可靠性第一讲

1、产品和系统规模日益增大，组成产品和系统元件产品和系统规模日益增大，组成产品和系统元件个数急剧增加，产品复杂性（个数急剧增加，产品复杂性（ComplexityComplexity）增加。）增加。主战坦克普遍增加了以计算机为中心的火控系统，主战坦克普遍增加了以计算机为中心的火控系统，双向稳定器，自动装弹机，自动灭火系统，红外、双向稳定器，自动装弹机，自动灭火系统，红外、微光、激光和热成像等观瞄装置，增加数以千计接微光、激光和热成像等观瞄装置，增加数以千计接点和焊点，元件和零件。波音点和焊点，元件和零件。波音747747喷气客机有喷气客机有45000004500000个部件。产品复杂性增加对系统可靠

2、性影个部件。产品复杂性增加对系统可靠性影响很大，随着系统复杂性增加，可靠性迅速下降。响很大，随着系统复杂性增加，可靠性迅速下降。智能化水平提高，提高了可操作性，但带来了智能化水平提高，提高了可操作性，但带来了软软件可靠性的问题日益突出。件可靠性的问题日益突出。 过去狭隘的质量观念转向现代的全面质量观念。过去狭隘的质量观念转向现代的全面质量观念。现代质量观念认为，产现代质量观念认为，产品质量是满足使用要求的特性综合。品质量是满足使用要求的特性综合。质量目标包含了七个基本指标，即系统质量目标包含了七个基本指标，即系统性能特性、专门特性（可靠性、维修性、安全性）、经济性、时间性、适应性能特性、专门特

3、性（可靠性、维修性、安全性）、经济性、时间性、适应性等方面，是系统满足使用要求的特性总和。性等方面，是系统满足使用要求的特性总和。 系统的性能特性，用性能指标来描述；系统的性能特性，用性能指标来描述； 系统专门特性，描述了系统保持规定性能指标能力，包括系统可靠性、系统专门特性，描述了系统保持规定性能指标能力，包括系统可靠性、维修性、保障性、安全性、测试性等；维修性、保障性、安全性、测试性等； 经济性即系统具有合理的寿命周期费用，指在系统整个寿命期内，为经济性即系统具有合理的寿命周期费用，指在系统整个寿命期内，为获取并维持系统的运营所花费总费用；时间性是指产品或系统应在一定获取并维持系统的运营所

4、花费总费用；时间性是指产品或系统应在一定时间内满足用户对产品交货期和数量要求，这两个质量特性均反映了产时间内满足用户对产品交货期和数量要求，这两个质量特性均反映了产品的竞争能力，称为外延质量特性；适应性反映了系统满足用户需求、品的竞争能力，称为外延质量特性；适应性反映了系统满足用户需求、符合市场需要的能力。符合市场需要的能力。 可靠性可靠性(Reliability)(Reliability)，维修性，维修性(Maintainability)(Maintainability)； 保障性保障性 (Supportability)(Supportability)，安全性，安全性(Safety)(Saf

5、ety)，测试性，测试性(Testability)(Testability)。系统的效能就是系统在规定的条件下满足给定定量特征和服务要系统的效能就是系统在规定的条件下满足给定定量特征和服务要求的能力。求的能力。它是系统可用性、可信性及固有能力的综合反映。它是系统可用性、可信性及固有能力的综合反映。E=AE=A* *D D* *C C E E系统效能（系统效能（EffectivenessEffectiveness）；）；A A可用性（可用性（AvailabilityAvailability）；）；D D可信性（可信性（DependabilityDependability）；）；C C固有能力（固

6、有能力（CapabilityCapability）。）。可用性（可用性（A A）表示设备完好，即）表示设备完好，即系统在任一随机时刻需要开始执行系统在任一随机时刻需要开始执行任务时，处于工作或可使用状态的程度，即系统任务时，处于工作或可使用状态的程度，即系统“开则能动开则能动”的的能力能力。它是系统可靠性和维修性（含保障性、测试性等）的函数，。它是系统可靠性和维修性（含保障性、测试性等）的函数，即即A=(R,M)A=(R,M)。可信性（可信性（D D）表示任务成功，是指）表示任务成功，是指系统在任务开始时可用性给定的系统在任务开始时可用性给定的情况下，在规定的任务剖面中的任一随机时刻，能够使用

7、且能完情况下，在规定的任务剖面中的任一随机时刻，能够使用且能完成规定功能的能力，即系统成规定功能的能力，即系统“动则成功动则成功”的能力的能力。它是系统可靠。它是系统可靠性和维修性（含保障性、测试性等）的函数。性和维修性（含保障性、测试性等）的函数。固有能力（固有能力（C C）是）是系统在给定的内在条件下，满足给定的定量特性系统在给定的内在条件下，满足给定的定量特性要要求的自身能力要要求的自身能力，如速度、加速度、功率、距离等。，如速度、加速度、功率、距离等。可用性（可用性（A A）、可信性（）、可信性（D D）均为可靠性（）均为可靠性（R R）、维修性（）、维修性（M M）、固）、固有能力（

8、有能力（C C）的函数，即）的函数，即E=E=（R,M,CR,M,C）。）。可可靠靠性性维维修修性性与与测测试试性性人人为为因因素素保保障障资资源源可可用用性性任任务务可可靠靠性性任任务务维维修修性性安安全全性性生生存存性性可可信信性性距距离离精精度度功功率率威威力力故故有有能能力力效效能能系统的寿命周期费用（系统的寿命周期费用（Life Cycle CostsLife Cycle Costs，以下简称，以下简称LCCLCC），是指在系的），是指在系的整个寿命周期内，为获取并维持系统的运营（包括处置）所花费的总费用整个寿命周期内，为获取并维持系统的运营（包括处置）所花费的总费用。它包括硬件、软

9、件的研制费、生产费、后勤保障费用，以及在研制、采办、它包括硬件、软件的研制费、生产费、后勤保障费用，以及在研制、采办、使用、技术保障和处置过程中所需的各种人员费用。不同的系统，其寿命周使用、技术保障和处置过程中所需的各种人员费用。不同的系统，其寿命周期费用构成不完全相同，各构成成分间的比例关系也不完全一样。期费用构成不完全相同，各构成成分间的比例关系也不完全一样。寿命周期费用的主要构成因素，表示了它们在寿命周期内的分布情况。实寿命周期费用的主要构成因素，表示了它们在寿命周期内的分布情况。实践表明，在寿命周期费用中，使用费用（使用维修与保障费用）所占的比例践表明，在寿命周期费用中，使用费用（使用

10、维修与保障费用）所占的比例越来越大。越来越大。现代系统设计思想转变主要体现在对三个概念延伸上：现代系统设计思想转变主要体现在对三个概念延伸上：性能向效能的延伸，体现了从性能特性向系统全面特性能向效能的延伸，体现了从性能特性向系统全面特性（性能特性性（性能特性+ +专门特性）的延伸；专门特性）的延伸；采购费用向寿命周期费用的延伸，体现了对系统经济采购费用向寿命周期费用的延伸，体现了对系统经济性的考虑更加全面完善性的考虑更加全面完善权衡对象的延伸，从权衡对象的延伸，从“花最少的钱实现性能最好的系花最少的钱实现性能最好的系统统”延伸到延伸到“以最小的寿命周期费用实现效能最好的系以最小的寿命周期费用实

11、现效能最好的系统统”。三个概念上延伸，体现了系统设计目标根本性变化，它三个概念上延伸，体现了系统设计目标根本性变化，它所带来的影响是全局性的。所带来的影响是全局性的。项目现代系统设计思想传统设计思想产品定位市场牵引，用户需求工程师及领导者的意见系统综合方式一开始就进行系统性能与专门特性的综合重视性能，忽视系统综合工作量投入研制初期投入较多，研制后期投入较少，所需总投入较少研制初期投入较少，研制后期投入较多，所需总投入较多更改次数研制初期更改较多，研制后期更改较少，更改代价较小研制初期投入较少，研制后期更换较多，会出现局部甚至全局重新设计，更改代价较大设计目标及评价标准满足用户需求，质量稳定性好

12、满足验收标准，质量波动性大工作姿态主动寻找故障、预防故障发生被动等待、解决故障问题经济社会效益低成本、高质量、适销对路很难全部满足用户需求，可能会产生合格的“废品”联系：共同目的是为了设计、制造出品质优良的产品。联系：共同目的是为了设计、制造出品质优良的产品。区别区别： 质量管理：质量管理：是以生产过程为中心，控制产品性能特性参数不要超出管理工是以生产过程为中心，控制产品性能特性参数不要超出管理工程界限，以出厂合格率指标进行评定程界限，以出厂合格率指标进行评定以制造过程程序化、规范化为目标，以制造过程程序化、规范化为目标，试图通过使工序稳定来提高质量。试图通过使工序稳定来提高质量。可靠性管理：

13、可靠性管理：通过试验和现场使用信息反馈，以设计、预测事前分析技术通过试验和现场使用信息反馈，以设计、预测事前分析技术为中心，预防故障发生，保证可靠性目标实现为中心，预防故障发生，保证可靠性目标实现包括设计、试验、制造、包括设计、试验、制造、维修、服务等各个部门参与的全过程管理维修、服务等各个部门参与的全过程管理研究消除故障对策，要在论证研究消除故障对策，要在论证和设计中就采取措施防止缺陷发生。和设计中就采取措施防止缺陷发生。质量管理更多考虑质量管理更多考虑“今天质量今天质量”，可靠性考虑，可靠性考虑“明天的质量明天的质量”。4040到到5050年代年代可靠性工程形成时期可靠性工程形成时期606

14、0年代年代可靠性工程全面发展时期可靠性工程全面发展时期(1) 7070年代年代可靠性工程进入成熟期，得到深入发展可靠性工程进入成熟期，得到深入发展8080年代年代可靠性工程更受重视和成熟可靠性工程更受重视和成熟标准代号标准名称颁发日期MILSTD721C可靠性及维修性的术语定义1981.6.21MILSTD756B可靠性模型及预计1981.11.18MILSTD785B系统及设备研制与生产阶段可靠性大纲1980.9.15MILSTD1629A模式、影响及危害分析程序1980.11.24MILHDBK189可靠性增长管理1981.2.13MILHDBK217D电子设备的可靠性预计1982.2.1

15、5MILSTD781D工程研制鉴定及生产的可靠性试验19879090年代后年代后系统可靠性工程系统可靠性工程 8080年代，从一条腿（传统性能）粗，一条腿（工程专年代，从一条腿（传统性能）粗，一条腿（工程专业）细，变成两条腿走路。完成了从只重视性能到重视效能的转变。采办管理部业）细，变成两条腿走路。完成了从只重视性能到重视效能的转变。采办管理部门也把性能、费用、进度和门也把性能、费用、进度和R RM MS S特性并列为招标书与型号研制中必须予以控特性并列为招标书与型号研制中必须予以控制的、同等重要的制的、同等重要的4 4个要素。个要素。 9090年代，发展出了最新的年代，发展出了最新的“并行工

16、程并行工程”（Concurrent Concurrent EngineeringEngineering）技术，使装备的设计过程、生产过程和使用保障过程并行地、交）技术，使装备的设计过程、生产过程和使用保障过程并行地、交互作用地进行。从而极大地改善了装备的性能和质量，并显著地降低了互作用地进行。从而极大地改善了装备的性能和质量，并显著地降低了LCCLCC和研和研制周期；同时也进一步确立了工程专业综合和专业工程部门在型号研制中的重要制周期；同时也进一步确立了工程专业综合和专业工程部门在型号研制中的重要地位。地位。 机械可靠性（特点）、软件可靠性。人的可靠性一直机械可靠性（特点）、软件可靠性。人的可

17、靠性一直是一个非常活跃的研究领域是一个非常活跃的研究领域人的行为可靠性、特别是人机接口技术的研究。人的行为可靠性、特别是人机接口技术的研究。微机械系统和微机电系统技术微机械系统和微机电系统技术可靠性问题也引起了人们的关注。可靠性问题也引起了人们的关注。 发展了新的可靠性设计技术、分析技术、评估技术等。发展了新的可靠性设计技术、分析技术、评估技术等。重视可靠性试验技术。可靠性预计方法是可靠性工程技术领域争论最多的一个话重视可靠性试验技术。可靠性预计方法是可靠性工程技术领域争论最多的一个话题，过去题，过去3030年中，国外一直占主导地位的可靠性预计方法是年中，国外一直占主导地位的可靠性预计方法是M

18、IL-HDBK-217MIL-HDBK-217。美。美国国防部已经放弃了对该手册的维护和更新，许多人已开始怀疑用该方法进行可国国防部已经放弃了对该手册的维护和更新，许多人已开始怀疑用该方法进行可靠性预计的准确性。而可靠性预计作为产品可靠性的一个重要工作项目又是不可靠性预计的准确性。而可靠性预计作为产品可靠性的一个重要工作项目又是不可缺少的，在这种形势下，美国可靠性分析中心（缺少的，在这种形势下，美国可靠性分析中心（RACRAC）推出一种新的可靠性预计）推出一种新的可靠性预计方法，并编制了相应的软件工具，称为方法，并编制了相应的软件工具，称为PRISMPRISM。(2) (3) (4) (5)

19、从工程角度出发：可靠性可直观定义为产品无故障完成从工程角度出发：可靠性可直观定义为产品无故障完成任务的能力。任务的能力。从统计学的角度出发：可靠性可直观定义为产品在规定从统计学的角度出发：可靠性可直观定义为产品在规定的时间和给定的条件下，无故障完成规定功能的能力。的时间和给定的条件下，无故障完成规定功能的能力。AGREEAGREE进入进入9090年代，年代，19911991年美国国防部指令年美国国防部指令DoDI5000.2DoDI5000.2 国防国防采办管理政策和程序采办管理政策和程序把可靠性定义为把可靠性定义为“系统及其组成系统及其组成部分在无故障、无退化或不要求保障系统的情况下执行部分

20、在无故障、无退化或不要求保障系统的情况下执行其功能的能力。其功能的能力。产品：指作为单独研究和分别试验对象的任何元件、设备或系统，可以是零件、产品：指作为单独研究和分别试验对象的任何元件、设备或系统，可以是零件、部件，也可以是由它们装配而成的机器，或由许多机器组成的机组和成套设备，部件，也可以是由它们装配而成的机器，或由许多机器组成的机组和成套设备，甚至还把人的作用也包括在内。甚至还把人的作用也包括在内。规定条件：一般指的是使用条件规定条件：一般指的是使用条件, ,环境条件。包括应力温度、湿度、尘砂、腐蚀等，环境条件。包括应力温度、湿度、尘砂、腐蚀等，也包括操作技术、维修方法等条件。也包括操作

21、技术、维修方法等条件。规定时间：是可靠性区别于产品其他质量属性的重要特征，一般可认为可靠性是规定时间：是可靠性区别于产品其他质量属性的重要特征，一般可认为可靠性是产品功能在时间上的稳定程度。以数学形式表示的可靠性各特征量都是时间的函产品功能在时间上的稳定程度。以数学形式表示的可靠性各特征量都是时间的函数。时间概念不限于一般的年、月、日、分、秒，也可以是与时间成比例的次数、数。时间概念不限于一般的年、月、日、分、秒，也可以是与时间成比例的次数、距离。距离。规定功能：要明确具体产品的功能是什么，产品丧失规定功能称为失效，对可修规定功能：要明确具体产品的功能是什么，产品丧失规定功能称为失效，对可修复

22、产品通常也称为故障。复产品通常也称为故障。能力：产品的失效或故障均具有偶然性，一个产品在某段时间内的工作情况并不能力：产品的失效或故障均具有偶然性，一个产品在某段时间内的工作情况并不很好地反映该产品可靠性的高低，而应该观察大量该种产品的工作情况并进行合很好地反映该产品可靠性的高低，而应该观察大量该种产品的工作情况并进行合理的处理后才能正确的反映该产品的可靠性，因此对能力的定量需用概率和数理理的处理后才能正确的反映该产品的可靠性，因此对能力的定量需用概率和数理统计的方法。统计的方法。从应用角度出发，按产品可靠性形成，可靠性从应用角度出发，按产品可靠性形成，可靠性可分为固有可靠性和使用可靠性：可分

23、为固有可靠性和使用可靠性：固有可靠性是通过设计、制造赋予产品的可靠性固有可靠性是通过设计、制造赋予产品的可靠性. .仅仅考虑承制方在设计和生产中能控制的故障事件，用考虑承制方在设计和生产中能控制的故障事件，用于描述产品的设计和制造的可靠性水平；于描述产品的设计和制造的可靠性水平；使用可靠性既受设计、制造的影响，又受使用条件使用可靠性既受设计、制造的影响，又受使用条件的影响。综合考虑产品设计、制造、安装环境、维的影响。综合考虑产品设计、制造、安装环境、维修策略和修理等因素，用于描述产品在计划的环境修策略和修理等因素，用于描述产品在计划的环境中使用的可靠性水平。中使用的可靠性水平。一般使用可靠性总

24、低于固有可靠性。一般使用可靠性总低于固有可靠性。把可靠性分为基本可靠性及任把可靠性分为基本可靠性及任务可靠性：务可靠性：考考虑要求保障的所有故障的影响，用于度量产品无需保虑要求保障的所有故障的影响，用于度量产品无需保障的工作能力，包括与维修和供应有关的可靠性，通障的工作能力，包括与维修和供应有关的可靠性，通常用平均故障间隔时间（常用平均故障间隔时间（MTBFMTBF）来度量；）来度量；仅考虑仅考虑造成任务失败的故障影响，用于描述产品完成任务的造成任务失败的故障影响，用于描述产品完成任务的能力，通常用任务可靠度（能力，通常用任务可靠度（MRMR）和致命性故障间隔任）和致命性故障间隔任务时间（务时

25、间（MTBCFMTBCF）来度量。）来度量。 从广度出发，可靠性有狭义和广义两种意义：从广度出发，可靠性有狭义和广义两种意义：狭义可靠性仅指产品在规定条件下和规定时间内完狭义可靠性仅指产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。对成规定功能的能力。对“可靠性可靠性”一词若不加以注一词若不加以注明，均指狭义可靠性。广义可靠性通常包含狭义可明，均指狭义可靠性。广义可靠性通常包含狭义可靠性和维修性等方面的内容。产品在规定的维护修靠性和维修性等方面的内容。产品在规定的维护修理使用条件下，产品在执行任务期间某一时刻处于理使用条件下，产品在执行任务期间某一时刻处于良好状态的能力称为广义可靠性。维修性则

26、是在规良好状态的能力称为广义可靠性。维修性则是在规定条件下使用的产品在规定的时间内，按规定的程定条件下使用的产品在规定的时间内，按规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复到能完成规定功序和方法进行维修时，保持或恢复到能完成规定功能的能力。能的能力。狭义可靠性和维修性两方面的内容合起来称为有效狭义可靠性和维修性两方面的内容合起来称为有效性。有效性是指可维修产品在某时刻具有或维持规性。有效性是指可维修产品在某时刻具有或维持规定功能的能力。定功能的能力。R&M&SR&M&S大纲，是工程在研制阶段过程中全部大纲，是工程在研制阶段过程中全部R&M&SR&M&S工作的总体规划，包括工程工作的总体规划，包括工

27、程R&M&SR&M&S目标、要求，是一份纲领性文件。目标、要求，是一份纲领性文件。R&M&SR&M&S计划，是为落实大纲规定的目标和任务而制订的具体实施计划。对目计划，是为落实大纲规定的目标和任务而制订的具体实施计划。对目标和任务进行层层分解，直到可以执行和控制；对标和任务进行层层分解，直到可以执行和控制；对R&M&SR&M&S每项规定的活动在每项规定的活动在什么阶段，什么时间完成，开始条件，结束标志，由谁负责，谁配合完成，什么阶段，什么时间完成，开始条件，结束标志，由谁负责，谁配合完成，输入到何处，都应详细地说明和规定。在计划中规定一系列检查点、评审点，输入到何处，都应详细地说明和规定。在计

28、划中规定一系列检查点、评审点，保证对计划执行情况监控。保证对计划执行情况监控。大纲是计划依据，计划是大纲具体化和实施保证；大纲是节目单，而计划是大纲是计划依据，计划是大纲具体化和实施保证；大纲是节目单，而计划是每个节目的具体安排。对于不太复杂的产品，大纲和计划可以合二为一。对每个节目的具体安排。对于不太复杂的产品，大纲和计划可以合二为一。对于复杂的、研制周期长的产品，可以分阶段制订计划。于复杂的、研制周期长的产品，可以分阶段制订计划。R&M&SR&M&S要求和该工作项目对保证这些要求实现的作用以及资金、进度的限制要求和该工作项目对保证这些要求实现的作用以及资金、进度的限制等条件，进行权衡和取舍

29、。等条件，进行权衡和取舍。应把重点放在研制早期阶段；计划应纳入整个工程研制、生产计划，并与其应把重点放在研制早期阶段；计划应纳入整个工程研制、生产计划，并与其他方面的工作以及安全性和质量保证等工作协调一致。他方面的工作以及安全性和质量保证等工作协调一致。可靠性要求可靠性指标可靠性设计与分析元器件的选择与使用可靠性试验生产与使用中的可靠性 可靠性工程的工作重点是： （a）明确用户对产品可靠性的要求，产品使用、维修、储存期间的自然环境以及保证产品能很好地完成任务的保障资源； （b）控制由于产品硬件、软件和人的因素造成对产品可靠性的影响。预防设计缺陷，防止选择不恰当的元器件和原材料对可靠性的影响，减少生产过程中的波动等； （c）采用可靠性增长技术使优良的设计成熟起来；（d）采用规范化的工程途径开展有效的可靠性工程活动。 定性要求定量要求可靠性评定序号项目要求目的1制定和贯彻侧可靠性设计准则将可靠性要求及使用中的约束条件转化为设计边界条件，给设计人员规定专门的技术要求和设计准则，以提高产品可靠性。2简化设计减少产品的复杂性，提高