浅析电气设备可靠性设计（2）

2.1.2平均无故障工作时间MTBF。MTBF的定义为：电气系统无故障工作时间的平均值。

对于一批（N台）电气系统而言：

   (6)

式中：t_i—第i个电气系统的无故障工作时间[h]；

N—电子系统的数量。

工程上，如一台整套电气设备，在试验时，总的试验时间为T，而出现了n次故障。出现故障进行修复，然后再进行试验（维修的时间不包括在总试验时间T内）。则：

MTBF=T/n[h]

MTBF数值越大，则表示该电气系统可靠性越高。还是以上述军用机载JRC-5M小型电磁继电器为例：

T=60000h，100只受试继电器共出现5只有故障，那么对于每只继电器来讲：

MTBF=100T/n=120×10⁴h。

在此，必须明确不论是失效率λ，还是平均无故障工作时间MTBF，均为衡量设备或元器件可靠性的“概率”性的指标。切不可误解为对于上述继电器每只可以工作120万h以后才会出现故障。具体到某一只继电器，也可能一用就坏，更大的可能是工作60000h以后还是很正常。

2.1.3平均维修时间MTTR。MTTR的定义为：系统维修过程中，每次修复时间的平均值。即：

    (7)

式中：Δt_i—第i次的修复时间[h]。

M—修复次数。

任何设备无论如何可靠，永远存在着维修的问题。所以MTTR总是越小越好。因而，实现方便快捷的维修或不停机维修有着重大的价值。

2.1.4有效度（可用度）A 。A的定义为：电子系统使用过程中（尤其在不间断连续使用条件下）可以正常使用的时间和总时间的比例（通常以百分比来表示）。即：

A=MTBF/（MTBF＋MTTR） (6-15)

A值越接近于100％，表示电子系统有效工作的程度越高。

实际上，设备MTBF受到系统复杂程度，成本等多方面因素的限制，不易达到很高的数值。尽量缩短MTTR也同样可以达到增加A的目的。对于高失效率单元，采用快速由备份单元代替失效单元的冗余式设计，可以在MTBF不很高的情况，使MTTR接近于0，这样，也可以使A近于100％。

2.1.5可靠度R（t）。可靠度R（t）是衡量电气系统可靠性的最基本的指标。可从可靠度R（t）的定义中导出故障概率F（t）。即：

F（t）=1－R（t），或R（t）=1－F（t）。 (8)

可以看出，对于R（t）和F（t）来讲，其值均为时间量t的函数。极端来讲，t=0时，任何系统的R（t）=1，〔F（t）=0〕。在t=∞时，任何系统的R（t）=0，F（t）=1 。R（t）和F（t）只有在指定的时间范围以内才有具体的意义。在实际使用中常用年可靠度P来表示。

年可靠度P的定义为：电子系统在规定的环境条件下，在1年的时间内，完成规定功能的概率。例如P=0.9，就说明系统在一年内有90％的可能不出现故障。（也即有10％的可能会出现故障）。如果在一个地点有10台同类设备，则平均1年会有1台设备可能需要进行维修。

2.1.6失效率λ，平均无故障工作时间MTBF和可靠度R（t），故障概率F（t）之间的数学关系依据λ，MTBF，R（t），F（t）的定义和基本数学表达式，经数学运算以后，可得出以下的相互数学关系（运算过程从略）。

MTBF=1/λ或λ=1/MTBF，即λ和MTBF互为倒数关系。

R（t）=e－^λt或R（t）=e－^t/MTBF=1/et^/MTBF   (9)

即R（t）和λ之间为指数关系。

F（t）=1－R（t）或R（t）=1－F（t），

这样，λ，MTBF，R（t）三个指标，可以通过上述换算，从一个量算出另两个量的对应数值。在不同的场合，以上三个指标都可能在衡量电子系统可靠性时交替使用。