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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) 可靠性參數(shù) 可靠性參數(shù)是描述系統(tǒng)(產(chǎn)品)可靠性的量。它直接與裝備戰(zhàn)備完好、任務(wù)成功、維修

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


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)為即故障率為常數(shù)時(shí),


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)壽命試驗(yàn),用所獲得的一些數(shù)據(jù)來(lái)估計(jì)。由于可靠性試驗(yàn) 往往是具有破壞性的,故只能隨機(jī)抽取一部分進(jìn)行壽命試驗(yàn)。這部分產(chǎn)品在統(tǒng)計(jì)學(xué)中被稱(chēng)為 子樣或樣本,其中每一個(gè)稱(chēng)為樣品。一般情況,平均壽命是指試驗(yàn)的總工作時(shí)間與在此期間 的故障次數(shù)之比,即




(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)

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

可以求得任意可靠水平 r 下的可靠壽命 tr 。表 2-4 列出指數(shù)分布的幾種可靠壽命。 表 2-4 指數(shù)分布的可靠壽命(單位:1/λ)


r
tr
r
tr
r
tr

0.9999

0.999

0.99

0.95

0.9

0.8


0.0001

0.001

0.01

0.05

0.105

0.223


0.7

0.6

0.5

0.4

0.368

0.3


0.357

0.511

0.693

0.916

1.000

1.204


0.2

0.1

0.05

0.01

0.001

0.0001

1.609

2.302

3.000

4.605

6.91

9.21





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%

?

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

R(t)?= r ,解得


r = 0.5?得 t0.5?= r0?+h(ln?2)m

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:

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。

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。

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);若采用性能試驗(yàn)、環(huán)境應(yīng)力試驗(yàn)、耐久性試驗(yàn)與可靠性試驗(yàn)相 結(jié)合的方法進(jìn)行驗(yàn)證評(píng)估,則應(yīng)明確如何收集和處理有關(guān)的數(shù)據(jù);在按系統(tǒng)驗(yàn)證可靠性指標(biāo)

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。

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。




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