仪表可靠性初探

仪表可靠性初探

摘要：仪表是人们进行科学实验和实现生产过程参数自动检测和自动控制的重要技术工具，由于仪表结构功能越复杂，使用环境越恶劣，要求仪表使用寿命越长，可靠性问题就变得更加尖锐突出，对仪表进行可靠性研究，对解决这些问题起到了很好的促进作用，本文重点探讨仪表的可靠性评价指标。

关键词：仪表可靠性评价指标

一、仪表可靠性

可靠性表述目前学术界有多种，但归纳起来可以下两种来作为代表：第一：所谓可靠性是指零部件（或系统）在规定的时间内、规定的条件下、完成规定功能的可能性。第二：所谓可靠性是指“系统、机器、零部件等的功能在时间上的稳定性”。其实，无论哪种表述，都概括了可靠性的四大要素：

1、研究对象包括系统、机器、零部件等等。它可以是非常复杂的产品，也可以是一个简单的零件。

2、功能系指零部件、系统的预期功能，即它应实现的使用目的。功能，如电灯泡的照明功能，汽车的运行功能等。如果对象在实际使用中，不能实现规定的功能时，就称为研究的对象发生失效或功能故障，反之则称为对象可靠，能正常工作。

3、规定条件包括环境条件、维护条件及使用条件。环境条件，如环境温度、湿度、振动、润滑状况等；维护条件，如能否维修保养、维修条件、使用者的技术水平等；使用条件，如使用方法、使用频率等。对象如果超载运行、误用、操作不当或故意的破坏行为等情况均会

产生对象的功能故障，故研究对比可靠性必须规定条件。

4、规定时间是指对象的工作期限，或经济寿命期（ELT），可以用时间表示，也可以随对象的不同采用诸如次数、周期、距离等表示。例如，滚动轴承的工作期限用时间，车辆的工作行程用公里数，齿轮的寿命用应力循环次数表示。

二、可靠性的评价尺度

1、可靠性的评价指标是为了评价机械零部件、机器、系统等的可靠性、对可靠性而制定并量化的衡量指标。

2、仪表可靠性的衡量指标主要有：可靠度、故障率、平均寿命、维修度，有效度、重要度等。

3、仪表可靠性的衡量指标具有以下特点：

（1）可靠性尺度具有多指标性。在不同的场合和不同的情况下，可用不同的指标来表示系统的可靠性。

（2）可靠性尺度具有随机性。研究对象在规定的时间内保持正常功能的可靠性是随机的，一般用概率方法进行定量衡量。

（3）可靠性具有定量表示的时间性，即定量指标多是时间的函数。

三、衡量指标概论

1、可靠度

与可靠度对立的就是不可靠度，它表示零部件或系统的不可靠程度：，可靠度与不可靠度存在下述关系，即R（t）与F(t)互补：R（t）+F（t）=1。

2、故障率

故障率系指零件、产品、系统工作到t时刻后在单位时间内故障的概率，它反映了研究对象在任一瞬时故障概率的变化趋势。

设有N个零件，从t=0开始工作，到时刻t时故障总数为n(t)，则残存数N－n(t)，又设在(t+△t)时间内又有△n(t)个零件故障，则定义时刻t的故障率为：，故障率与可靠度的关系为：。通过浴盆曲线我们不难发现故障的三个特征时间期：

(1) 早期故障期：系统一开始工作时故障率较高，但随工作时间的增长呈下降趋势。通常是由于设计、制造、工艺缺陷或检验等原因引起的，它可以通过筛选、检验、强化试验等方法加以排除。

(2) 随机故障期：系统故障率很低且在数值上基本保持恒定，故障处于完全不可预测的状态。零部件或系统的故障是由偶然原因所引起的，这一时期是零部件或系统的正常工作时期，因此我们总希望其故障率低且持续时间长。

(3) 耗损故障期：系统故障率随时间逐渐上升，且上升趋势较快，此种形式多见于机械零件的磨损寿命。该类型的故障是由零部件或系统的耗损与老化所引起的，一般可以通过“事前维修”来加以防止。

3、平均寿命

平均寿命对不可修与可修的零部件或系统其含义不同。可修系统和不可修系统平均无故障工作时间表述各有不不同，但都可归纳为：平均寿命等于所有零件的总工作时间除以总的故障次数。

4、维修度

维修度系指可修的系统、机器或零部件等在规定的条件下和规定的时间内完成维修的概率，用M(t)表示。

维修度与可靠度相对比知它们均是时间的函数，且都是用概率来度量的，用曲线的形式表达。但它们之间具有不同点，即维修度还与人的因素有关，一般地维修度受到以下三个因素的影响。

（1）受承受维修设备的影响，即结构设计上故障发生是否容易发现和易于排除。

（2）维修技术人员水平的高低。

（3）维修条件，即设备维修与工具的先进性及是否齐备。

5、平均维修时间

现场维修时间包括预防维修时间、维修准备时间和修复性维修时间，其平均值称为平均维修时间。修复性维修时间也称为维修时间，它是故障诊断时间和修理时间之和。MTTR的定义为：在规定的维修条件下和规定的维修时间内，机械系统在某一规定的维修级别上，维修时间总和与维修故障总数之比。当已知机械系统维修度分布密度函数m(t)时，MTTR由下式计算：。当维修时间分布函数已知且服从指数分布，MTTR为一常量。一般研制中的系统只考虑平均维修时间，这也是系统的固有特性。

6、有效度

有效度是将可靠度与维修度综合起来的一个可靠性评价尺度。它表示系统、机器或零部件在规定的使用条件下使用时，在任意时刻正常工作的概率。

一般地对可修产品的可靠度，若发生故障但因能在规定的时间内修复后又能正常工作，从而使系统、机器或零部件处于正常工作的概率增大。系统长时间使用的平均有效度可以用时间系数加以表示，即有效地等于可工作时间除以可工作时间与故障停机时间之和。

7、重要度

重要度是指系统或机器的某构成部份发生故障时，能引起系统或机器发生故障的概率，可用下式表示：重要度，当E =1时，表示该构成部分

发生故障时，系统必将丧失工作能力；当E =0时，表示该构成部分发生故障时，不影响系统正常工作；当E 在（0，1）区间变化时，表示该构成部分发生故障时，系统以相应的概率发生故障。