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1、2024/7/ 62932181可靠性与维修性的权衡主要内容n基本概念n可靠性与费用的权衡n可靠性、维修性与可用性的权衡n预防性维修与修复性维修的权衡n复杂系统的可靠性与维修性的权衡基本概念权衡过程是一种分析过程，目的在于对若干可行的侯选方案进行分析评定，在坚实的基础上从中选取一个更为合用的方案。因而，权衡问题也就是一系列约束条件下的系统最优化问题；权衡分析是设计过程的一个基本组成部分，从整个系统到各分系统以至组成单元的设计，从总体参数的选择到某些特性参数的确定，都需要进行权衡分析。权衡分析既有定性的，也有定量的，要根据已知信息合理选择相应方法。基本概念确定权衡的问题，建立权衡准则及约束条件；
2、综合可行的侯选方案；分析各侯选方案的相关参数或状态；按权衡准则评定各分析结果，去掉明显不合用的方案；选择最能满足权衡准则的方案，如仍不满意，可以再重新综合侯选方案，重复前述有关步骤。进行权衡分析的基本步骤进行权衡分析的基本步骤工程上的权衡分析决不是单纯的数学处理，即使是进行定量的权衡分析，也需要工程的判断相结合，这种工程判断能力则来自工程实践经验的积累。可靠性与费用的权衡某各处于研制阶段的设备，要求其MTBF不小于450小时，并要求设备的单价不超过2万元。现在从可靠行与费用间的权衡中选取最优的方案。引例引例可靠性与费用的权衡权衡数据表权衡数据表权衡数据表权衡准则方案A方案BMTBF（小时）67
3、5495单价（万元）1.3351.951费用效能比0.0490.025可靠性与费用的权衡可靠性与费用的权衡图可靠性与费用的权衡图可靠性与费用的权衡为了慎重地作处最后决策，还应根据预期的研制合使用周期、使用合维修概念及生产量估处较为详细的各阶段费用值，并据此进行盈亏平衡点的分析，对于那些在寿命周期费用中占比重较大的部分，还应进行更为详细的灵敏度分析。如果方案A的MTBF虽然更为符合要求，但万一稍有降低就会导致维修费用增加很多（即维修保障费用对MTBF的变化很敏感），而方案B的MTBF虽较低，但也符合要求，且其维修保障费随MTBF的降低而增加得不明显时，最后结果仍有可能由A转向方案B。注意：注意：
4、可靠性、维修性与可用性的权衡可靠性、维修性和可用性是对系统效能的一种度量，三者间存在着相当大的余地。在系统的发展过程中，应结合对技术风险、寿命周期费用、进度和后勤保障等因素的考虑，在可靠性、维修性和可用性三者间求得更为合理的权衡。举例假设要求设计一台固有可用度为0.99的设备，但要求其MTTR不超过4小时，而MTBF不小于200小时。权衡问题权衡问题 可靠性、维修性与可用性的权衡可靠性与维修性权衡图可靠性与维修性权衡图 可靠性、维修性与可用性的权衡侯选方案数据侯选方案数据侯选方案AiMTBF(h)MTTR(h)可靠性设计维修性设计 标准件将额使用模块化自动测试0.9902002.0采用高可靠性
5、的元件、部件局部模块化及半自动化测试0.9903003.0采用部分余度设计手动测试及有限模块化0.9903503.5采用高可靠性的元件、部件模块化及自动测试0.9933002.0可靠性、维修性与可用性的权衡侯选方案的费用比较侯选方案的费用比较侯选方案 Ai0.9900.9900.9900.993采购费用（万元）485.9484.4485.2487.210年保障费（万元）103.6100.6101.896.8寿命周期费用（万元）589.5585.0587.0584.0可靠性、维修性与可用性的权衡结论结论由于所提的侯选方案都在可行区内，都符合基本的要求条件，因此必须施加某些其他的约束条件以便从中择
6、优。现以费用最低作为约束条件，根据表中的费用分析结果，可以看出，虽然方案II在Ai=0.99的3个方案中最低，但由于在考虑了10年使用期侯，方案 能以更低的寿命周期费用达到更高的Ai，所以最终方案选定方案为最好的选择。预防性维修与修复性维修的权衡权衡问题权衡问题某设备中含有一特别易坏的零件，该零件的可靠度为R(T)。可以有两种方式对该易坏的零件进行拆换：一是等到该零件发生了故障再换它，即采取修复性维修的方式，这主要为设备的非计划性停机而付出代价；二是当该易坏件达到一定的工龄时，就定期低通过预防性维修加以更换，此时会有1-R(T)的概率要付出停机的代价。预防性维修与修复性维修的权衡权衡分析方法权
7、衡分析方法这一权衡问题显然又涉及到费用问题。若不进行预防性维修，则要付出更换零件的代价p和停机的代价P。因此，单位时间的平均代价为：且有预防性维修与修复性维修的权衡权衡分析方法权衡分析方法若将该零件在达到工龄T时即予以更换。则应付出更换零件的代价p和以概率1-R(t)停机的代价1-R(t)P。此时，单位时间的平均代价为无预防性维修的情况相当于T=+预防性维修与修复性维修的权衡权衡分析方法权衡分析方法这样，问题就可以归结为对C(T)和C进行对比，如果C(T)/C1，进行预防性维修，在经济上才有可能合算。图15.3预防性维修与修复性维修的权衡权衡分析方法权衡分析方法现求C(T)的最小值和预防性维修
8、与修复性维修的权衡权衡分析方法权衡分析方法可有当故障率为常值时，有R(T)=e- T，所以应有：两式相违背，故对服从指数分布的零件进行预防性维两式相违背，故对服从指数分布的零件进行预防性维修是没有意义的。修是没有意义的。预防性维修与修复性维修的权衡权衡分析方法权衡分析方法如果该易坏件服从对数正态分布，则其故障概率密度函数为：此时可以证明有式中预防性维修与修复性维修的权衡权衡分析方法权衡分析方法从而可得如令这样C(T)/C就仅是v和的函数。只要给处标准正态分布函数，就可以画出如图所示的曲线。预防性维修与修复性维修的权衡权衡分析方法权衡分析方法图15。4预防性维修与修复性维修的权衡结论结论由图可见
9、，只有在相当于C(T)/C小于1的区域才可能宜于进行预防性维修，而最佳的预防维修频率对应于C(T)/C为最小值的地方。值得注意的是：还应结合实际对象的具体情况进行比较后再作出对策。比如：对于磨损型的零件（传送带，刹车片，轴承等），它们的值一般介于0.30.6之间，其C(T)/C的最小值较为明显，而且p/P越小越明显，一般一般采用预防性维修方法较为经济。但对于疲劳损失型零件其值在0.9左右，此时只在p/P非常小的情况下才能明显地确定出C(T)/C的最小值，而且这类零件一般较贵，所以一般不宜于进行定期的预防性更换。复杂系统的可靠性与维修性的权衡有限的空间维修能力有限的空间维修能力复杂系统的可靠性与
10、维修性的权衡权衡分析目的权衡分析目的保证将有关的工程专业内容，特别是可靠性与维修性包容到设计中去。在设计初始阶段，如能做到这点，要比到了设计后期去考虑在费用上要少得多。保证空间站上的人员所需完成的预防性维修工作量尽可能少。考虑到空间站上的有限的资源条件，再考虑到工作空间及人员的限制，这点特别重要。为此，希望选用更可靠的部件，要采用冗余技术和自动化技术。复杂系统的可靠性与维修性的权衡权衡分析目的权衡分析目的保证再正确的进行维修的情况下，不致因进行修理而降低系统的运行能力。对于像空间站的生活保障系统这类设备，这是至关重要的。保证对专业维修人呀的需求最少。因为在宇宙空间的环境下这个需求问题很尖锐，所
11、以一定要在对空间站人员进行培训时，在过培训和欠培训间求得平衡，以提供最合用的维修能力。复杂系统的可靠性与维修性的权衡预想的空间站维修能力的增加情况预想的空间站维修能力的增加情况复杂系统的可靠性与维修性的权衡权衡小组的职能权衡小组的职能复杂系统的可靠性与维修性的权衡权衡分析的流程权衡分析的流程复杂系统的可靠性与维修性的权衡权衡数示例权衡数示例复杂系统的可靠性与维修性的权衡权衡分析的注意权衡分析的注意决策准则是在进行权衡时用来衡量各侯选方案是否合用的，一般从两个方面进行评定：先对各侯选方案进行筛选，保留认为合用的和可接受的；再比较保留下来的侯选方案，从中选定最好的。比较准则时用来衡量侯选方案满足所提要求的能力。进行灵敏度分析，可以研究技术要求和技术条件的变化对系统方案的影响，同时也要分析方案变化带来的反影响。
