可靠性指标MTBF的背后

admin 2022年6月2日07:51:39安全闲碎评论12 views2041字阅读6分48秒阅读模式

可靠性指标MTBF,相信大家并不陌生,平均无故障工作时间,英文全称是“Mean Time Between Failure”,平常大家工作中经常会争论某系统的MTBF是“10e5小时”还是“10e4小时”,提供一份可靠性分析报告来证明这个指标是正确的,除了这份报告没有其它工作跟这个指标关联了,它的背后还隐藏着什么呢?


先要了解MTBF是可靠性指标的一种量化描述,可靠性指标除了MTBF,还有失效率(Failure rate),平均可用时间(Mean up time),可靠度(Reliability)等,比较常用的是MTBF。MTBF中,根据系统失效特性的不同,其中T(time)也可以换成其它量度。比如车辆的失效与行驶里程(distance)相关,可以用MDBF表示;继电器的失效与开关次数(cycle)相关,可以用MCBF表示。


规定系统的可靠性指标时,应定义出指标的一些前提条件,如:

  • 系统定义;

  • 系统的工作条件:环境条件、应用条件、后勤保障条件等;

  • 失效判据的定义:系统不能执行其预期功能的判据;

  • 用于证明符合可靠性指标要求的方法。

缺少上面这些前提条件下,来讨论可靠性指标MTBF的数值将毫无意义。


例如:一个电源模块的MTBF指标为:

 可靠性指标MTBF的背后

以上指标前面的限定条件(according to MIL-HDBK-217F G.B. +25℃),说明是在这个前提条件下的MTBF指标预计值为2429*10e3小时。电源模块预计值的两个前提条件:


1. 温度:电源的寿命与它的工作温度有很大关联性,这个指标是在+25℃条件下,

2. 依据标准MIL-HDBK-217F可知:G.B.为环境类别代号,G.B.代表“地面良好”环境,为“保持正常气候条件,机械应力接近于零的地面良好环境,其维护条件良好,如有温湿度控制的实验室或大型地面站等”。


可以看出:这个MTBF指标为依据美军标MIL-HDBK-217F在+25℃,G.B环境条件下的预计值,如果温度条件和环境条件发生变化,指标值也会发生变化;另外,这个指标是预计值,不是试验验证值,产品实际可靠性与预计值存在差异也是有可能的。


再看一个较为复杂的例子:轨道交通车辆系统从量纲上,用里程数(Distance)或公里数(kilometer)衡量车辆的可靠性较为合适,即MDBF或MKBF。

一、定义车辆可靠性的前提条件包括运营任务、线路情况、运营条件、环境条件和维修条件,这些规定了车辆达到可靠性指标要求所需的条件。

1.运营任务:

  • 参考线路

  • 运营速度(运营距离/工作时间)

  • 日车平均里程

  • 两次整备间的平均里程

  • 年运营里程等;

2.线路情况:

  • 运行线路的典型特征,如隧道、高架、坡度和曲线;

3.运营条件:

  • 车辆在给定的日运行周期中的平均速度

  • 车辆设备在给定的日运行周期中上电的时间

  • 牵引运行的时间

  • 制动有效的时间百分比

  • 压缩机运行时间

  • 压缩机启动次数

  • 接触网供电时间

  • 车辆内部温度范围

  • 机械条件

  • 电气条件

  • 电磁兼容性

  • 信号系统接口

  • 人机工程学等;

4.环境条件:

  • 外部空气温度

  • 最高海拔

  • 太阳辐射

  • 湿度

  • 风力

  • 雨雪

  • 污染物

  • 腐蚀条件等;

5.维修条件:

  • 维修计划

  • 维修场所

  • 维修场所的设备、工具和资源等;


二、以上定义了车辆的系统边界、运营条件、后勤和维修条件,对于车辆这类机械、电气、电子的集成系统,应对系统结构进行分解,列出所有车辆的子系统,将用于可靠性指标的分配,如:

  • 车体

  • 转向架

  • 钩缓系统

  • 牵引系统

  • 制动系统

  • 网络系统

  • 通风系统

  • 通信系统等;


三、对于车辆系统,如何判定可靠性,定义明确的失效判据非常重要,车辆通用失效可分为三类:

重大(停车)失效:导致阻止列车运行,大于规定时间的晚点;超出规定费用的失效。如列车停运、列车退出运行,花费超出规定值等。

重要(运行)失效:整修后系统性能方可达标的失效;对服务造成停车或费用损失未达到重大失效的失效。如列车延误但少于规定时间,丧失特定功能或性能降级运行。

次要失效:不影响系统规定性能的失效;不符合重大失效和重要失效的失效。如其它任何失效。


对于三种失效种类,由于其影响范围、发生的严重度和发生可能性的不同,应定义不同的MDBF或MKBF值,以便设计分配和验收考核。


四、如何验证系统的可靠性是否达到要求,车辆一般采用现场运行考核的方法,如将质保期定义为考核周期,根据三种失效类别定义可靠性验收的判据,并规定现场数据达不到要求的纠正措施流程。


以上把可靠性指标MTBF的深层含义做了刨析,下面划下重点:

1.MTBF是可靠性指标的典型量度方法,根据系统失效特性的不同,可以有其它量纲;

2.MTBF指标数值应考虑其前提条件,有系统定义、工作条件、环境条件、后勤保障条件等;

3.对于复杂系统,失效条件可划分不同级别,定义不同的MTBF值,以便于系统设计和验收考核。


了解了MTBF的含义,大家可能会问,在系统设计时如何考虑可靠性指标的设计,最后才能满足系统最初的要求,感兴趣的同学请多多点赞转发,编者将再开专题介绍。


参考资料:车辆可靠性指标参考EN50126 RAMS标准

原文始发于微信公众号(薄说安全):可靠性指标MTBF的背后

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