 控制子系统、风路子系统和框架子系统制热模式下的故障率与制冷模式下的故障 率相同；
[0026] 3. 5综合制冷和制热两种工作模式的所述空调系统功能可靠度模型，可得所述空 调系统的可靠度：
[0028] 式中：k为所述空调系统分别处于制冷、制热工作模式时间12与其整个工作时 间t的比值，由下式计算：
[0034] 4. 2确定构成所述空调系统的零件或元器件、部件、组件、单元和子系统的五级结 构；
[0035] 4. 3逐级建立部件、组件、单元和子系统的可靠性功能框图；
[0036] 4. 4根据可靠性功能框图，由步骤3中（1)式逐级计算各部件、组件、单元的故障 率；
[0037] 4. 5由步骤3中（1)式分别计算控制子系统、制冷子系统、风路子系统和框架子系 统的故障率A2、A3和入4;
[0038] 4. 6由步骤3中⑷式计算制热子系统的综合故障率;
[0039]4. 7由步骤3中（5)、（7)式分别计算系统的可靠度Rs和系统的故障率入s。
[0040] 进一步地，所述相关要求，包括：所有零部件或元器件、部件和组件的故障服从指 数分布；各故障模式相互独立；制冷和制热子系统仅在工作状态发生失效；控制子系统的 控制器失效则系统立即失效；系统初始工作时处于正常状态。
[0041] 本发明的挂壁式空调系统可靠性评估方法，建立了零件或元器件、部件、单元、子 系统与系统可靠性之间的函数关系，使得在空调系统的设计开发过程中开展可靠性的预计 与分配成为可能，可用于预测空调系统安装使用后可靠性的变化趋势，估计可能发生的故 障概率和维修费用，从而制定科学的售后维修策略。
【附图说明】
[0042]图1为本发明中挂壁式空调系统制冷模式下的压缩机的任务剖面示意图（实线为 压缩机处于工作状态；虚线为压缩机处于非工作状态）。
[0043]图2是本发明中挂壁式空调系统制热模式下的压缩机的任务剖面示意图（实线为 压缩机处于工作状态；虚线为压缩机处于非工作状态）。
[0044] 图3为本发明中挂壁式空调系统制冷（i= 1)和制热模式（i= 2)下压缩机的工 作状态时序关系图。
[0045] 图4是本发明中挂壁式空调系统可靠性功能模型框图。
[0046] 图5是本发明中挂壁式空调系统控制子系统可靠性功能模型框图。
[0047] 图6是本发明中挂壁式空调系统制冷/热子系统可靠性功能模型框图。
[0048] 图7是本发明中挂壁式空调系统风路子系统可靠性功能模型框图。
[0049] 图8是本发明中挂壁式空调系统框架子系统可靠性功能模型框图。
[0050] 图9是置信度为90%，k= 0. 5、d= 0. 7、< =〇 7和4=0.7时，某型空调系统的 可靠度随工作时间的衰减过程图。
[0051] 图10是置信度为90%，k= 0. 5、d= 0. 8、<=0.8和<=0.8时，某型空调系统的 可靠度随工作时间的衰减过程图。
[0052] 图11是置信度为90%，k =0. 5、d =0. 9、《=0.9和时，某型空调系统的 可靠度随工作时间的衰减过程图。
[0053] 图12是置信度为90%，k= 0.5、d= 1、<=1和<=1时，某型空调系统的可靠度 随工作时间的衰减过程图。
【具体实施方式】
[0054] 以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。参见图1至图8。
[0055] 挂壁式空调系统可靠性评估方法的具体实施步骤如下：
[0056] 步骤1、进行空调系统结构功能关系分析：
[0057] 根据挂壁式空调系统的物理结构和实现功能要求，将其按构成的层次关系依次抽 象为由子系统、单元、组件、部件、零件或元器件构成的整体。在此，仅考虑空调系统的制冷 和制热两种主要工作模式，分别建立制冷和制热模式下的压缩机的任务剖面图和工作状态 时序关系图，如图1、2、3所不。
[0058] 步骤2、逐级建立系统可靠性功能框图：
[0059] 在空调系统制冷和制热模式下，构成整机系统的控制子系统1、制冷/热子系统 2 (制冷模式下简称制冷子系统，制热模式下简称制热子系统）、风路子系统3和框架子系统 4中的任一子系统出现故障，系统均不能完成其功能，由此可建立其可靠性功能框图，如图 4所示。图中制冷/热子系统2的切换功能由控制子系统1完成。
[0060] 制冷/热子系统2的结构功能关系与系统工作模式有关。在制冷子系统的基础上 增加一个电辅加热单元即构成制热子系统，也即系统工作在制冷模式时，电辅加热单元处 于断路状态；系统工作在制热模式时，电辅加热单元的切换功能由电辅加热单元自身完成。 根据制冷/热子系统2构成单元、组件、部件、零件或元器件的功能结构关系，可建立其可靠 性功能框图。如图6所示。
[0061] 类似于制冷/热子系统2,可分别建立控制子系统1、风路子系统3和框架子系统 4的可靠性功能框图，如图5、7和8所示。
[0062] 步骤3、建立系统的可靠性的数学模型：
[0063] 为便于对空调系统的可靠性进行分析，明确系统状态如下：
[0064] ①构成空调系统的所有零部件或元器件、部件和组件的故障服从指数分布；
[0065] ②各故障模式相互独立；
[0066] ③制冷和制热子系统2的失效仅发生在工作状态；
[0067] ④控制子系统1的控制器失效则系统立即失效；
[0068] ⑤系统初始工作时处于正常状态。
[0069] 由图4所示的系统可靠性功能框图可知，系统制冷功能的可靠度为
[0070] Rc=R1XR2XR3XR4
[0071] 式中：RpR；；、R;?和R4分别为控制子系统1、制冷/热子系统2、风路子系统3和框 架子系统4的可靠度。
[0072] 设S为制冷子系统2工作时间，F为空调系统处于制冷工作模式时间。根据附图3 给出的制冷模式下压缩机的工作时序关系图，可知：
[0075] 假设在L=L,。时刻，制冷子系统工作；经过Atlil时间后，控制子系统1的控制器 关闭制冷子系统，其它子系统仍处于工作状态。因此，当控制器再次启动制冷子系统2时， 制冷子系统2的功能可靠度为：
[0076] R2Ct1=t!,〇+Atia+At1>2) =R2Ct1=t!,〇+Atia)；
[0077] 故空调系统制冷功能的可靠度为：
[0079] 式中：XpX2、X3和X4分别为控制子系统1、制冷子系统2、风路子系统3和框 架子系统4的故障率，可根据其可靠性功能框图逐层级由公式（1)求出：
[0081] 式中：如i为部件，则g为构成该部件的各零件或元器件的故障率；如i为组件， 则为构成该组件的各部件、零件或元器件的故障率；如i为单元，则4为构成该单元的 各组件、部件、零件或元器件的故障率。如根据附图6制冷子系统2的可靠性功能框图给出 的功能逻辑关系，