可靠性是產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi),完成規(guī)定功能的能力。產(chǎn)品的可靠性能力通過可靠性指標進行衡量,在定義產(chǎn)品的可靠性指標前,根據(jù)可靠性的定義,應該明確以下四點:
1.產(chǎn)品定義——可以是系統(tǒng)、設備、零部件或元器件。系統(tǒng)分為多個層次,如汽車由各個子系統(tǒng)組成,每個子系統(tǒng)如發(fā)動機、變速箱本身又是系統(tǒng),由設備和零部件組成。需求方可以僅在系統(tǒng)最高層次提出可靠性要求,也可以對一些對系統(tǒng)可靠性水平起決定性影響的子系統(tǒng)提出要求。由于實現(xiàn)系統(tǒng)的技術方案、設備組成存在差異,無法對所有組成系統(tǒng)的設備、零部件都提出要求;
2.規(guī)定的條件——指產(chǎn)品的使用條件和環(huán)境條件,產(chǎn)品所處的運行條件對可靠性指標有直接的影響,同一個類型的產(chǎn)品,在室外連續(xù)工作,缺少后勤支持的條件,和室內(nèi)間歇性工作,有良好的后勤保障能力的條件下,對這個產(chǎn)品的可靠性要求差別很大;
3.規(guī)定的時間——也稱為任務時間,規(guī)定時間的長短隨著產(chǎn)品對象不同和使用目的不同而異。對一個產(chǎn)品來說,如果規(guī)定的任務時間很短,它可能是可靠的;若規(guī)定的任務時間很長,它就可能不可靠。規(guī)定時間根據(jù)產(chǎn)品的任務類別不同,也可以不用時間計算,而是采用其它量綱。如與工作次數(shù)有關的產(chǎn)品,像繼電器、開關通過觸點開關的次數(shù)進行表示,與行駛里程相關的車輛用里程進行表示。
4.規(guī)定的任務——產(chǎn)品所實現(xiàn)的功能。產(chǎn)品不能完成規(guī)定的任務就是發(fā)生了故障。故障根據(jù)對任務的影響程度不同,可以分為不同的類別,完全故障和局部故障,以一輛汽車為例,發(fā)動機發(fā)生故障汽車就無法完成行駛任務,是完全故障,而車輛內(nèi)存在異響,影響乘車人的乘坐體驗,是局部故障。可靠性是產(chǎn)品不出故障的概率,需要明確故障的類別和含義,如不能確定故障就無法計算概率。
廣義的可靠性還包括維修性,維修性是針對可修復系統(tǒng)的,系統(tǒng)的狀態(tài)分為工作和維修兩種狀態(tài),處于工作狀態(tài)占總體工作時間的比率稱為可用性??煽啃?、可用性、維修性、維修保障構成了RAM的概念,也稱為可信性。
在了解可靠性的概念后,下面對一些常見的可靠性指標做個介紹:
可靠度R(t):可靠度是產(chǎn)品在規(guī)定的條件下,規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率,它是時間的函數(shù)。例如在1000小時后,平均100件產(chǎn)品中有96件產(chǎn)品工作正常,4件產(chǎn)品發(fā)生故障,則R(1000)=96%。
如上圖所示,產(chǎn)品開始使用時,R(0)=100%,當產(chǎn)品的使用時間無窮大時,全部產(chǎn)品都會失效,即R(∞)=0.
對于不可修復的產(chǎn)品,可靠度可以估計為在規(guī)定的時間區(qū)間(0,t)內(nèi),能完成規(guī)定功能的產(chǎn)品數(shù)與該時間內(nèi)投入工作的產(chǎn)品數(shù)之比。對于可修復的產(chǎn)品,可靠度估計為一個或多個產(chǎn)品的無故障工作時間達到或超過規(guī)定時間t的次數(shù)與觀測時間內(nèi)無故障工作總次數(shù)之比。
累積失效概率F(t):F(t)是產(chǎn)品在規(guī)定條件和規(guī)定時間內(nèi)失效的概率,其取值等于1-R(t),也稱為不可靠度。
失效率(Failure rate):失效率是以時間為變量的函數(shù),指已工作到時刻t的產(chǎn)品,到時刻t后單位時間內(nèi)發(fā)生失效的概率稱為該產(chǎn)品時刻t的失效率函數(shù),簡稱失效率λ(t)。失效率與時間的關系曲線有各種不同的形狀,電子設備典型的失效率曲線為浴盆曲線,分為早期失效、偶然失效和耗損失效期三個階段,機械設備的失效率三個失效期不明顯。
失效率以百萬小時故障數(shù)或十億小時故障數(shù)作為單位稱為FPMH(Failure per Million hours)或FIT(failure per billion hours)。例如產(chǎn)品的失效率為1FPMH,則該產(chǎn)品大約每百萬發(fā)生失效一次。
平均故障間隔時間(MTBF):對于可維修產(chǎn)品的可靠性表征方法,在規(guī)定的條件下的特定測量期間,產(chǎn)品在其指定限值內(nèi)運行的平均時間。計算方法為“產(chǎn)品的運行總時間/故障次數(shù)”。當產(chǎn)品的任務與其它量綱相關時,如工作周期、行駛里程,MTBF可以表示為平均故障間隔周期(MCBF),平均故障間隔里程(MKBF)。
平均故障前時間(MTTF):對于不可維修產(chǎn)品的可靠性表征方法,與MTBF的區(qū)別在于產(chǎn)品的不可修復,是失效前的平均工作時間。MTTF常對于組成系統(tǒng)的部件來定義,如使用了四個燈泡,分別運行了10000小時、11000小時、10500小時、11500小時燒壞了,則該款燈泡的MTTF是10750小時。如果想要獲得更為可靠的燈泡,就需要更換個品牌,購買質量更好(價格可能也更貴)的燈泡。MTTF還可以對庫存?zhèn)浼M行預估管理,當不準備更換燈泡時,則根據(jù)MTTF值可以估計需要在庫存中預留多少個備件。
平均停機時間(MDT):產(chǎn)品處于停機狀態(tài)且無法執(zhí)行規(guī)定功能的時間間隔,MDT是產(chǎn)品無法正常運行的平均時間。MDT包括與維修、糾正性、預防性維護、自行造成的停機、物流和管理延遲的所有停機時間。平均停機時間等于確定時間區(qū)間內(nèi)總停機時間與停機時間的比值。假設不考慮預防性維護,任何停機時間等于恢復時間時,MDT等同于MTTR。
平均運行時間(MUT):產(chǎn)品沒有任何停機的連續(xù)運行時間。
平均修復時間(MTTR):平均修復時間是對產(chǎn)品因故障修復而停機的平均間隔時間。MTTR為故障修復組成的多個時間的總和。
MTTR=MFDT+MAD+MLD+MACMT=MFDT+MAD+MLD+MTD+MRT
MFDT:mean fault detection time 平均故障探測時間
MAD:mean administrative delay 平均管理延遲
MLD:mean logistic delay 平均后勤延遲
MACMT:mean active corrective maintenance time 平均主動糾正性維護間隔 MACMT= MTD + MRT
MTD:mean technical delay 平均技術性延遲
MRT:mean repair time 平均修復時間
可用性(A):可用性是對可靠性、維修性、維修保障的綜合評價,計算方法為MUT/(MUT+MDT)??捎眯缘姆诸愒诤艽蟪潭壬先Q于在計算可用性時所用的宕機時間(Downtime,即停工期)的類型以及該可用性與時間的關系,分為固有可用性(Inherent Availability),可達可用性(Achieved Availability)和使用可用性(Operational Availability)。區(qū)別如下:
固有可用性Ai——停機時間僅考慮修復性維修,不包括預防性維修(Preventive Maintenance)宕機時間、物流時間,供應時間,行政管理工作導致的延遲。固有可用性取決于產(chǎn)品本身的可靠性和維修性,一般產(chǎn)品制造方選用固有可用性作為產(chǎn)品的可用性參數(shù)。Ai=MTBF/(MTBF+MTTR)
可達可用性Aa——停機時間考慮了所有原因導致的總停機時間,不僅考慮產(chǎn)品本身的可靠性和維修性,還考慮了預防性維修時間,不包括物流時間、等待時間、供應時間、行政延誤等導致的宕機時間。Aa=MTBM/(MTBM+MTTMa)
使用可用性Ao——在實際的運行環(huán)境下,產(chǎn)品在實際的維修保障條件下正常運行的概率。考慮了操作和維護人員的數(shù)量、維修保障條件,反映產(chǎn)品的實際運行狀態(tài)。
下面是Ai,Aa和Ao三種不同可用性指標計算的示例。
以上是一些常見的可靠性指標類型,在不同的行業(yè)領域中,還會在基本的可靠性指標基礎上進行細化和調(diào)整,更為準確地規(guī)定對應產(chǎn)品的可靠性能力。
