针对FAST促动器可靠性不足,严重影响望远镜观测的问题,从自净化功能、驱动系统、环境防护、状态监测等方面进行优化,完成整机可靠性增长方案设计,并提出多台异步纠正的加速可靠性增长试验方案。对可靠性增长方案的平均无故障工作时间(Mean time between failures, MTBF)进行理论估算,其值为81 536 h,相比2019年增长将超过12倍。采用3台样机进行连续可靠性增长试验,并通过跟踪与往复连续交替运行模式及增加负载的方法进行加速。试验从2019年5月至2022年8月,期间除3#样机累计有3次B类故障外,其余2台样机均无故障,最后采用时间截尾方式结束。利用AMSAA模型对试验数据进行分析,3台样机的平均当量MTBF值为80 061 h,与理论计算数值非常接近,验证了该方案可靠性增长的有效性。对完成全部升级后的一年运行情况进行统计分析,FAST促动器平均故障率为0.35台/天,相比升级前降低了12.2倍,其降低幅度与可靠性增长理论分析和试验结果基本吻合,再次验证了该可靠性增长方案及可靠性增长加速试验方案的有效性。通过优化设计、理论分析、试验验证与工程实践相结合的综合研究方法,实现了FAST促动器可靠性的大幅增长,使促动器群系统可靠度提升了一个数量级,可为其他类似研究提供参考。
针对FAST促动器群的可靠性问题,提出群系统和群系统可靠性概念,建立以权重值为核心要义的群系统可靠性数学模型。结合FAST,讨论促动器群系统权重值的实际意义,提出促动器权重值及其可用度的计算方法。依据模型,以促动器前期运行和维护数据为基础,计算促动器群系统在2019年3月至8月期间的平均可靠度为0.997 85。通过群系统可靠性理论模型,分析得到了群系统可靠性增长的原理:提高子系统平均无故障工作时间(Mean time between failures,MTBF),降低子系统平均故障修复时间(Mean time to repair,MTTR)。结合工程实际,提出促动器群系统可靠性增长方案:通过先进行多次局部可靠性增长设计和试验,最后集中一两次整体纠正设计和试验的最优性价比可靠性增长过程,以提高促动器MTBF;同时,开发基于故障预测与健康管理(Prognostic and health management,PHM)技术的智能故障诊断与预测系统,将促动器维护模式从被动式事后维护变为主动式状态维护,以降低促动器MTTR。群系统和群系统可靠性理论的建立为FAST促动器群系统可靠性分析与可靠性增长研究提供了理论支撑,为其他类似群系统可靠性相关研究提供参考。
