維護度設計─維護度設計─第五章 維護度配置第五章 維護度配置第六章 維護度預測第六章 維護度預測

報告者：鄭欣卉指導老師：童超塵教授

第五章 維護度配置第五章 維護度配置

大綱大綱• 維護度配置定義• 維護度配置應考慮事項• 配置值計算方法• 最長允許維護時間

前言前言• 維護度之配置 (Allocation) 與預測 (Prediction) 是產品設計時重要的兩項工作。

• 當產品系統維護度 ( 或平均修護時間 ) 確定時，則必須將其餘分系統之維護度亦能分配，以作為分系統設計目標，這就是配置。

• 設計完成的產品，將利用實際操作功能與失效預估，以預測系統或分系統維護度是否達到配置值。

• 也就是說，當設計後，產品之維護度預測值必須大於或等於配置值，產品方能開始製作硬體。

維護度配置定義維護度配置定義• 將整體系統之目標分配到功能性層次之分系統中，以認定設計者所必須達到的維護度要求。

• 對可能失效 ( 故障 ) 現象或分系統，在逐步建立其設計特性時，可能必須重覆的進行再配置 (Re-allocation) 的工作。

維護度配置定義維護度配置定義• 配置值與預測值是將系統、分系統之維護動作數量化產生數值以符合維護度目標，這種數量化的過程，取決下列兩個因素：– 「不定期維修」或「定期維修」– 在系統層次中，各種維修行動發生的次數。

• 平均不定期維修時間 Mct 、平均預防維修時間 Mpt 、最長維修 ( 停機 ) 時間 Mmax 、系統維護度函數 M (t)

維護度配置應考慮事項維護度配置應考慮事項• 環境因素，及整體後勤支援情況。• 系統與類似產品之差異。• 目標之精確度。• 設計要求維護能力之水準。• 維護工作在系統壽命週期中的時點。

配置值計算方法配置值計算方法• 將可靠度配置之系統功能方塊圖之維護層次方塊 ( 系統及分系統 ) ，配置維護度值，據以發展設計工作。

• 最重要的是利用維護時間的分布，決定平均維護時間 (MTTR 或 Mct) 與最大允許維護時間 Mmax 。

配置值計算方法配置值計算方法

• N = 可更換及修理之分系統 ( 組件 ) 數量• = 第 i 個分系統 ( 組件 ) 失效率• = 第 i 個分系統 ( 組件 ) 維護所耗時間• = 產品系統總失效率 ex ：

n

i ctii=1

ct

s

MM =MTTR=

ictiM

s s 1 2 m= + + +

配置值計算方法配置值計算方法• 由於配置之各分系統 ( 組件 ) 之維護因素不同，複雜性與難易性也不同，故配置工作，必須考量加入權重值 k 。

• k 值包括不同組件層次 ( 組件→零件 ) 、不同因素 ( 複雜性、包裝、拆裝難易性等 ) 之經驗權重值。

配置值計算方法配置值計算方法

• k1,k2,…,kn為各次系統之維修權重值• ks= 產品 ( 系統 ) 維修權重值

n

jj=11 2 n

s

+ + += =

n n

kk k kk

配置值計算方法配置值計算方法

1 n1 n

s s

k= + +k k

ct1 ctn1 ns

ct ct

= + +M MM M

1 n1 ns= + +

k kk k

n

i ctii=1

ct

s

MM =MTTR=

配置值計算方法配置值計算方法

ct1 ctn1 n

ct ct

- =0, , - =0k kM M

M Mk k

1 nct ctct1 ctn

= , , =k kk kM MM M

njj

sj=1 s

=k

k其中

1 n ct1 ctn1 n 1 n

ct ct

+ + = + +k k M Mk k M M

ct1 ctn1 n1 n

ct ct

( - )+ + ( - )=0k kM M

M Mk k

配置值計算方法配置值計算方法• 例 5-1 某一電子產品包括維護層次分系統九個，其設計中維護度配置因素如表 5-9 。已知系統平均維護時間 (Mct) 為一小時。依照上述配置原理，求分系統之 Mct?

• Ans ：j=19000 j j

=38440k

njj

sj=1 s

38440= = =2.02

19000k

k

j jctctj j

s

1.0= = =0.495

2.02k kMM kk

最長允許維護時間最長允許維護時間• 維護度函數在產品規格定義中，除了將 Mct確定外，通常對 t 為 Mmax( ) ，即特定百分位 ( 如 90% 分位 ) 下，不得超過的時間 ( 分鐘或小時 ) 。

• 這個值之要求相當重要，其用意是在平衡規格要求之合理性，即參考以往單次維修服務下之最長合理維修時間。

最長允許維護時間最長允許維護時間• 之定義可由下式了解：

以 之修復時間，其修復機率• = 在 t 時間內，完成全系統修護時間之 pdf• = 在 t 時間內，完成次系統修復時間之 pdf•

• = 百分位 (90%)

max ( )M

maxt ( )

njt nj0 0

M(t)dt= (t)dt=g p f

T(t)g

nj(t)f

nj

nj=p

max ( )M

最長允許維護時間最長允許維護時間• EX ：一個產品包括多種維護型式呈常態分布其不同之 pdf

最長允許維護時間最長允許維護時間

(1) 系統維修能力最佳。(4) 系統維修能力最差。(2) 各維護單元之失效率低，但Mct 長，維修不易。(3) 各維修件之 Mct短，但失效率高，即維修過於頻繁。

第六章 維護度預測第六章 維護度預測

大綱大綱• 維護度預測之定義• 維護度預測參數• 決定維護層次• 平均修護時間• 維護 ( 修護 ) 時間 (Mct) 參數之估計• 範例

維護度預測之定義維護度預測之定義• 只對產品系統的設計結構，數量化維護度估計值，加以預測。

• 主要用來檢討判斷所提出的設計是否滿足維護度目標值，並藉以認定所需的維護行動。

• 依設計時之需求，預測工作將週期性的進行，直到設計結構與規格確定達到維護度目標，並通過測試。

維護度預測之定義維護度預測之定義• 評估的設計要項應包括停機時間、維護人工與料件，以及維護成本。

• 維護度預測提供未來設計階段，在需求之信賴水準下成效之評估。

• 並將預測值與實際作業結果相比較，評估其準確度以作為下次預測的參數。

維護度預測之定義維護度預測之定義• 預測工作成效對設計初期是很重要的，它可以用來防止昂貴的再設計，以及時程重大改變或重訂。

• 維護度預測已運用在產品壽命週期上，以求儘早偵測出任何系統失效，並據以進行正確行動之ㄧ個重覆過程。

維護度預測參數維護度預測參數• 維護度設計特性，要求的是維護時間之數量化，作為維護度標準的參數。

• 在品質設計特性，可建立維護時間以外之其他相關技術人員水準，以及整體後勤支援的要求等非數量化標準上。

• 在複雜的系統中，預測作業經常涉及維護時間標準的問題。

維護度預測參數維護度預測參數• 維護時間標準，建立在工作網路或維護功能流程圖及系統功能層次圖。

• 預估過程中，每一個維護步驟均需滿足其目標，因而未來能獨立測試和擴展其邏輯關係，並使功能流程成為製程中一連串的標準。

維護度預測參數維護度預測參數• 維護度預測，有兩個主要單元：

– 可靠度之失效率 ( 與不定期失效之校正維護有關 ) 及固定的維護行動率 (又稱排程率與定期之預防維護有關 ) 。

– 維護時間 (含維護分解的動作時間 (Task Time)) 。

維護度預測參數維護度預測參數• 預測分析時必須將校正維護功能與預防維護功能分開來分析。

• 固定的失效率階段，就是校正維護次數計算上使用的隨機失效時期。

• 預防維護次數計算是為了防止磨損的增加和消除失效時期內進行的，通常對可靠度不佳及進入老化期之零件，必須在其失效前即予更換。

• 因此預防維護通常在一個固定時間執行修護保養或更換零件工作，需固定之排程。

決定維護層次決定維護層次• 維護度設計中，必須劃分產品之維護層次，繪製成維護功能層次圖。

• 維護功能層次 系統 (System)→ 次系統 (Subsystem)→ 裝置 (Equipm

ent)→ 組合體 (Group)→ 單機 (Unit)→ 組件 (Assembly)→

次組件 (Subassembly)→接線件 (Stage) 及零件(Parts)

決定維護層次決定維護層次• 功能層次圖之應用

– 九個層次圖與可靠度配置之系統方塊圖不同。– 系統方塊圖是任何ㄧ個產品均可由系統層次往下畫到零件層次，且中間層次尚可變更名稱說明。

– 維護層次對任何ㄧ個產品，可能均不相同，且九個層次是固定的。

– 設計者必須了解開發的產品，其提供使用者使用時，這個產品在使用系統中，其在何種層次 ? 是何種維護方法 ?

– Ex ：監視器 (monitor)

決定維護層次決定維護層次• 維護層次說明 1. 系統：多項次系統的結合，具有多功能或單一功能之次

系統總成，如交通系統由陸運、空運、海運等次系統組成。 2. 次系統：各項子產品具有功能性之產品，如路運由汽車、

機車、火車等裝置構成為次系統 3. 裝置：子產品中之ㄧ項裝置，具有獨立功能者，如汽車、

機車等。 4. 組合體：每裝置中之某一部份，但不具獨立者功能者，

如汽車之車體、發動機構等。

決定維護層次決定維護層次• 維護層次說明 (續 ) 5. 單機：在裝置或組合體中，具獨立之功能者且需維修 者，如發動機構之點火器。

6. 組件：類似電子包 (module) 之功能體，可維修者。

7. 次組件：類似如電器、電路板之功能體，可維修者。

8.接線件：零組件組合於維修件上之較小功能器，如電 路板上之獨立功能零件組合。

9. 零件

決定維護層次決定維護層次• 1~4+8 項：不可維修 ( 更換 ) 件• 5~7+9 項：可維修 ( 更換 ) 件，通常稱為工作線可置換件 (Line Replacement Unit,LRU)

決定維護層次決定維護層次• 劃分層次之依據

– 各研製產品對於試驗作用或維護保養時發現失效，其定義之更換或修理的功能層次，依據為：

1.研製產品在買方之使用系統中是居於何項層次 ?

2. 設計者參酌可靠度試驗中，失效率發生較高者。

3. 平均維修時間 ( ) 應低於預估之 MTTR 。ctM

平均修護時間平均修護時間• 平均維修時間 (MTTR) 計算方法，以往分成三個階段演進而導出。– 直接算術平均數法

– 零件數作為加權之算術平均數法

– 失效率加權之算術平均數

平均修護時間平均修護時間直接算術平均數法

1

X

ctiiMTTRX

M

零件數加權之算術平均法

失效率加權之算術平均法

1

X

ctiiiMTTR

N

nM

1

X

ctiii

i

MTTRM

平均分攤最長與最短的修復時間，導致有偏差

各零件之失效率視為相等，「可能失效率高的零件雖多，但未必影響維修時間」

單元之零件數

產品零件總數1

X

ii

N n

失效率

總失效率( 最為公平正確)

維護維護 (( 修護修護 )) 時間時間 (Mct)(Mct) 參數之估參數之估計計

• 維護度設計工程師評估期望之修護時間 (Mct

i) ，主要根據維護度函數之各項參數數據或專門人員的判斷加以分析求得，專門人員對時間的判斷，包括了五項工作 (Task) 時間之總和。

維護維護 (( 修護修護 )) 時間時間 (Mct)(Mct) 參數之估參數之估計計

• 依據 MIL-HDBK-472明訂修護時間參數之工作為下列五項，可作為開發設計基準。– 判斷選出失效位置所耗時間 (Localization Time,

TL)：無須任何儀器由修護人員依經驗及產品功能，直接預測判斷失效部位應耗用時間，又稱為偵測時間。

– 確定失效位置所耗時間 (Isolation Time,TI) ：利用儀器確定失效部位應耗用時間，又稱診斷時間。

維護維護 (( 修護修護 )) 時間時間 (Mct)(Mct) 參數之估參數之估計計

– 接近失效部位分解、組合所耗時間 (Access Time,TA) ：失效部位確定後，修護人員之拆卸，分解至故障部位，但不換裝或修理組件，以及修復後之組合，應耗用時間。

– 測試所耗時間 (Test Time,TT) ：失效修復後，依各產品原設計之測試部位再行測試校正，驗證失效是否已修復，應耗用時間。

– 更換或修理組件所耗時間 (Inter Change Time,TC) ：失效修復依更換硬體層次不同，應耗用時間。

維護維護 (( 修護修護 )) 時間時間 (Mct)(Mct) 參數之估參數之估計計

範例範例 -- 例例 11

subassembly

範例範例 -- 例例 11

• 判斷故障位置時間(TL)

• 確定故障位置時間(TI)

• 接近分解、組合時間(TA)

• 測試校正時間(TT)

• 更換時間(TC)

範例範例• Mcti=0.1+1.6+0.4+0.2+0.2=2.5 小時

N

i ctii=1

ct *

MM =MTTR=

*

1

X

ii

6

12 10 /f hr

5

25 10 /f hr

6

3 44.5 10 /f hr

5

57 10 /f hr

* 41.3 10 /f hr

4

4

(1.3 10 )(2.5)2.5

1.3 10MTTR hr

範例範例 -- 例例 22

範例範例 -- 例例 22

• 第 (1)樹：更換組件 (Assy’s)– Localization 0.0 ( 小時 ) ( = )– Isolation 0.0 – Access 0.2– Test 0.1– Interchange 0.1

– Mct1 0.4

L I

範例範例 -- 例例 22

• 第 (2)樹：更換次組件 (Subassy’s)– Localization 0.0– Isolation 0.3(P)– Access 0.3– Test 0.1– Interchange 0.1

– Mct2 0.8

範例範例 -- 例例 22

• 第 (3)樹：更換零件 (In Units)– Localization 0.1– Isolation 1.2(W)– Access 0.2– Test 0.1– Interchange 0.2

– Mct3 1.8

範例範例 -- 例例 22

• 第 (4)樹：更換零件 (In Assemblies)– Localization 0.1– Isolation 0.8(W)– Access 0.3– Test 0.1– Interchange 0.2

– Mct4 1.5

範例範例 -- 例例 22

• 第 (5)樹：更換單機– Localization 0.0( 小時 )– Isolation 0.0( = )– Access 0.2– Test 0.1– Interchange 0.1

– Mct1 0.4

L I

範例範例 -- 例例 33

圖圖 6-4 6-4 雷達之功能維護層次圖雷達之功能維護層次圖

範例範例 -- 例例 33

範例範例 -- 例例 33