可靠性參數(shù)及指標(biāo)
作者：百檢網(wǎng) 時(shí)間：2021-11-22 來(lái)源：互聯(lián)網(wǎng)
1 基本概念
(1)
人力和保障資源需求等目標(biāo)有關(guān)。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同，又可分為使用可靠性或合同可靠性 參數(shù)兩類(lèi)。前者是反映裝備使用需求的參數(shù)，一般不直接用于合同；如確有需要且參數(shù)的所 有限定條件均明確，也可用于合同，而合同參數(shù)則是在合同或研制任務(wù)書(shū)中用以表述訂購(gòu)方 對(duì)裝備可靠性要求的，并且是承制方在研制與生產(chǎn)過(guò)程中能夠控制的參數(shù)。
(2) 可靠性指標(biāo) 可靠性指標(biāo)是對(duì)可靠性參數(shù)要求的量值。如“MTBF≥1000h”即為可靠性指標(biāo)。與使用、
合同可靠性參數(shù)相對(duì)應(yīng)，則有使用、合同可靠性指標(biāo)。前者是在實(shí)際使用保障條件下達(dá)到的 指標(biāo)；而后者是按合同規(guī)定的理想使用保障條件下達(dá)到的要求。所以，一般情況下同一裝備 的使用可靠性指標(biāo)低于同名的合同指標(biāo)。國(guó)軍標(biāo) GJB1909《裝備可靠性維修性參數(shù)選擇和指 標(biāo)確定要求》中，將指標(biāo)分為*低要求和希望達(dá)到的要求，即：使用指標(biāo)的*低要求值稱(chēng)為 “門(mén)限值”，希望達(dá)到的值稱(chēng)為“目標(biāo)值”；合同指標(biāo)的*低要求值稱(chēng)“*低可接受值”，希 望達(dá)到的值稱(chēng)“規(guī)定值”。某裝甲車(chē)輛可靠性參數(shù)與指標(biāo)舉例見(jiàn)表 2-2。
表 2-2 某裝甲車(chē)輛可靠性參數(shù)與指標(biāo)舉例
| 參數(shù)名稱(chēng) | 使用指標(biāo) | 合同指標(biāo) | ||
| 目標(biāo)值 | 門(mén)限值 | 規(guī)定值 | *低可接受值 | |
| 任務(wù)可靠度 | 0.66 | 0.61 | - | - |
| 致命性故障間任務(wù)里程 | 1200km | 1000km | 1500km | 1250km |
| 平均故障間隔里程 | 250km | 200km | 300km | 250km |
2 常用可靠性參數(shù)
除前面介紹的 R(t)?， l (t)?可作為可靠性參數(shù)外，還有以下一些常用的可靠性參數(shù)。應(yīng)當(dāng)根據(jù)裝備的類(lèi)型、使用要求、驗(yàn)證方法等選擇。
(1)? 平均壽命q (meanlife)
①定義。產(chǎn)品壽命的平均值或數(shù)學(xué)期望稱(chēng)為該產(chǎn)品的平均壽命，記為q 。
設(shè)產(chǎn)品的故障密度函數(shù)為 f (t)?，則該產(chǎn)品的平均壽命，即壽命 T (隨機(jī)變量)的數(shù)學(xué)期望為
對(duì)可修產(chǎn)品平均 壽 命又稱(chēng)平 均 故障間隔 時(shí) 間，可記 為 MTBF(Mean Time BetweenFailure)。對(duì)不修產(chǎn)品平均壽命又稱(chēng)為平均故障前時(shí)間，可記為 MTTF(Mean Time to Failure)。
若產(chǎn)品的故障密度函數(shù)為
平均壽命與故障率互為倒數(shù)。 平均壽命表明產(chǎn)品平均能工作多長(zhǎng)時(shí)間。很多裝備常用平均壽命來(lái)作為可靠性指標(biāo)，如車(chē)輛的平均故障間隔里程，雷達(dá)、指揮儀及各種電子設(shè)備的平均故障間隔時(shí)間，槍、炮的平 均故障間隔發(fā)數(shù)等。人們可以從這個(gè)指標(biāo)中比較直觀地了解一種產(chǎn)品的可靠性水平，也容易 在可靠性水平上比較二種產(chǎn)品的高低。
②估計(jì)值。平均壽命一般通過(guò)壽命
(2)? 可靠壽命 tr (reliable life)
定義：設(shè)產(chǎn)品的可靠度函數(shù)為 R(t)?，使可靠度等于給定值 r 的時(shí)間 tr ，稱(chēng)為可靠壽命。 其中 r 稱(chēng)為可靠水平，滿足 R(tr ) = r
特別，可靠水平 r =0.5 的可靠壽命 t0.5 稱(chēng)為中位壽命。可靠水平 r =?e-1?的可靠壽命 te-1
稱(chēng)為特征壽命(見(jiàn)圖 2-4)。
從定義中可以看出，產(chǎn)品工作到可靠壽命 tr ，大約有 100(1- r )%產(chǎn)品已經(jīng)失效；產(chǎn)品
工作到中位壽命 t0.5?，大約有一半失效；產(chǎn)品工作到特征壽命，大約有 63.2%產(chǎn)品失效(在指 數(shù)壽命分布下)。
例 2-7 在指數(shù)分布場(chǎng)合，可靠壽命上滿足下列指數(shù)方程
| r | tr | r | tr | r | tr | ||||||||||||||||||||||||||||||
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對(duì)于可靠度有一定要求的產(chǎn)品，工作到了可靠壽命 tr 就要替換，否則就不能保證其可
靠度。譬如：為了保證產(chǎn)品有 99%的可靠度，在指數(shù)分布場(chǎng)合下，產(chǎn)品工作時(shí)間就不應(yīng)長(zhǎng)于 0.01/λ，由于 1/λ是指數(shù)分布的平均壽命，所以其工作時(shí)間應(yīng)不超過(guò)平均壽命的 1%。
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例 2-8 產(chǎn)品的故障密度為：
求可靠壽命 tr ，中位壽命 t0.5?，平均壽命q 。 解：可靠度函數(shù)為
令 R(t)?= r ，解得
由平均壽命公式
(1)? 使用壽命(useful life)
使用壽命指的是產(chǎn)品從制造完成到出現(xiàn)不修復(fù)的故障或不能接受的故障率時(shí)的壽命單 位數(shù)。
(2)平均拆卸間隔時(shí)間(mean-time-between-removals，MTBR)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)壽命單位總數(shù)與從該系統(tǒng)上拆下的產(chǎn)品總次數(shù)之比。不包括為了
方便其他維修活動(dòng)或改進(jìn)產(chǎn)品而進(jìn)行的拆卸。它是與供應(yīng)保障要求有關(guān)的系統(tǒng)可靠性參數(shù)。
(3)平均故障間隔時(shí)間(mean-time-between-failure，MTBF)這個(gè)參數(shù)主要用于可修產(chǎn)品。平均故障間隔時(shí)間前面已有介紹，對(duì)于不同的武器裝備可
采用不同的壽命單位表達(dá)，例如：坦克、車(chē)輛等可采用平均故障間隔里程；對(duì)于飛機(jī)可采用 平均故障間隔飛行小時(shí)；對(duì)于火炮等可采用平均故障間隔發(fā)數(shù)。
(4)致命性故障間的任務(wù)時(shí)間(mission-time-between-critical-failure，MTBCF)與任務(wù)有關(guān)的一種可靠性參數(shù)，其度量方法為：在規(guī)定的一系列任務(wù)剖面中，產(chǎn)品任務(wù)
總時(shí)間與致命性故障之比。對(duì)于不同的武器裝備也能采用不同的任務(wù)時(shí)間單位表達(dá)。例如： 對(duì)于坦克、車(chē)輛等可采用致命性故障間的任務(wù)里程；對(duì)于火炮等可采用致命性故障間的任務(wù) 發(fā)數(shù)。
(5)?翻修間隔期限(time betwee noverhauls) 在規(guī)定的條件下，產(chǎn)品兩次相繼翻修間的工作時(shí)間、循環(huán)數(shù)和(或)日歷持續(xù)時(shí)間。
(6) 總壽命(total life) 在規(guī)定的條件下，產(chǎn)品從開(kāi)始使用到規(guī)定報(bào)廢的工作時(shí)間、循環(huán)數(shù)或日歷持續(xù)時(shí)間。
(7)任務(wù)成功概率(missioncompletion success probability，MCSP) 在規(guī)定的條件下和規(guī)定的任務(wù)剖面內(nèi)，武器裝備能完成規(guī)定任務(wù)的概率。
(8)??成功率(success probability) 產(chǎn)品在規(guī)定的條件下完成規(guī)定功能的概率或試驗(yàn)成功的概率。某些一次性使用的產(chǎn)品，
如彈射救生系統(tǒng)、導(dǎo)彈、彈藥、火工品等，其可靠性參數(shù)可選用成功率。
3 可靠性指標(biāo)的確定要求
在確定可靠性指標(biāo)時(shí)，要考慮并實(shí)現(xiàn)以下要求：
①要體現(xiàn)指標(biāo)的先進(jìn)性 選定的可靠性指標(biāo)，應(yīng)能反映裝備水平的提高和科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展。指標(biāo)應(yīng)當(dāng)成為促
進(jìn)裝備發(fā)展，提高裝備質(zhì)量的動(dòng)力。對(duì)于新研制的裝備，其可靠性要求應(yīng)在原型裝備的基礎(chǔ) 上有所提高；有些在國(guó)內(nèi)尚無(wú)原型可供參考的裝備，應(yīng)充分吸取國(guó)外相似裝備的可靠性工作 經(jīng)驗(yàn)，參考國(guó)外同類(lèi)型裝備的可靠性參數(shù)指標(biāo)。就現(xiàn)階段來(lái)說(shuō)，積*跟蹤世界先進(jìn)水平，仍 然是我們的努力方向。
②要體現(xiàn)指標(biāo)的可行性
可靠性指標(biāo)的可行性是指在一定的技術(shù)、經(jīng)費(fèi)、研制周期等約束條件下，實(shí)現(xiàn)預(yù)定指標(biāo) 的可能程度。在確定指標(biāo)時(shí)，必須考慮經(jīng)費(fèi)、進(jìn)度、技術(shù)、資源、國(guó)情等背景，在需要與可 能之間進(jìn)行權(quán)衡，以處理好指標(biāo)先進(jìn)性和可行性的關(guān)系。考慮到可靠性指標(biāo)增長(zhǎng)的階段性，可對(duì)研制、生產(chǎn)階段分別提出要求。門(mén)限值(*低可接受值)和目標(biāo)值(規(guī)定值)的相差量及各 階段的增長(zhǎng)量，應(yīng)根據(jù)不同裝備的歷史經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)際增長(zhǎng)的可能性綜合考慮。
對(duì)于缺乏歷史經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的新研制裝備，目標(biāo)值和門(mén)限值可以相差大些；而對(duì)于可靠性情 況掌握比較多的裝備，門(mén)限值和目標(biāo)值的差別應(yīng)當(dāng)小些。
③要體現(xiàn)指標(biāo)的完整性 指標(biāo)的完整性是指要給指標(biāo)明確的定義和說(shuō)明，以分清其邊界和條件；否則只有單獨(dú)的
名詞和數(shù)據(jù)，是很難檢驗(yàn)評(píng)估的，也是沒(méi)有實(shí)際意義的。為了做到指標(biāo)的完整性，必須明確 下列問(wèn)題：
·給出參數(shù)的定義及其量值的計(jì)算方法；
·明確給出裝備的任務(wù)剖面和壽命剖面，指出該項(xiàng)指標(biāo)適合于哪個(gè)(或幾個(gè))任務(wù)剖面；
·明確故障判據(jù)準(zhǔn)則，哪些算故障應(yīng)當(dāng)統(tǒng)計(jì)，哪些不算故障可不統(tǒng)計(jì)。例如：若需要評(píng) 價(jià)裝備基本可靠性，則應(yīng)統(tǒng)計(jì)裝備的所有壽命單位和所有故障，而不局限于發(fā)生在任務(wù)期間 的故障，也不局限于危及任務(wù)成功的故障。若需評(píng)價(jià)裝備的任務(wù)可靠性，則只統(tǒng)計(jì)那些在任 務(wù)期間影響任務(wù)成功的故障；
·必須給出驗(yàn)證方法。若在研制生產(chǎn)階段驗(yàn)證，則必須明確試驗(yàn)驗(yàn)證方案和依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)、
規(guī)范，以及有關(guān)參數(shù)(如承制方風(fēng)險(xiǎn)a ，訂購(gòu)方風(fēng)險(xiǎn) b ，MTBF 檢驗(yàn)上限q0?，檢驗(yàn)下限q1?或 鑒別比 d，置信水平γ等)；若采用性能試驗(yàn)、
不現(xiàn)實(shí)或不充分的情況下，則應(yīng)明確允許用低層次產(chǎn)品的試驗(yàn)結(jié)果推算出系統(tǒng)的可靠性量 值，但必須有可靠性框圖等依據(jù)，并附有詳細(xì)說(shuō)明；明確指標(biāo)是點(diǎn)估計(jì)值還是單邊置信下限 值(同時(shí)給出置信水平)；
·明確是哪一階段應(yīng)達(dá)到的指標(biāo)；
·明確是目標(biāo)值(規(guī)定值)還是門(mén)限值(*低可接受值)；
·維修、保障條件及人員素質(zhì)。它們是影響產(chǎn)品使用可靠性指標(biāo)的重要因素；
·其他假設(shè)和約束條件。
④要體現(xiàn)指標(biāo)的合理性 指標(biāo)的合理性在很大程度上取決于是否綜合考慮其影響，是否與其他指標(biāo)經(jīng)權(quán)衡達(dá)到協(xié)
調(diào)。例如應(yīng)當(dāng)注意以下方面：
·要考慮故障的危害性。可靠性很好的產(chǎn)品也是要出故障的。因此應(yīng)該考慮故障后果(可 用 FMECA 確定)，對(duì)后果危害性大的，如影響執(zhí)行重要任務(wù)或安全，則可靠性指標(biāo)可高一些， 反之可低一些。
·要考慮綜合影響。有的產(chǎn)品出了故障雖然危害性不大，但影響卻很深遠(yuǎn)，有的民品甚 至?xí)蛊髽I(yè)倒閉，因此，這類(lèi)產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)應(yīng)高一些。
·要考慮產(chǎn)品的復(fù)雜性。我們知道，組成產(chǎn)品的零部件大多呈串聯(lián)關(guān)系，零部件越多可 靠性越低，因此對(duì)某些復(fù)雜產(chǎn)品而言，可靠性指標(biāo)應(yīng)提得適當(dāng)。
·要注意與其他性能指標(biāo)權(quán)衡。在確定可靠性指標(biāo)時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮產(chǎn)品的維修性指標(biāo)和 維修保障要求等，進(jìn)行綜合權(quán)衡。