可靠性与系统工程专业实习总结

1、北京航空航天大学可靠性与系统工程学院专业实习总结学号: 姓名:质量与可靠性工程专业认识实习总结2010-2011学年开学伊始，我们学院安排大二学生进行小学期实习。应该说，这是一个很好的机会来对我们专业进行了解和认识。虽然，我们来到大学，来到14系已经有两年的时间，但是这两年来进行的都是基础课程的学习，并没有涉及专业课程的学习。因此，我们对于我们的专业的了解仍然是模糊而不深刻的。应该说，在即将开始大学三年级的专业课程学习之前，进行这样的专业认识实习是十分有必要的，这对于我们在进行专业课程学习之前，对我们的专业有一个大致的了解以及对今后我们选择专业方向等方面有着很大的帮助。下面来谈谈这次实习过程中

2、我的一些对于本专业的粗浅的认识。这次的专业人士实习是按照专业方向来进行的，我的总结也会按照这样的顺序。一、 可靠性工程基础1.1 具备的能力以系统工程理论方法为基础，研究工程系统的质量与可靠性问题。将来主要从事工程设计，技术研究，管理工作等方面的工作。1.2 施展领域 航空航天、机械、电子、计算机等诸多领域。1.3 专业重要性质量管理与科学相结合，技术先进性同性能稳定性、可靠性、安全性相结合。因此，可靠性工程在科技发展、产品质量方面具有十分重要的作用。1.4 现代质量观时代的发展，使人们对于产品的关注从性能向效能方面转变，从产品的采购费用向寿命周期费用转变。从而达到以最少的寿命周期费用实现最好

3、的产品效果。现代产品质量关注于产品的五个方面：可靠性，维修性，保障性，测试性，安全性。1.5 可靠性研究的意义1、提高产品的可靠性，能够防止事故的发生。2、提高产品的可靠性，能狗使产品的总费用降低。3、提高产品的可靠性，能够减少停机时间，提高效率。4、提高产品的可靠性，能够改善公司的信誉，增强竞争力。1.6 可靠性研究的浴盆曲线1.7 产品研发各个阶段与可靠性研究的关系 产品在需求分析阶段、设计阶段、工程研制阶段和生产制造阶段都需开展一定的可靠性设计分析、管理、试验工作。开展的时机和推荐开展的项目如下表所示： 按照产品的层次结构，产品的系统层次、装置层次、部件层次和零件层次都分别有相应的可靠性

4、工作内容，即产品不同层次的可靠性影响因素和薄弱环节各有特点，需要分别开展相应的可靠性设计、管理、试验工作项目解决。总师和项目管理者需要在产品的工程化角度把握可靠性工程的开展和实施。影响器件可靠性的主要因素包括器件的种类和数量、器件的额定工作电参数和电应力、额定工作温度和环境温度、元器件的质量等级和品质保证等级，器件的降额特性和热敏感特性，器件的储存可靠性；影响部件可靠性的主要因素包括器件本身的可靠性与器件相互影响，主要需要考虑的因素为热分析、电磁兼容、耐环境、信号完整性、潜通路和工艺工装；影响装置可靠性的主要因素包括部件之间的相互影响和结构、工艺、连接；影响系统可靠性的主要因素包括冗余设计、人

5、机工程和系统可靠性设计。 建立可靠性工程体系，开展和实施可靠性工程是产品高可靠性的必要条件，可靠性设计分析是可靠性工程的基础，可靠性设计水平差的产品可靠性必然低；可靠性的设计需要可靠性管理，可靠性管理是开展可靠性设计的技术管理保证和组织结构保证；设计出的产品在生产阶段难免引入“瑕疵”，需要可靠性试验“暴露”。 下文以产品研发过程为例介绍可靠性具体工作思路。 在需求开发阶段，要明确用户的可靠性需求，将用户的可靠性需求转化为明确的可靠性设计指标要求值；通过绘制可靠性框图和建立可靠性模型，对系统可靠性进行评估，并确定系统失效判定准则，明确返修的依据，并根据返修率调整售后服务策略。 在总体设计阶段，需

6、利用可靠性分配，将总体的可靠性指标值逐层分解，转化为各装置、的可靠性设计指标要求值，同时通过每个装置选用器件的大致种类、数量和使用条件进行可靠性预计，得出每个装置的基本可靠性设计值大致范围。可靠性分配结合可靠性预计确定每个装置的可靠性设计要求值。同时，在总体设计阶段需要建立可靠性工作组织和明确后续构建阶段、实现阶段和产品交付用户后，需要开展的可靠性设计分析、管理和试验工作项目，保证各装置的可靠性设计指标能够达到设计指标要求值。 在构建阶段，需将装置的可靠性设计指标要求值分配到各部件，形成各部件可靠性设计指标要求值。分配需要结合预计的结果，最终得到相对合理的各部件可靠性指标设计要求值。 详细设计

7、阶段是分别开展器件级别、部件级别、整件级别、装置级别和系统级别的可靠性设计分析、可靠性试验和管理活动，确保产品各级设计可靠性指标达到可靠性指标要求值。元器件级的可靠性设计方法包括器件的选择与使用、降额设计、器件面向使用电应力设计和失效机理分析；电路的可靠性设计方法包括简化方案，避免片面追求高性能指标和过多的功能，合理划分软硬件功能和合理的元器件使用，综合热设计、容差与漂移设计、电气互连的可靠性设计、机械防振设计、气候环境防护设计、电磁兼容设计、工艺工装设计和对外协的要求。装置和系统的可靠性设计包括简化设计、冗余设计、热设计、环境防护设计、抗冲击、振动、嗓声设计、健壮设计、安装设计、原材料、零部

8、件、元器件选用设计、包装、存储、装卸和运输设计、系统可靠性评估。各级系统除开展可靠性设计外，还需进行可靠性统计分析，确定各级系统的薄弱部位和关重件，外界条件敏感环节，设计改进措施/建议和改进后的效果。 产品可靠性工作需要在研发阶段导入。产品定型后可靠性的提升将非常有限。根据产品研发的过程，可靠性工程的总体流程图如下： 产品可靠性工程的基础是用于开展可靠性具体设计分析工作的基础数据库，基础数据库是设计经验的汇总，需要导入专家的意见和设计经验。基础数据库的完备与否直接决定了开展可靠性设计分析工作的水平。产品的高可靠性不是一次达到的，是渐次逼近的过程。需要注意，开展可靠性工程并不能直接使产品具有高可

9、靠性，可靠性工程是产品高可靠性的思路、手段、途径和制度保证。可靠性工程，是采购、研发、仓储、运输、质量、管理多个职能部门共同工作的结果，在任一个环节措施不当，都可能引入产品失效的随机过程。例如，研发人员应对产品采购提供技术支持，对器件的生产年限、采购渠道、工艺特性、包装要求和验收准则提出明确具体的要求；研发人员根据器件在储存条件下的失效过程提出器件的存储要求。目前，无论国内外和军品、民品，可靠性工程都有了一定程度的积累，并形成了很多标准，企业需要根据自己产品的特点结合打造精益研发流程和管理流程的目标要求，结合现有公司的资源和成果物系统布局，从中吸取有价值的工具、方法、流程和模板，打造适合本企业

10、业务特点的可靠性工程体系。1.8可维ARMS软件介绍 可维ARMS以国内军民品研制的可靠性、维修性、保障性、测试性和安全性设计分析工作需求为出发点，进行总体规划和设计，可满足航空、航天、兵器、船舶、电子、核等各行业军品企业开展五性设计分析和管理工作的需要，其设计分析工具涵盖五性设计分析中最实用和最常用的工程方法。二、工程系统工程系虚拟维修实验室2.1 实验室简介虚拟：即虚拟现实技术，指利用必要的手段通过虚拟环境的模拟来实现等同于真实环境。维修：维修性工程领域问题。本实验室同时也是 可靠性与环境工程技术国防重点实验室。2.2 虚拟维修介绍3I理论：交互（interactive） 沉浸（immer

11、sion） 想象（imagination）虚拟维修是虚拟技术近年来的一个重要研究方向，目的是通过采用计算机仿真和虚拟现实技术在计算机上真实展现装备的维修过程，增强装备寿命周期各阶段关于维修的各种决策能力，包括维修性设计分析、维修性演示验证、维修过程核查、维修训练实施等。虚拟现实技术在产品维修维护中的应用随着网络的发达及计算机软硬件的进展，应用层面会更广，成长幅度会更大。网络传输的便捷与快速处理，利用计算机科技来呈现产品设计成果，已成为新的趋势，而且技术日新月异。三、软件可靠性3.1软件可靠性的定义1983年美国IEEE计算机学会对“软件可靠性”作出了明确定义，此后该定义被美国标准化研究所接受为

12、国家标准，1989年我国也接受该定义为国家标准。该定义包括两方面的含义： （1）在规定的条件下，在规定的时间内，软件不引起系统失效的概率； （2）在规定的时间周期内，在所述条件下程序执行所要求的功能的能力； 其中的概率是系统输入和系统使用的函数，也是软件中存在的故障的函数，系统输入将确定是否会遇到已存在的故障（如果故障存在的话）。3.2 影响软件可靠性的因素软件可靠性是关于软件能够够满足需求功能的性质，软件不能满足需求是因为软件中的差错引起了软件故障。软件中有哪些可能的差错呢? 软件差错是软件开发各阶段潜入的人为错误： 1.需求分析定义错误。如用户提出的需求不完整，用户需求的变更未及时消化，软

13、件开发者和用户对需求的理解不同等等。 2.设计错误。如处理的结构和算法错误，缺乏对特殊情况和错误处理的考虑等。 3.编码错误。如语法错误，变量初始化错误等。 4.测试错误。如数据准备错误，测试用例错误等。 5.文档错误。如文档不齐全，文档相关内容不一致，文档版本不一致，缺乏完整性等。 从上游到下游，错误的影响是发散的，所以要尽量把错误消除在开发前期阶段。 错误引入软件的方式可归纳为两种特性：程序代码特性，开发过程特性。 程序代码一个最直观的特性是长度，另外还有算法和语句结构等，程序代码越长，结构越复杂，其可靠性越难保证。 开发过程特性包括采用的工程技术和使用的工具，也包括开发者个人的业务经历水

14、平等。 除了软件可靠性外，影响可靠性的另一个重要因素是健壮性，对非法输入的容错能力。 所以提高可靠性从原理上看就是要减少错误和提高健壮性。3.3软件的可靠性及其保证用软件系统规模越做越大越复杂，其可靠性越来越难保证。应用本身对系统运行的可靠性要求越来越高，在一些关键的应用领域，如航空、航天等，其可靠性要求尤为重要，在银行等服务性行业，其软件系统的可靠性也直接关系到自身的声誉和生存发展竞争能力。 特别是软件可靠性比硬件可靠性更难保证，会严重影响整个系统的可靠性。在许多项目开发过程中，对可靠性没有提出明确的要求，开发商(部门)也不在可靠性方面花更多的精力，往往只注重速度、结果的正确性和用户界面的友

15、好性等，而忽略了可靠性。在投入使用后才发现大量可靠性问题，增加了维护困难和工作量，严重时只有束之高阁，无法投入实际使用。四、软件可信性工程研究中心（011室）4.1简介软件工程教研室、软件工程研究室 现有教授2名（博士生导师1名），副教授3名，博士生12名，另有讲师、工程师、技术员和硕士生共30余人，形成了良好的教学、科研梯队。本室下设有一个高水平的软件可靠性测试与验证试验室，并承担了中国航空工业第一集团公司计算机软件可靠性管理与测评中心及中国航空工业第二集团公司计算机软件质量可靠性管理与测评中心两个中心的主要技术研究与软件测评工作。4.2本室的主要研究方向与研究内容：1. 实时嵌入式软件可靠

16、性仿真测试环境通用化构型研究； 2. 实时软件运行剖面构造与测试脚本、测试数据自动生成技术研究； 3. 超节点实时通信网络构建技术的研究与开发； 4. 软件可靠性度量与预计方法的研究； 5. 软件测试充分性的理论与应用研究等。 在上述研究方向上，本室已培养博士后2人，博士生14人，硕士生18人。4.3本室目前配备有以下测试环境：1. 自行开发的具有国际先进水平的分布式嵌入式软件可靠性仿真测试平台； 2. 自行开发的嵌入式软件可靠性仿真测试单机平台； 3. 从德国引进的、当前国际最先进的ADS2软件测试系统； 4. 自行开发的具有国际先进水平的软件可靠性评估工具SRAT等。 4.4本室近年承担并

17、完成的技术研究与型号工程工作主要有：“九五”重点预研课题“嵌入式软件可靠性仿真测试与验证技术”，及“可靠软件的度量及软件可靠性预计方法”经专家技术鉴定达到国际先进水平，分别获国防科学技术二等奖及三等奖；承担了国家高新工程5个重点型号关键软件的第三方测试工作；完成了多个横向技术课题及大量技术培训工作；完成了高质量的国防技术报告10余份，并在国内外学术刊物上发表学术论文近百篇。4.5本室可提供的技术研究成果及技术服务有：各类嵌入式实时软件的系统（软/硬件总和）测试环境（被测目标系统软件的工作周期可达到1毫秒）；软件的第三方测试，包含源代码走查、白盒测试、黑盒测试（特别是系统级软件的功能测试、可靠性

18、测试、强度测试、回归测试）；软件可靠性评估工具开发提供及软件测试技术人员培养与培训等多项技术研究与开发工作。4.6软件工程化推进工作使用的软件工具：TCS (前期) GESTE（中期） SRET（后期）4.7 GESTE2.0简介GESTE2.0为嵌入式软件提供通用式的仿真测试环境，实现对嵌入式软件进行实时、闭环的、非侵入式的系统测试。在通用性的基础上，支持并辅助二次开发，从而满足专用测试需求。4.8 关于嵌入式软件的软件测试嵌入式系统的广泛应用引发了对嵌入式软件质量的深入讨论。由于软件作为人的思维逻辑产物,必然存在设计、开发等方面的缺陷,随着软件性能和复杂度不断提高,人为的软件错误无法避免。

19、如果软件未经测试而直接使用,那么在使用过程中发现的缺陷将导致软件经济成本大幅增加,使软件在较长时间内无法发挥应有至容易导致重大事故。尤其是对于装备软件来说,将缺陷留在使用过程中暴露出来,其后果是灾难性的。因此通过软件测试发现缺陷仍然是目前确保软件质量的关键。 目前软件测试仍然是保证质量与可靠性的最有力手段。由于嵌入式软件具有软硬件结合密切、实时性较强以及接口复杂等特点,针对嵌入式系统的软件测试更侧重于利用仿真原理进行的系统测试。国际上公认的一种非常有效的测试方法是对其进行软件仿真测试：即通过仿真环境模拟嵌入式系统的真实交联输入,在仿真的环境下实现嵌入式软件在各种情况下的使用,从而在软件正式使用

20、之前暴露出嵌入式软件的缺陷,提高嵌入式软件的可靠性。而对于武器装备、航空航天等软件进行仿真测试,需要仿真测试环境同时进行多个交联设备的仿真,以及支持伴随而来的大量接口、极高的时间精度、复杂的数据格式、繁琐的闭环反馈。传统测试方案在测试如此庞大的数据时,在实时性方面则力不从心。为此由中航一集团软件可靠性测试与管理中心与北京新空间网计算机有限责任公司合作开发了具有自主知识产权的“通用嵌入式软件测试环境（GESTE）”,提供了仿真模型框架的自动生成功能,能够通过图形化的方式,自动为用户生成交联设备的仿真模型框架,极大的提高了仿真能力,减轻了测试人员的负担。4.9关于软件测试软件测试主要工作内容是验证

21、(verification)和确认(validation )，下面分别给出其概念： 验证(verification)是保证软件正确地实现了一些特定功能的一系列活动，即保证软件做了你所期望的事情。(Do the right thing) 1.确定软件生存周期中的一个给定阶段的产品是否达到前阶段确立的需求的过程； 2.程序正确性的形式证明，即采用形式理论证明程序符合设计规约规定的过程； 3.评市、审查、测试、检查、审计等各类活动，或对某些项处理、服务或文件等是否和规定的需求相一致进行判断和提出报告。 确认(validation)是一系列的活动和过程，目的是想证实在一个给定的外部环境中软件的逻辑正确性。即保证软件以正确的方式来做了这个事件(Do it right) 1.静态确认，不在计算机上实际执行程序，通过人工或程序分析来证明软件的正确性； 2.动态确认，通过执行程序做分析，测试程序的动态行为，以证实软件是否存在问题。 软件测试的对象不仅仅是程序测试，软件测试应该包括整个软件开发期间各个阶