维修性测试性与可用性教学教材

1、维修性测试性与可用性、维修性基本概念1 .维修性2维修种类3 .产品可靠性维修性相关的时间概念4维修性函数5.常用的维修时间分布&定性定量要求1维修性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。概率表示为维修度。维修与维修性维修是产品发生故障后为保持和恢复到规定状态所进行的全部活动维修性是产品一种设计特性，是产品质量的一种固有属性。2.维修种类 2.1预防性维修通过检查、检测和消除故障征兆，使产品保持在规定状态所进行的全部活动，包括预先维修、定时维修、视情维修、故障检查。通过操作人员监控、使用检查、功能检查、定时拆修。2卫彳參复,性维彳修4品故障后

2、使其恢复到规定状态所进行的全部活动，包括故障隔离、 分解、更换、组装、调校和检测等。也称修理。主要包括以下几种活动：(1)故障识别。即识别故障的活动。(2)故障定位。即按照维修约定级确定产品的故障单元所进行的活动。 例如某种电路板是维修约定级，则确定故障出在哪块电路板就是故障 鬼位。(3) 故障隔离。(4) 故障诊断。 作。即把故障部分确定到必须进行修理范围的过程。 即为故障识别、定位、隔离和确定故障原因所进行的工(5)故障修复。即故障定位后，为恢复故障产品执行规定功能的能力所 进行的工作。如分解、更换、再装，及使产品性能进入规定的适用于 使用状态的调校操作。(6)功能核查。即故障排除后，为核

3、查产品已恢复执行规定功能的能力 所进行的工作。3 产品可靠性维修性相关的时间概念在编时间产品处于列编工作状态的时间不在编时间产品处于储备状态的时间维修时间维修所用的时间改进时间为改善产品特性或增加新的特性而对其进行更改所用的 时间延误时间由于保障资源补给或管理原因未能及时对产品进行保障 所延误的时间管理延误时间由于管理方面的原因而未能及时对产品进行保障所延误 的时间保障资源延误时 间因等待所需的保障资源而未能及时对产品进行保障所延 误的时间。如等待备件、维修人员、保障设备、信息及 适当的环境条件等所延误的时间预防性维修时间对产品进行预防性维修所用的时间修复性维修时间对产品进行修复性维修所用的时

4、间不工作时间产品能工作，但不要求其工作的时间任务时间产品执行某项规定任务剖面所用的能工作时间反应时间产品从要求执行某项任务的瞬间开始到准备好执行任务 所需时间。它是产品从不工作状态转入工作状态所需的 时间待命时间产品从准备好随时可执行其任务到开始执行任务的等待 时间。在这段时间内，不进行维修或妨碍任务开始的其 他活动。能工作时间产品处于执行其规定功能状态的在编时间不能工作时间 产品处于列编,但不处于执行其规定功能状态的时间使用寿命产品使用到无论从技术上还是经济上考虑都不宜再使用, 而必须大修或报废时的寿命单位数利用率产品在规定的日历期间内所使用的平均寿命单位数或执 行的平均任务次数耗损故障因疲

5、劳、损、老化等原因引起的故障，其故障率随着寿命单位数的增加I而增加、维修性基本概念4 维修性函数维修度M(t)M=P(T t)式中：T7在规定的约束条件下完成维修的时间；f规定的维修时间.显然，维修度是维修时间的递增函数，M(0)二0,M(s)t1A/(y)也可表示为：M)=也N式中：N送修的产品总数；时间内完成维修的产品数在工程实际中，维修度用屈验或统计数据求得，N是有限的，M(f)的估计量为.5常用的维修时间分布维修时间是一个随机变量，它的分布一般为指数分布、对数分布和正 态分布。对于故障简单、单一产品的维修活动或基本维修作业的维修时间比较固定，一般是随一散布中心呈对称分布，时间特长与特短

6、的较少，其分布规律一般符合正态分布（如图Q所示）。典型的就是拆卸或替换某个零部件。时间a 正态分布指数分布（如图b所示）表示维修率为常数， 一般适用于大系统中的维修任务，大系统的维修 率一般都是恒定的。完成维修的时间与以前的维 修经历无关，如经短时间调整或迅速换件即可修 复的产品适用于指数分布。时间b指数分布时间对数分布（如图c所示）适用于复杂产品和系 统的维修时间分布，大多数维修性工程手册就是 运用对数分布来进行维修性论述的。这是因为一 些维修工作可能会由于其他问题的发现，导致工 作的完成需要比预期更长的时间，同时工作也会 因不同的修理者而带来维修时间的差异。对数分 布适用于描述各种复杂系统

7、的维修时间。6维修性的定性定量要求6.1维修性定性要求维修性的定性要求一般包括以下内容：(1) 良好的可达性；(2) 提高标准化和互换性程度；(3) 具有完善的防差错措施及识别标识;(4) 保证维修安全；(5) 良好的测试性；(6) 符合维修的人素工程要求；等等c对数分布、维修性基本概念6维修性的定性定量要求6.2维修性定量要求平均修复时间MTTR或皿吐：排除故障所需实际时间的平均值。排除故障的实际时间包括准备、检测诊断、换件、调校、检验等时间, 有的还包括故障件的修复。MTTR不包括由于管理或后勤供应等原因 的延误时间实际工作中使用其观测值，即每次修复时间的总和与修复次数n之比：码=(2)最

8、大修复时间Mmaxcr确切地说，应当是给定百分位或维修度的最大修复时间，適常给定的维修度W) = p 是0.95或0.900最大修复时间通常是平均修复时间的23倍J具体比值取决于维修时间的 分布和方差及规定的百分位当维修时间为指数分布时，Mln(l-p)th抵CtCt山当 M二 p = 0.95 时，M =3Mmax ctct当维修时间为正态分布时，M=M +Zdmax ctct F式中J N维修时间的标准离差；Z”一维修度M(l)为p时的正态分布分位点(3)修复时间中值mCt菽Cf是指维修度W)=0.5时的修复时间J又称中位修复时间.不同分布情况下J中值与均值的关系不同。维修时间为指数分布时

9、：M = 0.69357CfCt维修时间为正态分布时:M -M ctct维修时间为对数正态分布时：Ct兀exp(a2 /2)选用中值的优点是试验样本量少，对数正态分布假设条件下可减少至20,而均值Gt维修性函数及平均修复时间、最大修复时间和中位修复时间的示意图如图3所示.弄电左W堂翌W 03冋爼出图3从修理时间分布导出的维修性函数的示例、维修性基本概念预防性维修时间M预防性维修时间同样有均值（丽刃）、中值（必和最大值其含义和计算方法与维修时间杓似，但应以预防性维修频率代替故障率，预防性维修时间代替修复性维 修时歐可用性基本概念1.可用性2可用性参数3.系统效能二、可用性基本概念1.可用性产品在

10、任意时刻需要和开始执行任务时，处于可工作或可使用的 程度。可用性的概率度量称为可用度。可用性是产品可靠性、维修性 和维修保障的综合反映。产品可用度实际上是产品能工作时间和产品能工作时间与不能工 作时间总和之比。即育比工作日寸间_育比工作日曲审育比工作E能工作时间是指产品能执行所需功能状态的在编时间要素不能工作时间是指产品未处 于能执疔所需功能状态的在编时间要素n可用性可用示意图4表示.UUU(3)2h3h4h工作II时间不能工作D 故障停机修复 lhD 故障停机修复 2hDG) 故障停机修复 lh图4 可用性示意图能 H 作时间=U(l)+U(2)+U(3)=2+3+4=9 不能工作时间=D十

11、D+D(3)=l+2+l=4能H作时间能工作时间+不能工作时间二、可用性基本概念2 可用性参数a固有可用度固有可用度（川）：仅与工作时间和修复性维修时间有关的一种可用性参数。一种度量 2方法为！产品的平均故障间隔时间与平均故障间隔时间和平均修复时间的和之比口4 MTBF5 MITR +MTBF固有可用度是产品在保证规定条件和理想的用户服务环境下工作，它不包括预防性或计划性维修（如更换电池，更换机油等的时间，也不包括维修保障的延误时间。因此，固有可用度是产品研制和开发方能够通过设计加以控制的，也可以作为研发产品的要求。二、可用性基本概念2 可用性参数b.可达可用度A可达可用度月）：仅与工作时间、

12、修复性维修和预防性维修时间有关的一种可用性参 a数。可达可用度既考虑预防性维修又考虑修复性维修，其一种度量方法为：产品的工作时间与工作时间、修复性维修时间、预防性维修时间的和之比.其计算方法是：XfTBMAAfTBMA + AIMT二、可用性基本概念式中？ A/m也一平均维修活动间隔时间(产品寿命单位总数与预防性维修和修复性维修活动总次数之比)；A血平均维修时间口MMT可进一步分解j并用预防性维修和修复性维修时间表达:FM +F MMMT =F十Fc P其中：F是每100011修复性维修活动次数；F是每100011预防性维修活动次数；PM是平均修复性维修时间(MTTR)； ci兀：是平均预防性

13、维修时间。话 的最大差别是可达可用度要考虑预防性和计划性维 修活动。勤延误时间等产品不能工作时间2 可用性参数c使用可用度A0与能工作时间和不能工作时间有关的一种可用性参数。其一种度量 方法为：产品的能工作时间与能工作时间、不能工作时间的和之比。 使用可用度反映了产品的真实使用环境，是顾客最直接的感受。兄考虑系统的固有可靠性、维修性及测试性、预防性维修和修复性维修，以及管理、O使用和保障等各种因素的影响.它能够真实反映产品在使用环境下所具有的可用性.A常用的计算公式是：0A =MTBMA MTBMA + MDT其中是平均停机时间即不能工作时间力它包括平均修复时间MTTR,平均后提高产品的固有可

14、用度既可以通过提高产品的可靠性水平，即增大MTBF,也可以通过提高维修性水平，即减少MTTR来实现。提高产品的使用可用度,一方面要努力提高产品的固有可用度,一方面要努力提高产品的维修保障水平，尽量减少各种影响及时维 修的延误时间等。二、可用性基本概念3系统效能系统在规定的条件下和规定的时间内满足一组特定任务要求的程度。 它与可用性、任务成功性和固有能力有关。系统效能(E)是可用性(A).任务成功性(D)及固有能力(C)的函数。一般可以 表示为：E = ADC、测试性基本概念1 测试性2测试性定性定量要求3测试性设计与分析三、测试性基本概念1测试性测试性是指产品能及时并准确地确定其状态(可工作、

15、不可工作或 性能下降)并隔离其内部故障的一种能力。测试性作为产品的一种固有属性，是一种设计特性，是产品便于监控其工作状况和易于检查及测试的特性。其主要表现为:(1) 自检功能强。系统本身具有专用或兼用的自检硬件和软件，能自动检测产品工作状况，可检测与隔离故障，且检测率、隔离率高，可故障指示与报警且虚警率低。(2) 检查测试方便。具有良好的人机接口，方便使用维修人员检查与测试, 可自动记录、存储及可查询故障信息，故障显示清晰明确和易于理解， 可按需检查系统各部分并隔离故障。(3) 便于使用外部测试设备进行检查测试。与自动测试设备或通用仪器 的接口简单、兼容性好，专用测试设备少，设有足够的测试点和

16、检查 通道。测试性、可靠性与维修性三者的关系十分密切，因为具有良好测 试性的产品将改善其维修性，直接减少故障检测及隔离时间，进而减 少维修时间；任何不能被检测岀的故障状态的存在将直接影响产品的 可靠性。测试性好的产品可及时检测出故障，排除故障，进而提高产 品的可用，性。三、测试性基本概念2 测试性定性定量要求a测试性定性要求测试性应在尽可能少地增加硬件和软件的基础上，以最少的费用使产品获得所需的测试能力，以实现检测诊断简单、迅速、准确。主要要求是：(1) 合理划分产品的单元。根据不同维修级别的要求，把产品划分为易于 检测和更换的单元。如现场可更换单元(LRU)、维修车间可更换单元(SRU);(

17、2) 合理设置测试点。根据不同维修级别的维修需要，在产品内、外设置 必要且充分的测试点；(3) 合理选择测试的方式和方法。根据产品功能、结构和使用、维修需要, 在与费用权衡基础上，正确确定测试方案，选择自动、半自动、人工测 试、机内、机外测试设备等，并使产品各种测试有最好的配合；(4) 兼容性。在满足测试能力要求的前提下，尽可能选用标准化的、通用的测试设备和附件，优先选用相似产品的测试设备。三、测试性基本概念2 测试性定性定量要求 b测试性定量要求 故障检测率rFD故障检测率产品在规定的期间內.在规定的条件下.用规定的方法能够正确检测出的故障数筠）与所发生的故障总数之比.常用百分数表示，即1F

18、D二 N。/竹 xlOO%测试性基本概念故障隔离率Ji故障隔离率尸；用规定的方法将检测到的故障正确隔离到不大于规定模糊度的故障数 与检测到的故障数之比，用百分数表示口r !N xlOO%FI L D式中r Nr 在规定条件下用规定方法正确隔离到不大于规定模糊度的故障数。nd 在规定的条件下用规定的方法正确检测出的故障数口测试性基本概念故障虚警率rFA:在规定的期间内发生的虛警礬，与,同一期间内故障总数之比，用百分数表示T叫Z + NQWOO%式利竹厂虚警次如真实故障次数三、测试性基本概念3 测试性设计与分析 a测试方案b测试性分配与预计 c测试性定性设计硬件设计中的一般测试性考虑。例如，在设计

19、产品时合理地划分功能和 结构单元，最好每个功能划分在一个模块单元里，将结构单元划分为 LRU和SRU或更小的组件，以便于在不同的场合进行故障检测与隔离。 又如，应优先选用便于测试且故障模式已有充分描述的集成电路或组件。被测装置与测试设备的兼容性。要尽可能利用现有的自动监测和外部测 试设备。合理地选择与确定被测试装置的测试点的数量与位置，既要能 满足故障检测隔离的要求，又能迅速连接外部测试设备。产品固有测试性设计与分析同维修性设计与分析密切相关，因此可以将 两者结合进行。制定并实施产品测试性设计准则是提高测试性水平的重 要途径。在产品研制开发时应根据测试性的要求，通过与相似产品的分 析和比较，同

20、时参考有关标准和手册，制定具体产品的测试性设计准则。 设计人员根据设计准则的规定,把测试性综合设计到产品中。d测试点的选择与配置测试点选择与配置的一般原则：(1) 测试点选择应从系统级到SRU级。测试点选配应尽量适应原位检 测的需要。在产品的内部还应配备适当数量供维修使用的测试点。(2) 应在满足故障检测隔离要求的条件下，使测试点尽可能地少。当测 试点的设置受限制时，应优先配置其故障会影响安全和任务成功的单 元的测试点、故障率高的单元的测试点。就故障检测与隔离相比，应 优先配置检测用测试点。(3) 测试点中要有作为测量信号参考基准的公共点(如设备的地线)。(4) 高电压大电流的测试点应与低电平

21、信号隔开，并符合安全要求。(5) 测试点布置要便于检测。尽可能集中或分区集中，且可达性要好。 其排列要有利于进行逻辑的、顺序的测试。测试点切忌设置在易损坏 的部位。1 维修性分析的目的 一是对产品开发过程的不同阶段进行推测，以评价产品设计是否能满 足规定的维修性定量要求，并为比较和优选产品的设计方案提供依据; 二是发现和确定产品在维修性设计方面存在的薄弱环节，并提出预防和改进维修性的措施；三是通过分析确定维修所需要的关键保障资源,为保障性决策提供依据。产品的维修性分析的结果是进行维修性设计的重要依据，但它不能直 接影响产品的维修性。要提高产品的维修性并满足规定的维修性定量 要求，必须通过维修性

22、设计（即从设计上采取改进影响维修性的薄弱 环节，尽量减少维修时间的措施）才能实现。维修性设计与分析2 维修性分配与预计3 维修性分析乩维修工作分析b预防性维修分析c修复性维修分析4 维修性设计需考虑的因素(1) 标准化选用兼容和匹配的零部件，减少系统中不同规格的零部件，这些都 可以减少库存。(2) 模块化选用尺寸、形状上都有标准的模块单元，这将利于进行统一装配和 拆卸工作。(3) 功能集成将一个产品的所有必需组件进行集成处理。(4) 互换性控制尺寸和公差，备用零件可以立即替换发生故障的零件，同一个 零件可以用于其他单元。(5) 可达性有足够的空间维维修人员来妥菁完成任务，所有的蟄件都是可达的,

23、 每一个零件都应丧很蓉易拿到和暮换,为了取到故障曇件不需要移动 好的零件。(6) 故障提醒当某单元发生故障，应该有一个方式去提醒操作人员，这包括报警 器、枚鑒窗板、光和声首。(7) 故障隔离可以追溯故障，这也是所有维修工作中最耗时的事情，这个问题可 以通过预防性维修措施、机内测试装置、零件简化设计和请有经验的 工作人员来解决。(8) 识别对所有组件有一套独特的识别方法，有记录修复性维修和预防性维 修的方法。在优化维修性和可用性策略方面，还应考虑：(D修复时间：通过训练有素的技术人员、设计的简化、合适的工具和 维修设施以及可替换部件，来减少不能工作时间。(2) 技术人员：训练有素的技术人员是技术

24、实施的必需。(3) 冗余设计：大而复杂的系统会从并联组件和子系统中获得益处。5维修性设计准则a.简化设计(1) 简化产品的功能。产品的功能多样化，是导致设计与操作复杂化的 根源。因此，应在满足使用要求的前提下，去掉不必要的功能。(2) 合并产品功能。把产品中相同或相似的功能结合在一起执行。比如, 把执行相似功能的硬件适当地集中在一起，以便使用维修人员“一次 办几件事”。再就是把几种功能结合在一个产品上或集中控制，实现“一物多用。(3) 尽量减少零件的品种和数量。减少零件数量可以达到简化的目的， 减少零件的种类可以大大降低维修保障的费用。5 维修性设计准则b可达性设计(1) 统筹安排、合理布局。

25、故障率高、维修空间需要大的部件尽量安排 在系统的外部或容易接近的部位；(2) 为避免各部分维修时交叉作业(特别是机械、电气、液压系统维修 中的互相交叉)与干扰，可用专舱、专柜或其他适宜的形式布局；(3) 尽量做到检查或维修任一部分时，不拆卸、不移动或少拆卸、少移 动其他部分；(4) 产品各部分(特别是易损件和常用件)的拆装要简便，拆装时零部件进出的路线最好是直线或平缓的曲线；不要使拆下的产品拐着弯或颠倒后再移出;(5) 产品的检查点、测试点、检查窗、润滑孔、添加口及燃油、液压、 气动等系统的维修点，都应布局在便于接近的位置上；(6) 需要维修和拆装的机件，其周围要有足够的空间，以便进行测试或

26、拆装。如螺栓螺母的安排应留扳手余隙。四、维修性设计与分析5 维修性设计准则c标准化、通用化和模块化设计d防差错措施及识别标志(1) 设计产品时，外形相近而功能不同的零件、重要连接部件和安装时容 易发生差错的零部件，应从结构上加以区别或有明显的识别标记。例如: 只允许一个方向插入的插头或元器件，可采取加定位销，使各插脚粗细 不一或不对称等办法，防止插错。(2) 产品上应有必要的防止差错、提高维修效率的标记。(3) 产品上与其他有关设备连接的接头、插头和检测点均应标明名称或用 途及必要的薮据等。(4) 需要进行保养的部位应设置永久性标记，必要时应设置标牌。例如： 注油嘴、孔应用与底色不同的红色或灰

27、色显示。(5) 对可能发生操作差错的装置应有操作顺序号码等标记。(6) 对间隙较小、周围设备或机件较多且安装定位困难的组合部件、零部 件等应有安装位置的标记(如：刻线、箭头等)。(7) 标记应根据产品的特点、使用维修的需要，按照有关标准的规定以文 字、数据、颜色、形象图案、符号或数码等表示。标记在产品使用、存 放和运输条件下都必须经久保存。遲手暮魯看到和辨诙标牌统h(8) 标记的 放在有关扌5 维修性设计准则匕维修安全设计(1) 设计产品时，应保证贮存、运输和维修时的安全。为此，要根据相 似产品的使用维修经验和产品的结构特点,采用事故树等手段进行分 析，并在结构上采取相应措施，从根本上防止贮存

28、、运输和维修中的 事故。(2) 在可能发生危险的部位上，应提供醒目的标记、警告灯、声响警告 等辅助手段。(3) 严重危及安全的部分应有自动防护措施。不要将损坏后容易发生严重后果的零部件布局在易被损坏的(例如外表)位置。(4) 凡与安装、操作、维修安全有关的地方，都应在技术文件资料中提 出注意事项。(5) 对于盛装高压气体、弹簧、带有高电压等储有很大能量且维修时需 要拆卸的装置，应设有备用释放能量的结构和安全可靠的拆装设备、 工具，保证拆装安全。5 维修性设计准则f.维修中人素工程设计(1) 设计产品时应按照使用和维修时人员所处的位置与使用工具的状态， 并根据人体的量度，提供适当的操作空间，使维

29、修人员有个比较合理的 姿态，尽量避免以跪、卧、蹲、趴等容易疲劳或致伤的姿势进行操作。(2) 噪声不允许超过规定标准。如难以避免，对维修人员应有保护措施。(3) 对维修部位应提供适当的自然或人工的照明条件。(4) 应采取积极措施，减少振动，避免维修人员在超过标准规定的振动条 件下工作。(5) 设计时，应考虑维修操作中举起、推拉、提起及转动零部件时人的体 力限度。(6) 设计时应考虑使维修人员的工作负荷和难度适当，以保证维修人员的 持续工作能力、维修质量和效率。5 维修性设计准则g其它通用维修性设计准则(1) 为减少维修造成的停用时间，可以采用： 无维修设计； 标准的和经认证的设计和零部件； 简单

30、、可靠和耐久的设计和零部件； 减轻故障后果的故障保险机构； 允许产品在寿命期使用和磨损的“按最坏情况”进行设计的技术和容限。(2) 为减少维修停用时间，可以通过设计使下列工作迅速可靠： 预测或检测故障或性能退化； 受影响的组件、机柜或单元的故障定位； 隔离到某个可更换或可修复的模件或零件； 通过更换、调整或修复排出故障； 识别零件、测试点及连接点。(3) 为减少维修费用，可通过设计减少: 对人员和设备的危害; 全套专用维修工具； 备件和材料的消耗和费用 不必要的维修； 人员的技能要求。(4) 为降低维修的复杂程度，可以采用下列设计: 系统、设备和设施的兼容性； 设计、零件及术语的标准化； 相似零件、材料和备件的互换性; 最少的维修工具、附件及设备； 适当的可达性、工作空间和工作通道。(