GB/T 15647-1995 稳态可用性验证试验方法

中华人民共和国国家标准

cB/T15647一1995

稳态可用性验证试验方法1FC1070-91

Compliancelestproceduresforsteady-stateavailability

本标准等同采用国际标准IEC1070((稳态可用性验证试验方法》(1991年版)

1主题内容与适用范围

本标准规定了以稳态可用性或稳态下可用性为可用性指标、能经常维修的产品的可用性验证试验

方法。

本标准适用于满足下述条件、只有可用和不可用这两种状态的产品进行稳态可用性验证试验:

a.单个可修理产品;

b所有可用时间服从同一指数分布;

:.尽管预防维修时间有可能影响可用性，但它不算入不可用时间内;

d.所有不可用时间的项目须在要求或试验规范巾清楚地陈述;

e.可靠性很高的产品需要特别长的时间去做验证试验;

f.验证试验方法采用稳态不可用性作补充

2弓!用标准

GB2423电工电子产品基本环境试验规程试验

GB/T3187可靠性、维修性术语

GB4796电工电子产品环境参数分类及其严酷程度分级

GB5080.1设备可靠性试验总要求

GB5080.2设备可靠性试验试验周期设计导则

GB5080.6设备可靠性试验恒定失效率假设的有效性检验

GB5081电子产品现场工作可靠性、有效性和维修性数据收集指南

GB6992可靠性与维修性管理

GB7288.1设备可靠性试验推荐的试验条件室内便携设备一一粗模拟

GB7288.2设备可靠性试验推荐的试验条件固定使用在有气候防护场所设备一一精模拟

GB/'1'9414.1设备维修性导则第一部分;维修性导言

GB/T9414.2设备维修性导则第二部分:规范与合同中的维修性要求

GB/T9414.3设备维修性导则第三部分维修性大纲

GB/['9414.5设备维修性导则第六部分:维修性检验

GB/T9414.6设备维修性导则第七部分:维修性数据的收集、分析与表示

3术语与符号

本标准的术语符合GB/T3187((可靠性、维修性术语》的规定。

本标准使用如h的符号:

国家技术监督局1995一07一24批准1996一03一01实施

GB/T15647一1995

生产方风险(第王类风险)

13使用方风险第〔1类风险)

A,(r)序贯试验接收限

R,(r)序贯试验拒收限

D鉴别比:D=U,/U

UI稳态不可用性给定的可接收值，u。一1-Ac

U稳态不可用性的不可接收值，U,=1-A,

U,m验证试验的拒收限

u一‘晓标准正态分布的1一a分位数

A,稳态可用性给定的可接收值

A,稳态可用性的不可接收值

F,一。((Fp,l，ll""))自由度为，、和，:的F分布的1-a分位数，附录A(补充件)的表A工给出了F分布的分

位数

m平均不可用时间

m平均可用时间

凡样本量，即定数试验的失效数

r序贯试验的失效数

T累积可用时间，T=Ft

T定时试验的持续试验时间

衣第i个可用时间，i=1,2,3,""""""

Y累积不可用时间，Y=Ey,

多第i个不可用时间，i=1,2,3,""""""

f(t)分布的概率密度函数

E(t),EW)分布的期望值，这里t表示时间变量或随机变量

伽玛分布

f(t)=s(st)0-'exp(一、t)1I'(p)

E(t)二P/S

EW)=p(p+1)/s'

是形状参数

是尺度参数

r(p)一几，'exp(一二)dv是伽玛函数

当p为整数时，P(p)=(p一DJ

指数分布为〔伽玛分布p=1时的特殊情形)

f(t)=，exp(1一:t)

E(t)=1/s

EW)二2/s,

4可用性试验的条件

4门可信性管理和规范

产品要达到期望的可用性目标有如下几个步骤:

a获得产品可用性要求的规范;

b产品预期的可用性分析。这在产品设计阶段就要考虑，且包括系统总的可用性要求对其子系

GBIT15647-1995

统可用性要求的分配;

公根据GB6992和GB9414.1-9414.3等标准对产品实施可信性管理;

d对产品进行稳态可用性试验.以验证产品是否达到给定的可用性要求本标准提供了试验方

法

正如上所述，可用性验证试验的目的通常是为了验证产品是否达到规定的可用性要求，囚此.试验

方法与产品的规范密切相关。如果试验是获得验证方法的必要部分，建议在产品规范中应包括试验的基

本大纲。在产品规范中应考虑如下的项目:

所采用的可用性指标;

b.状态、时间和失效的定义;

c.试验的条件;

d.采用的试验类型，即定数试验、定时试验或序贯试验;

e.拒收时的后果。经济惩罚(或奖惩)或要求拟订新的设计

当生产方和使用方同意引用本标准时，必须明确指出是引用本标准的全部还是标准中的某些章条

4.2统计过程的条件

本标准的验证试验方案预先假定所有的可用时间是同一齐次泊松过程的独立观察(所有可用时间

是同一指数分布的现实)，所有的不可用时间是同一伽玛分布(或指数分布)的独立现实。在第6.2条中

给出了数据没有趋势的检验方法。如果趋势存在，检验的结果仍是有参考价值的，它为可靠性增长、维修

人员学习曲线等采取预防性措施提供了信息。

4.3状态的定义

可用性试验方案是对连续工作的产品实施可用性试验而制定.这里，可用性指标是总试验时问的PA

数如果它们应用于非连续使用的产品，就必须考虑在非要求的维修时间里对产品进行维修的问题。

可用性指标一般要求定义产品合格的功能模式，即要规定产品的可用状态和不可用状态本标准的

试验方法仅适用于具有两种状态(可用/不可用)的产品进行可用性验证试验。

对含有冗余子系统的高可靠产品，在规定的置信水平下，在适当的时间周期内完成可用性验证试验

证明是不可能的。这个问题往往通过将系统总的可用性要求分配给各个子系统，再分别对各个子系统进

行试验来解决。如果这样的话，适当考虑至少一次试验需要经受失败的更大可能性

4.4时间的分类

在产品要求的规范中，必须明确规定产品采用的可用性指标是固有可用性还是工作可用性可用性

指标的选取将影响到不可用时间的分类，是采用关联不可用时间还是采用非关联不可用时间。因此，在

可用性试验开始前，不可用时间的分类必须详细规定。

预防性维修时间，无论是定期的还是不定期的，当规定的可用性是固有可用性时，常将它划归为非

关联不可用时间;而当规定的可用性是工作可用性时，如果根据期望的预防性维修时问修改其可接收

值.则预防性维修时间也划归为非关联不可用时间本标准的试验方案考虑由于根据规定的可用性指标

来修改定期维修而引起的中断。

除了I卜关联失效引起的修复性维修时间外，用干实际修复性维修的时间总是划归为关联不可用时

间。实际修复性维修时间包括故障诊断时间、技术延误(如冷却等)时间、故障修复时间和核查时间。后

勤延迟和管理延迟不包括在实际维修时间内，且在固有可用性情形下，它划归为非关联不可用时间在

工作可用性场合，延迟时间的分类要明确规定，例如，从最近的补给仓库运送必需的备件所需的时间被

戈}归为关联不可用时间。

如果规定的是固有可用性，由于缺乏维修保障而引起的任何延迟均划归为非关联不可用时间当规

定的是工作可用性，与不可用时问有关的后勤延迟时间应明确定义。

4.5失效的分类

产品的可用性指标都是以可用时间和不可用时间的定义为基准因此，把产品可能的状态划分为相

GB/T15647一1995

应的可用状态和不叮用状态是必需的。如果某类失效作为非关联失效计算，双方应预先商定。

根据产品及其规范，失效分类多少有些复杂失效分类可着重于产品的功能而不考虑其硬件配置

例如，输电线跻可看作只要满足输电要求这个功能在〔线路额定的最大功率内)。另一方面，失效分类可

从主要的技术细节进行从顶层的可用状态出发，直到清楚地确定由硬件或软件失效所引起各种状态的

分类为止

4.6试验的条件

产品合同规定了可用性，其主要目的是使产品在最终使用中得以实施。试验的条件，其目的是在技

术上使试验条件下的可用性与考虑有关人员培训、单元替换周期等因素的使用条件下的可用性达到良

好的一致性这种一致性是不容易实现的。但是，通过对影响产品可靠性、维修性和维修保障性的各种因

素的详细研究，将有助于设计出尽可能符合实际的试验

选取试验室试验或现场试验由受试产品自身的特点所决定。打算供普遍市场流通的中型产品可在

试验室中进行可用性试验，而大型的产品，在使用方场所安装的单一系统只能在安装场所进行试验，即

现场可用性试验对试验室试验，在设计试验周期时，各种主要因素应包括在符合实际的试验方法中对

现场试验，可以控制的主要因素应给出实际的严酷度，其他主要因素应作记录并根据它们的关系做出判

断。如果试验条件超出产品的实际使用极限，试验应中断，直到可接收的试验条件重新出现时再继续试

验。

所考虑的因素可分为工作条件、环境条件和维修条件三大类。

46门工作条件

规定影响产品可靠性的工作条件

试验期间的工作条件应尽可能接近工作使用时所规定的条件。细节见GB5080.1和GB5080.2

4.6.2环境条件

规定影响产品可靠性的环境条件。

环境条件可能很复杂，它‘随着年、月以及产品的功能模式和受试产品其他有关的活动状态而变化

这些环境条件通常分为气候条件、力学条件和其他条件。在GB4796中给出相当完整的环境条件分类，

在GB2423中给出了详细的环境试验方法。应用这些标准设计试验循环见GB7288.1和GB7288.2

4.6.3维修条件

在可用性试验期间，所有相关的维修条件应代表在正常操作情形下的维修条件。根据预防性维修和

修复性维修来考虑这些维修条件。

a.预防性维修

在实际应用中，预防性维修应采用常规的预防性维修计划、维修指南和维修工具，并由经常规培训

的人员进行维修。

b.修复性维修

修复性维修应采用常规的修理指南、修理工具和故障检修设备，并由经常规培训的人员进行修理。

c.包括维修保障的后勤保障

确定受试产品运行和维护所需资源的供给在固有可用性场合，替换单元、备件的供给和其他维修

资源的保障应当是充裕的;而当给定的是工作可用性时，资源的供给与保障也应当是正常的

5数据收集

可用性验证试验要求收集可靠性数据、维修性数据和维修保障性数据。从现场试验或实际使用中收

集数据是非常必要的，生产方和使用方应在早期就此取得一致意见。

现场试验可包括产品按预先规定的程序运行，或产品随着规定的事件和时间正常使用在现场试验

中必须花费足够的努力去保证数据记录的正确性。在双方意见取得一致的情况下，对关联的或非关联的

可用时间和不可用时间做出正确的分类。特别注意的是，与固有可用性或工作可用性有关的延迟时间的

GB/T15647一1995

不同分类

所有的数据收集.将集中在通过试验达到估计产品可用性指标如L/,需的数据L要求太多的附加数

据可能使报告无效和不正确。试验性的数据收集是推荐检杳和改进数据收集的方法。

对产品的可用时问、不可用时间及发生的事件进行连续观察是推荐的数据收集方法推荐使用上作

口东或类似的记录本按时间顺序记录观察结果这时受试产品不同状态之问转换的日历时间、维修情况

和原因都需作记录

从试验室试验和现场试验中收集可靠性数据的方法见GB5080.1,维修性数据的收集见

GB9414.5^9414.6.现场数据的收集见GB5081

6时间分布

受试产品被认为或者处于可用状态或者处于不可用状态。试验开始时.产品处r可用状态。经过

段时间后，出现了第一个失效使产品进入不可用状态，修理工作开始当修理完成后，产品恢复到可用状

态，一个新的可用一不可用循环开始。这一过程的现实见图to第4.4条给出了根据所选择的可用性指

标，即固有可用性或工作可用性，如r

状态

叮用

n]片

图上试验过程的典型现实

在第6.1条中给出了可用时间和不可用时间统计分布的选择指南

本标准的试验方案是基于这样的假设，所有的可用时间是独立同分布的随机变量，所有的不可用时

间也是独立同分布的随机变量。在第6.2条中给出了这些假设有效性的趋势检验。

在第6.3条中给出了有关分布或稳态假设万一无效时的备选决策

6.1分布假设

有关可用时间和不可用时间分布的假设应以先前的经验为基础。某些情况下，分布假设可参考受试

产品固有的物理变化过程所提供的信息。

本标准提供的试验方案仅对可用时间为指数分布和不可用时间为伽玛分布时有效。指数分布是伽

玛分布在形状参数P=j时的特殊情形。伽玛分布和指数分布的概率密度函数在第3章所列的符号中-

起给出。

如果产品具有恒定失效率，则可用时间服从指数分布并且具有恒定失效强度。这时产品一般不是损

耗刑的(例如电子设备)

如果没有关于时间分布的信ol可利用，则可用指数分布作第一级近似。

为了检验所有的可用时间是否来自同一指数分布可作如下的处理:

a.首先按第6.2条的趋势检验进行是否有趋势的检验。如果没有趋势，则做b项;

b.按GB5080.6对可用时间的数据进行恒定失效率检验

这两个前提是应用本标准所必需的

试验方案中使用的统计参数主要依赖于不可用时间分布的期望值。伽玛分布的假设是为了数学上

326

ce/T15647一1995

处理的方便，而不要求是决定性的。伽玛分布含有两个参数，它能代表各种形状的概率密度曲线对任

何修复率函数的不可用时间通常用伽玛分布近似。一般来说.即使真实分布是对数正态分布，从实际应

用出发，用伽玛分布近似也是足够好的

6.2趋势检验

对，-1,2,-"",u(这里。一总的观察失效数)记

7，二t,卜t十…干t

计韵

客戮一_T2'

’一LT2L,(I型)

套I，，，一一(1)-2}

(I1})

R〔-1〕

这里I型试验在预先给定的总试验时间T，截止II型试验在总失效时间T,截止

当胜至少为5时，、近似于正态分布，因此，:的计算值应与附录A(补充件)中表A2的临界值相比

较

6.3假设无效时的备选决策

如果稳态假设不成立，这种情况必须对个别事件进行判断例如:若平均可用性是可接收的，但可用

时间却有增加的趋势.显然产品是可接收的然而，在解释这些结果时的难点可能必须延长试验。

注:生产方与使用方可同意不做趋势检验和分布假设检验，而是规定并同意分布假设。这样，有关可用性试验结果

解释的不一致就可避免

了验证试验的设计

受试产品的真实稳态可用性是否满足规定的可接收值A，可用性验证试验的结果将作出肯定或否

定的回答。作出判决与给定的风险水平a和R有关

验证试验可按如下的方法进行设计

a.在要求的规范中.对可用性指标、失效的定义、试验的条件和作出拒收判决的后果应与稳态不

可用性的可接收值U。一起给予明确的规定，其中U。二I-A};

b.根据产品规范的内容和生产方与使用方的协议，对不可用时间伽玛分布的形状参数P“”值作

出选择。通常，E(t)和E份)是用来协助这种选择通过所选择的分布，给出其平均可用时间。。和平均

不可用时间。J的预计，因此可对产品稳态不可用性的预计值进行计算，该预计值不必等于Uo;

。.选择可接收的风险水平a.R，其余的试验参数根据第8章的内容决定;

d.对定数试验(试验方案1)确定样本量。和拒收限以川.;

e.对定时试验(试验方案2和3)，确定试验时间T’和拒收限叭耐

f.对序贯试验(试验方案4)，确定判决限A,.(r)和R,(r)

这些参数的选择总是包含着准确性与费用之问的折衷对给定的决策风险，鉴别比D越接近于1,

则要求的试验时间越长。

8验证试验方案

8.1试验方一案I一一定数试验方案

当可用时间是指数分布而不可用时问为伽玛分布时.可采用本试验方案

本试验方案设计要求观察。个失效数.其中11是满足卜列不等式的最小整数。

Gr/'s15647一1995

F,o(2pn,2n)XF,.p(2-,2pa)<D(1一U.J/(1一DL7O

判决规则:

若Y/7'>U,川.，则作出拒收判决;

其中U,;,=F,e(2f,n,2n)XU.,/(1一以)

其他情形则作出接收判决

8.2试验方案2一试验时问大于15倍'r-均可用时间的定时试验方案

若可用时问服从指数分布，不可用时间服从伽玛分布时，并且试验时间是大于15倍的平均可用时

问，。。，则可采用本试验方案木试验方案是基于稳态可用性近似于正态分布

木试验设计包括一个持续试验时间T'.其中T‘由下式确定:

{厂一万ru,y(1一DU.,)了DlI'

二{“卜·V1一“。卡}一产一分万=二二=一一!}

t一以十，协_一一一里--%/7-U一}

七(]少一1)J

u,-。和。1一。的值可从表A2查到

判决规则:

若Y/(Y+T)>Ut-,则作出拒收判决

其中

Lu_D(1一U})十。一。了万(1一DU,)]

t'u}=U只

。「_(I一U)十“一。了万(1一DU)〕

其他情形作出接收判决。

8.3试验方案3—1i<0.05的定时试验方案

当平均不可用时间I',,与可用时间。。的‘比值。/，。.〕小于。.05时，则可采用本试验方案

本试验设计包括一个持续试验时问T,，试验时问7，"与鉴别比D之问的关系见表A3

判决规则:

若Y/(Y+7')>U,n;，则作出拒收判决。

其中鱿二是试验时间T的‘函数，可从表A3查到。

其他情形则作出接收判决。

8.4试验方案4—序贯试验方案

试验方案的待续试验时问依赖于产品在试验期间所观察的可用性每当修理完成，判决规则给出试

验是截止还是继续的指南。决策限依赖于在某时刻所出现的失效数;。

判决规则:

若Y/T>R,(r)XU/(1-U)，则作出拒收判决。

若Y/TGA(二)XU,,/(1-U)，则作出接收判决

若A,(r)XU/(1-U,)镇Y/T-*-}R,(r)X(lo/(1-U)>则作出续续试验判决。

决策限A,(，一)和R,.(r)由下列方法决定:

若

r?Inro一a)/月刁则A(动一仁D-11(r)口其他情形时，月(动二0

p·In(D)p[LI(r)一1]

若

，_砚n[(1-R)/a]则&(r)=[D一C(，一)]其他情形时，R,(二)一二

户.ln(D)p了C石)-了’

其中

C(r)==Do'[a/(1一R)7'次三

H(r)[(1一a)声」，

A.(r)和茂(r)的值可从表[\4查出。

图2给出f序贯试验方案的例子

GB/T15647一1995

龙'&m

魂〔厂J

rAf巾1数

图2序贯试验方案例(r=i,n一5"-g-0.ll

9试验报告

试验报告必须完整.以便为最终作出接收或拒收判决给出可靠的依据。它应包括个一述的文件要求

的每个文件应参考受试产品和详细的可用性试验规范

9.1试验日志和数据记录

对每个受试产品建立一个文件，按时间顺序记录每个失效的确切时间

内容:

a.产品的核对

产品名称;

生产)家‘;

产品型号;

试验产品的编号。

b.按时间顺序记录每次观察和活动:

日期和时间;

工作条件;

环境条件;

性能参数值;

不符合规范条件的注释;

计时器的读数;

有关人员的姓名

c.一般说明

9.2失效报告

每个失效都应写一份报告，包括失效的描述、失效分析的结果、对有关的产品(或元件、部件)所采取

的措施n

详细内容如卜:

GB/T15647一1995

.2.1试验操作人员的报告

a.失效的鉴别:

失效的日期和日历时间;

试验产品的编号;

有关的组件、子组件、元件或部件;

失效时的工作条件;

失效时的环境条件;

计时器的读数;

试验操作人员的姓名。

b.故障现象:

局部或完全故障的特征;

超出规定限的参数值;

判明故障所使用的仪器。

c参考相关的失效报告。

d.关于故障分类的意见。

e.推荐纠正措施。

f.一般说明。

2.2维修人员的报告:

a.故障确认:

所使用的方法和仪器;

观察结果和说明。

b，维修的描述

所采取的措施;

修理期间设备的运行时间(可能时);

修复性维修的日期、时间和待续时间;

组织机构和修理人员的姓名

c.替换件的鉴定:

对每个要替换的元件或部件:

安装位置或电路的位置;

元件或部件的名称;

型号名称和特征;

生产厂家。

d，关于失效原因和失效分类的意见。

e.推荐的纠正措施或经核准可排除故障的修改。

f.一般说明

2.3失效分析人员的报告

a.被替换元件或部件的分析:

目检和初始测量;

失效分析的描述(物理、化学等);

分析结果;

分析日期;

组织机构和分析人员的姓名。

n.影响失效的条件分析口

GB/'r15647一1995

c失效的原因和分类

d.推荐纠正措施。

e.一般说明

9.3失效汇总记录

这个文件包括了所有失效的汇总信息，失效数据和相关的试验时间可从原始试验目志和失效报告

中查出。

内容:

a.一般信息:

设备的鉴别;

参考详细的可用性试验规范

b.所有的关联失效按时间顺序汇总:

失效的日期和时间;

失效的分类;

参考的失效报告;

试验产品的编号;

累积的关联失效数;

累积的关联试验时间。

c.所有的非关联失效汇总:

失效的分类;

参考的失效报告。

d.不可用时间的信息

9.4替换单元和备件的清单(可选择)

该清单给出了单元和备件替换密度的信息，并可用于制订维修计划

内容:

a.一般信息:

设备的鉴定;

参考详细的可用性试验规范。

b.清单:

对每个替换单元和备件:

鉴别;

试验期间的使用条件;

设备总数;

失效总数;

总的累积关联试验时间

9.5最终报告

从可用性验证试验得到试验结果的最终报告应包括:

失效汇总记录;

用数值和图表表示的统计处理结果;

最终结论和建议采取的措施(如果适用时)

cs/r15647一1995

附录A

表Al~表A4

(补充件)

表AlF分布分位数

。8『。分位数

Fl24681020肠一一一利一一一洲一一-120

卜

1.00别4231.364381才3J仄.钊洲J︺卜

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1.81