第9章 维修性和可用性

1、哈尔滨工业大学工业工程系哈尔滨工业大学工业工程系 可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第九章第九章 1 维修性维修性 Maintainability 2 可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第九章第九章 主要内容主要内容 o 维修性的基本概念维修性的基本概念 o 维修性的建模维修性的建模 3 可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第九章第九章 维修性的基本概念维修性的基本概念 o维修性维修性 n维修性是指产品在发生故障后，能够及时从故障状 态中恢复到正常工作状态的能力。 o是装备的固有属性。 o主要考虑的是减少装备的维修时间。 o可靠性是延长装备的工作时间。 n产品维修性要求 o维修性定性要求 o维修

2、性定量要求 4 可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第九章第九章 维修性的基本概念维修性的基本概念 o维修性定性要求维修性定性要求 n良好的可达性 n提高标准化和互换性程度 n具备完善的防差错措施及识别标记 n保证维修安全 n良好的测试性 n对贵重件的可修复性要求 n减少维修内容和降低维修技能要求 n符合维修的人因工程要求 5 可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第九章第九章 维修性函数维修性函数 o函数说明函数说明 n维修性的定量描述是以维修时间的概率分布为基础 的，故可用维修性函数来确定或定义产品维修性的 各种参数。 6 可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第九章第九章 维修性函数维修性函数 o

3、维修度维修度 n维修性：产品在规定的条件下和规定的时间内，按 规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复到规定 状态的能力（GJB451A）。 n维修性的概率表示称为维修度M(t),即产品在规定的规定的 条件下条件下和规定的时间规定的时间内，按规定的程序和方法按规定的程序和方法进行 维修时，保持或恢复规定状态规定状态的概率，表示为： 式中：T在规定约束条件下完成维修的时间 t规定的维修时间 ( )()M tP Tt 7 可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第九章第九章 维修性函数维修性函数 o维修度维修度 n维修度还可以表示为： 式中：N选修的产品总数 n(t)t时间内完成维修的产品数 工程实践中，

4、M(t)可用估计量表示为： ( ) ( )lim N n t M t N ( ) ( ) n t M t N 8 可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第九章第九章 维修性函数维修性函数 o维修时间密度函数维修时间密度函数 n维修度M(t)是t时间内完成维修的概率，那么其概率 密度函数，即维修时间密度函数（习惯称为维修密 度函数），可表达为： nm(t)的估计量为： n式中：n(t)t时间内完成维修的产品数。 ( )()( ) ( )lim t dM tM ttM t m t dtt ()( )( ) ( ) n ttn tn t m t NtNt 9 可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第九章第九

5、章 维修性函数维修性函数 o维修率维修率 n维修率是在时刻t未修复的产品，在时刻t之后单位时 间内修复的概率，可表达为： nm(t)的估计量为： 式中：Ns(t)时刻t尚未修复的产品数。 00 ()( )( ) ( )limlim ( )( ) tt s NN n ttn tn t t Nn ttN tt ( ) ( ) ( ) s n t t N tt 10 可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第九章第九章 维修性函数维修性函数 o维修率维修率 n当t取极限时 o因此(t)是一种修复速率，在工程实践中，通常 用平均修复率或常数修复率表示。 o意义为单位时间内完成维修的次数。 ( ) ( ) 1

6、( ) m t t M t 11 可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第九章第九章 维修性参数维修性参数 o维修性参数说明维修性参数说明 n维修性参数是度量维修性的尺度。 n其必须具备以下特点： o能够进行统计和计算 o能够反映维修性的本质特性并与维修性工作的目标紧密联 系 o能够反映对产品的使用要求。直接与装备的战备完好、任 务成功、维修人力及保障资源有关，提醒在对装备的预防 性维修、修复性维修和战场损伤等方面。 n常用的维修性参数包括： o维修时间参数 o维修工时参数 o维修费用参数 12 可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第九章第九章 维修性参数维修性参数 o维修时间参数维修时间参数 n常

7、用的维修时间参数有： o平均修复时间MTTR (mean time to repair) o恢复功能用的任务时间MTTRF (mission time to restore function) o最大修复时间Mmaxct o修复时间中值 o预防性维修时间 o平均维修时间 o每工作小时平均修复时间 o重构时间 13 可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第九章第九章 维修性参数维修性参数 o维修时间参数维修时间参数 n平均修复时间MTTR (mean time to repair) 在规定的条件下和规定的时间内，产品在规定 的维修级别上，修复性维修总时间与该级别上被修 复产品的故障总数之比。 o简单

8、就是产品修复一次平均需要的时间。实际中： 式中：ti表示第i次维修的时间 n表示维修的次数 1 1 n i i MTTRt n 14 可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第九章第九章 维修性参数维修性参数 o维修时间参数维修时间参数 n平均修复时间MTTR (mean time to repair) o当维修时间服从指数分布时 式中：表示修复率 1 MTTR 15 可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第九章第九章 维修性参数维修性参数 o维修时间参数维修时间参数 n恢复功能用的任务时间MTTRF 在规定的任务剖面和规定的维修条件规定的任务剖面和规定的维修条件下，装备 严重故障的总修复性维修时间与严

9、重故障总数之比。 o简单就是排除严重故障所需实际时间的平均值。 o所谓严重故障是指那些使产品不能完成规定任务 的或可能导致人或物重大损失的故障或故障组合。 o与MTTR的区别主要是反映的内容不同。 16 可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第九章第九章 维修性参数维修性参数 o维修时间参数维修时间参数 n最大修复时间Mmaxct 是装备达到规定维修度所需的维修时间。 o是给定百分位或者维修度的最大修复时间，通常 给定维修度M(t)=p是95%或90%。 o当维修时间为指数分布，且M(t)=0.95时： max 3 ct MMTTR 17 可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第九章第九章 维修性参数

10、维修性参数 o维修时间参数维修时间参数 n修复时间中值 是指维修度M(t)=0.5时的维修时间，又称为中位修复 时间。 o维修时间为指数分布时。 ct M 0.693 ct MMTTR 18 可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第九章第九章 维修性参数维修性参数 o维修时间参数维修时间参数 n预防性维修时间(Preventive maintenance time,Mpt) 预防性维修时间同样有均值、中值和最大值。其含义和计算方法 与修复时间相似。 平均预防性维修时间 是对产品进行预防性维修所需时间的平均值。 即预防性总时间与预防性维修次数之比。 式中：fpj第j项预防性维修的频率； 第j项预防性

11、维修的平均时间。 ptM 1 1 m ptj pj j pt m pj j f M M f ptjM 19 可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第九章第九章 维修性参数维修性参数 o维修时间参数维修时间参数 n平均维修时间(mean maintenance time， ) 在规定的时间条件下和规定的期间内产品预防性 维修和修复性维修总时间与该产品计划性和非计划 性维修事件总数之比。 式中：产品的故障率； fp产品的预防性维修频率。 M pt p p MTTRf M M f 20 可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第九章第九章 维修性参数维修性参数 o维修工时参数维修工时参数 维修性工时参数，又称

12、维修性指数或维修工时率 M1，它是与维修人力有关的一种维修参数。其度量方 法为：在规定的条件下河规定的期间内，产品直接维修 工时总数与该产品寿命单位总数之比，即 式中：MMH产品在规定使用期间内的维修工时数； Oh产品在规定的使用期间的工作小时数或寿 命单位数。 MH I h M M O 21 可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第九章第九章 维修性参数维修性参数 o维修费用参数维修费用参数 常用的维修费用参数有： n年平均维修费用 n每个工作小时的平均维修费用 n备件费用 22 可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第九章第九章 维修性建模维修性建模 o维修性建模的概述维修性建模的概述 维修性建模

13、是指为分析、评定系统的维修性而建 立的各种物理模型和数学模型。 n建模的目的 o维修性分配； o维修性预计和评定； o当设计变更时，进行灵敏度分析 23 可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第九章第九章 维修性建模维修性建模 o维修性建模的概述维修性建模的概述 n维修性模型的分类 o按建模的目的不同： n设计评价模型 n分配、预计模型 n统计与验证试验模型 o按模型的形式不同： n物理模型 n数学模型 24 可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第九章第九章 维修性建模维修性建模 o维修性建模的概述维修性建模的概述 n建模的一般程序 建立维修性模型的一般程序建立维修性模型的一般程序 25 可靠性与智

14、能维护可靠性与智能维护-第九章第九章 维修性建模维修性建模 o维修性物理模型维修性物理模型 n维修职能流程图 o是对两类维修（排除故障与预防性维修）提出要 点并找出各项职能之间相互联系的一种流程图。 o维修职能 n维修职能是一个统称，它可以指实施装备维修 的级别，也可以指在某一具体的级别上实施维 修的各项活动，这些活动是按时间先后顺序排 列出来的。 n一般分为基层级、中继级和基地级维修 26 可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第九章第九章 维修性建模维修性建模 o最高层次的维修职能图举例最高层次的维修职能图举例 某装备系统最高层次的维修职能流程某装备系统最高层次的维修职能流程 图图 27 可靠

15、性与智能维护可靠性与智能维护-第九章第九章 维修性建模维修性建模 o一般层次的维修职能图举例一般层次的维修职能图举例 中继级维修的一般职能流程图中继级维修的一般职能流程图 28 可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第九章第九章 维修性建模维修性建模 o维修性物理模型维修性物理模型 n系统功能层次框图 o系统功能层次框图是表示从系统到零件的各个层 次所需的维修特点和维修措施的系统框图。 o它说明了维修职能流程图中有关装备和维修职能 的细节。 o按照自上而下的结构分解，一般从系统级开始分 解到能够做到故障定位，更换，进行维修或调整 的层次为止。 29 可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第九章第九章

16、维修性建模维修性建模 30 可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第九章第九章 维修性建模维修性建模 o系统功能层次框图系统功能层次框图 n注意事项 o它并不需要都分解到最低层产品，而只需要分解 到可更换件； o可更换件用圆圈表示； o需要标示维修措施或要素。 31 可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第九章第九章 维修性建模维修性建模 o维修性数学模型维修性数学模型 n产品的维修时间是以某种统计分布的形式存在的不 确定的量，在维修中最常用的时间分布有： o正态分布 o对数正态分布 o指数分布 o分布 n常用的维修作业模型有： o串行维修作业模型 o并行维修作业模型 o网络维修作业模型 o系统平均修

17、复时间计算模型 32 可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第九章第九章 维修性建模维修性建模 o串行维修作业模型串行维修作业模型 n职能流程图 串行维修作业职能流程图示例串行维修作业职能流程图示例 33 可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第九章第九章 维修性建模维修性建模 o串行维修作业模型串行维修作业模型 n假设维修任务有n项基本的串行维修作业组成，每项 基本的维修作业时间为Ti (i=1,2,n),且它们相互独 立，则总的维修时间T为： 12 1 n ni i TTTTT 34 可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第九章第九章 维修性建模维修性建模 o并联维修作业模型并联维修作业模型 n某次维

18、修由如干项维修作业组成，若各项维修作业 是同时展开的，则称这种维修时并联维修作业。 n其职能流程图如下图所示： 35 可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第九章第九章 维修性建模维修性建模 o并联维修作业模型并联维修作业模型 n假设维修任务有n项基本的并行维修作业组成，每项 基本的维修作业时间为Ti (i=1,2,n),维修度为Mi(t) 且它们相互独立，则总的维修时间T和维修度M(t)为： 12 max , n TT TT 12 12 1 ( )max , ,( ) n n ni i M tP TtPT TTt P Tt TtTtM t 36 可靠性与智能维护可靠性与智能维护-第九章第九章 维修性建模维修性建模 o网络维修作业模型网络维修作业模型 n基本思想 o采用网络计划技术的基本原理，把每一维修作业 看作是网络图中的一道工序，按维修作业