可维护性和可靠性（德国版）

维护过程是与上面列出的不同条件有关的随机过程，可维护性直接属于汽车生产厂家任务范围。除了可维护性外，对像汽车这样的移动产品还有一个可靠性问题。根据DIN EN13306^[5]，可靠性是寿命周期观察范围内为在规定时间区间、在规定条件下实现必要的功能的一种能力。可靠性是质量部分的想象性能，并表示为无失效的可靠性，它是以失效的随机规律性为依据分析得到的。可靠性可分为试验可靠性和使用可靠性。试验可靠性可从产品设计过程中为可靠性目的专门进行的试验得到。在维护过程中起最后决定作用的使用可靠性是根据使用阶段失效的随机分析得到的，特别需要细心的数据检测和数据反馈。这时，两者失效的特性差别要把再制造维修和预防性维修时寿命周期观察范围的变换看成失效。

1.可靠性特征参数

描述可靠性传统使用的特征参数是失效率。根据方程式（1），失效率是在区间i中失效的寿命周期观察范围Δr_i和到区间i开始随机抽样几件的功能性观察范围n（t_i）与区间宽Δt的乘积之比，即：

式中，λ（t_i）为失效率，单位为NE-1（NE：使用单位，单位为km或时间单位，如h、a）；Δt为使用区间，单位为NE；Δr_i为在区间i中的失效件；n（t_i）为到区间i开始随机抽样几件的功能观察范围（BE）。

在随机抽样件中，在整个κ区间观察时间完全失效件（全部的随机抽样件）：

n=Δr₁+Δr₂+…+Δr_k （2）

其他统计特征值为：

——失效概率密度f（t）：

——失效概率F（t）：

其中

r（t_i）至时间点t_i失效的BE：

——存活概率R（t）：

其中n=r（t_i）+n（t_i） （7）

统计分布得到的失效件遵循一定的数学法则。该法则是从大量的应用法则中通过匹配试验精确发现的。现已证明，在机器制造中的失效法则在足够一致性时只能采用韦布尔（Weibull）分布法则。它也适用于用在机器制造产品中的电气和电子部件。对汽车工程，VDA对此作了接近实际的指导^[6]。其他对专门解决汽车可靠性感兴趣的可能方法见参考文献^[9]。

韦布尔分布可用2个或3个参数描述。在大多数情况下使用2个参数形式：

F（t）=1-exp[-（t/T）b] （8）

式中，b为形状参数，较少使用，表示陡度；T为特征寿命，因次为NE（km、h、a），很少使用，表示比例参数。

使用韦布尔分布有如下优点：

1）通过不复杂的数学算法可容易转化为线性化分布，从而可按图10.6-3建立简单的分布网。利用分布网可得到图形化参数^[7]。

2）韦布尔分布可以在存在与随机抽样件数量无关的两个最少失效件时计算参数。这样就可没有问题地对“不完全的随机抽样件”作出评价，即提供所期待的作为策略规划依据的失效性能的方案性数据是实现原来可靠性试验目标的根本前提。

3）在形状参数b＞1时要注意作为以km计或时间单位h、a计的平均使用量尺度的特征寿命，这时

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式中，t为平均使用量，以NE（km、h、a）计。

图10.6-3 按韦布尔（Weibull）的分布网

4）清楚表示在图10.6-4中的“失效率浴盆曲线”的失效阶段形状参数按韦布尔分布可用下面方程式表示：

早期失效表明零件有严重的设计缺陷或制造缺陷，需要改变，即得到的特征参数不能作为规划的依据。随机失效具有等失效率，因此它与使用量（时间）无关。这样没有必要保留预防性的维护措施，但要采取设计措施。

5）在形状参数b>1时，根据向外发散（离开）曲线（图10.6-5）可以估计还有多少剩余利用量（时间）。该剩余利用量在低于规定的某一存活率和在预防性维修情况下可作为更换准则。在向外发散曲线下的总面积则可表示存活率的平均利用量，

图10.6-4 在整个使用量（时间）内的失效率变化过程

2.可靠性特征参数的应用

在失效率基础上的可靠性特征参数可用于考虑和计算下列情况：

1）更新函数需要备用件。

2）在不同的备用件储存中的位置安全性。

3）在车间修理汽车和组件的材料和工时费用或在专门的修理企业更换零件、组件。

4）优化寿命周期观察范围的零件、组件更换时间点和它们间的相互调整。

5）零件、组件串、并联的系统可靠性，包括估计设计确定的冗余的有效性，特别是对规划汽车使用感兴趣的可用性特征参数。由可维护性和可靠性组合的可用性特征参数是这样定义的^[5]：

图10.6-5 在整个使用量时存活概率变化

它是机组（汽车）能力，到规定的时间点或在规定的时间间隔还是同一状态，在规定的验收条件下完成所需的功能。

可用性A的一般方程式为：

A=T/（T+T_v） （12）

式中，T为平均无故障间隔（MTBF—Mean Time Between Failures），因次为h；T_v为平均损失时间或修理时间（MDT—Maintenance Down Time），因次为h。

因为汽车使用量主要不是以工作时间而是以行驶距离计算的，所以采用“可用性指数”这一概念。它相当于在修理时间（h）或在车间停留时间（h）所驶过的距离，并表示为：

I_A=S/T_v （13）

式中，I_A为可用性指数，用每修理1h“驶过”的里程数表示；S为无故障行驶距离，因次为km。