在民用飛機設計過程中，我們常常會接觸到 “MTBF” 的概念，那麼什麼是 “MTBF” ？它是如何計算的？與安全性分析有什麼關系？

應部分讀者要求，這裡對 MTBF 進行解讀。關于 MTBF 預計的更多信息，可查閱與 “電子設備可靠性預計” 相關的标準，例如 GJB299C，MIL-HDBK-217F，RIAC-HDBK-217Plus 等。

首先，我們認識一下這個可靠性專有名詞：MTBF，它是 Mean Time Between Failures 的縮寫，譯為 “平均故障間隔時間”。

SAE ARP4754A 對 MTBF 的定義如下：

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.

中文釋義如下：

硬件産品兩次連續故障的時間間隔的數學期望值。注：該統計學定義僅對可修複産品有意義。對于不可修複産品，則使用術語 “平均壽命” 或 “平均故障前時間” 等術語。

因此，MTBF 作為産品可靠性的一個基本參數，通常針對可修複産品。其度量方法為：在規定的條件下和規定的時間内，産品累積的工作時間除以同一時間内的故障總數。

需要注意的是，這裡 “規定的條件” 包括溫度等環境條件，MTBF 往往是基于某個典型工作溫度（例如 25°）、或某個典型溫度包線（例如 15°、25°、30°、50°）計算得到的。

在民機安全性領域，當我們開展故障樹等定量分析（FTA）時，常常接觸到“Failure Rate”——失效率的概念（有時也稱 “故障率”，英文簡寫 “FR”）。

SAE ARP4754A 對 Failure Rate 的定義如下：

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

中文釋義如下：

在時間 t 處，失效分布函數的斜率除以可靠度分布函數，即：λ(t) = F’(t) / (1-F(t))

失效率作為産品可靠性的另一個基本參數，其度量方法通常為：在規定的條件下和規定的時間内，産品的故障總數與同一時間内累積的工作時間之比。

讀到這裡，是不是覺得這句話似曾相識。Bingo！我們發現 MTBF 和 Failure Rate 的度量方法竟如此類似。

對 MTBF 和 Failure Rate 的度量方法進行對比，可知 Failure Rate 與 MTBF 互為倒數。

λ(t) = 1 / MTBF

設備級 MTBF 一般由供應商基于航線數據及相關标準等計算得到。飛機和各系統 MTBF 可根據各設備 MTBF 數據計算得到，計算過程一般采用全串聯可靠性模型（餘度設備均按照串聯處理）。

假設某設備的 MTBF 用 MTBFi 表示，其數量用 ni 表示，則其失效率為 λi = 1 / MTBFi，系統失效率 λs 可通過簡單加和得到：

系統的失效率 λs 與系統 MTBF 互為倒數，将上式取倒，即可得到系統 MTBF。

同理，飛機級 MTBF 也可根據各系統 MTBF，計算得到。

在民用飛機可靠性分析過程中，我們還會接觸 MFHBF 的概念，英文全拼 “Mean Fight Hours Between Failures”，譯為 “平均故障間隔飛行小時”。

MTBF 與 MFHBF，這兩個概念具體有什麼區别呢？

首先我們引入 “工作小時”（Operating Hours）和 “飛行小時”（Flight Hours）的概念。

假設一天 24 小時中，飛機的上電時間為 14 小時，14 小時中有 10 小時用于飛行。那麼，對于機上的多數系統和設備，其每天的 “工作小時” 是 14 小時，而 “飛行小時” 則是 10 小時。

MTBF 的單位可以是工作小時（Operating Hours），也可以是飛行小時（Flight Hours）。根據航空工業實踐經驗，MTBF 從 “工作小時” 向 “飛行小時” 轉換時，通常需要乘以一個轉換系數。

以剛才定義的 “工作小時” 和 “飛行小時” 為例：當以 “工作小時” 為單位的 MTBF 值為 14000 時，如果要轉換成單位為 “飛行小時”，則 MTBF 值就變為 10000 了。

10000 = 14000*10/14

對于 MFHBF，其含義與 MTBF 基本相同，隻是它的單位已限定為 “飛行小時” 而已。

在實際應用中，我們将 MTBF 和 MFHBF 等價使用，其單位一般都是 “飛行小時”。

MTBUR，Mean Time Between Unscheduled Removals，譯為 “平均非計劃拆換間隔時間”。它特指在一段時期内，某部件的非計劃拆換間隔小時（飛行小時）。

MTBUR 的倒數是 URR（Unscheduled Removals Rate，非計劃拆換率），這與 MTBF 和 Failure Rate 互為倒數的概念類似，不再贅述。

MTBUR 的概念通常用于維修和航材支援。它是飛機運營商确定航材采購和儲備的最重要依據。MTBUR 綜合反映了對航材的需求，是航材可靠性的重要參數。

MTBUR 的度量方法為：

MTBUR = 機隊總飛行時間 * 該部件每架機的裝機數量 / 該部件非計劃拆換次數。

MTBUR 雖然可以通過航線統計數據來獲得，但在設計階段開展可靠性預計時，我們往往使用 MTBF，通過乘以一個轉換系數，來得到 MTBUR。所以 MTBUR 數值一般要低于 MTBF。

MTBUR = MTBF *(1 - NFF)

式中，NFF（No Fault Found，無故障發現率）特指 “某一個航線可更換件非計劃拆換下來後，經測試符合适航要求可以繼續使用” 的情況。

因此，并不是每一次非計劃拆換，最終都定位到被拆換設備的故障。在所有拆換的設備中，有一定比例的設備，測試後發現仍可繼續使用。NFF 也從側面反映了航空器的維修質量，體現了排故人員等的素質水平。

NFF 通常是根據系統和設備的服役曆史，而産生的經驗數據。不同設備的 NFF 不同，一般用百分數表示，例如 20%，10%，5%等。

小柚子認識有限，如有錯誤，歡迎留言，批評指正！

相關文章，點擊閱讀：

1. SAE ARP4754A 初探與入門！
2. 民用飛機和系統安全性評估 初探與入門！
3. 什麼是“航線可更換單元” （LRU）？
4. 什麼是主最低設備清單 MMEL？

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!