mttr是指平均故障修复时间(什么是平均故障间隔时间)

01 前言

在民用飞机设计过程中,我们常常会接触到 “MTBF” 的概念,那么什么是 “MTBF” ?它是如何计算的?与安全性分析有什么关系?

应部分读者要求,这里对 MTBF 进行解读。关于 MTBF 预计的更多信息,可查阅与 “电子设备可靠性预计” 相关的标准,例如 GJB299C,MIL-HDBK-217F,RIAC-HDBK-217Plus 等。

02 什么是MTBF?

首先,我们认识一下这个可靠性专有名词:MTBF,它是 Mean Time Between Failures 的缩写,译为 “平均故障间隔时间”。

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SAE ARP4754A 对 MTBF 的定义如下:

Mathematical expectation of the time interval between two consecutive failures of a hardware item.NOTE: The definition of this statistic has meaning only for repairable items. For non-repairable items, the term Mean Time To Failure (MTTF) is used.

中文释义如下:

硬件产品两次连续故障的时间间隔的数学期望值。注:该统计学定义仅对可修复产品有意义。对于不可修复产品,则使用术语 “平均寿命” 或 “平均故障前时间” 等术语。

因此,MTBF 作为产品可靠性的一个基本参数,通常针对可修复产品。其度量方法为:在规定的条件下和规定的时间内,产品累积的工作时间除以同一时间内的故障总数

需要注意的是,这里 “规定的条件” 包括温度等环境条件,MTBF 往往是基于某个典型工作温度(例如 25°)、或某个典型温度包线(例如 15°、25°、30°、50°)计算得到的。

03 MTBF与安全性分析的关系

在民机安全性领域,当我们开展故障树等定量分析(FTA)时,常常接触到“Failure Rate”——失效率的概念(有时也称 “故障率”,英文简写 “FR”)。

SAE ARP4754A 对 Failure Rate 的定义如下:

The gradient of the failure distribution function divided by the reliability distribution function at time t.

中文释义如下:

在时间 t 处,失效分布函数的斜率除以可靠度分布函数,即:λ(t) = F’(t) / (1-F(t))

失效率作为产品可靠性的另一个基本参数,其度量方法通常为:在规定的条件下和规定的时间内,产品的故障总数与同一时间内累积的工作时间之比

读到这里,是不是觉得这句话似曾相识。Bingo!我们发现 MTBF Failure Rate 的度量方法竟如此类似。

对 MTBF 和 Failure Rate 的度量方法进行对比,可知 Failure Rate 与 MTBF 互为倒数

λ(t) = 1 / MTBF

04 飞机和系统级MTBF的计算

设备级 MTBF 一般由供应商基于航线数据相关标准等计算得到。飞机和各系统 MTBF 可根据各设备 MTBF 数据计算得到,计算过程一般采用全串联可靠性模型(余度设备均按照串联处理)。

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假设某设备的 MTBF 用 MTBFi 表示,其数量用 ni 表示,则其失效率为 λi = 1 / MTBFi,系统失效率 λs 可通过简单加和得到:

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系统的失效率 λs 与系统 MTBF 互为倒数,将上式取倒,即可得到系统 MTBF。

同理,飞机级 MTBF 也可根据各系统 MTBF,计算得到。

05 MTBF与MFHBF的关系

在民用飞机可靠性分析过程中,我们还会接触 MFHBF 的概念,英文全拼 “Mean Fight Hours Between Failures”,译为 “平均故障间隔飞行小时”。

MTBF 与 MFHBF,这两个概念具体有什么区别呢?

首先我们引入 “工作小时”(Operating Hours)和 “飞行小时”(Flight Hours)的概念。

假设一天 24 小时中,飞机的上电时间14 小时,14 小时中有 10 小时用于飞行。那么,对于机上的多数系统和设备,其每天的 “工作小时” 是 14 小时,而 “飞行小时” 则是 10 小时。

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MTBF 的单位可以是工作小时(Operating Hours),也可以是飞行小时(Flight Hours)。根据航空工业实践经验,MTBF 从 “工作小时” 向 “飞行小时” 转换时,通常需要乘以一个转换系数

以刚才定义的 “工作小时” 和 “飞行小时” 为例:当以 “工作小时” 为单位的 MTBF 值为 14000 时,如果要转换成单位为 “飞行小时”,则 MTBF 值就变为 10000 了。

10000 = 14000*10/14

对于 MFHBF,其含义与 MTBF 基本相同,只是它的单位已限定为 “飞行小时” 而已。

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在实际应用中,我们将 MTBF 和 MFHBF 等价使用,其单位一般都是 “飞行小时”。

06 MTBF与MTBUR的关系

MTBUR,Mean Time Between Unscheduled Removals,译为 “平均非计划拆换间隔时间”。它特指在一段时期内,某部件的非计划拆换间隔小时(飞行小时)。

MTBUR 的倒数是 URRUnscheduled Removals Rate非计划拆换率),这与 MTBF 和 Failure Rate 互为倒数的概念类似,不再赘述。

MTBUR 的概念通常用于维修和航材支援。它是飞机运营商确定航材采购和储备的最重要依据。MTBUR 综合反映了对航材的需求,是航材可靠性的重要参数。

MTBUR 的度量方法为:

MTBUR = 机队总飞行时间 * 该部件每架机的装机数量 / 该部件非计划拆换次数。

MTBUR 虽然可以通过航线统计数据来获得,但在设计阶段开展可靠性预计时,我们往往使用 MTBF,通过乘以一个转换系数,来得到 MTBUR。所以 MTBUR 数值一般要低于 MTBF。

MTBUR = MTBF *(1 - NFF)

式中,NFFNo Fault Found无故障发现率)特指 “某一个航线可更换件非计划拆换下来后,经测试符合适航要求可以继续使用” 的情况。

因此,并不是每一次非计划拆换,最终都定位到被拆换设备的故障。在所有拆换的设备中,有一定比例的设备,测试后发现仍可继续使用。NFF 也从侧面反映了航空器的维修质量,体现了排故人员等的素质水平。

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NFF 通常是根据系统和设备的服役历史,而产生的经验数据。不同设备的 NFF 不同,一般用百分数表示,例如 20%,10%,5%等。

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