QRMS-56保障性工程手册

QRMS-56

保障性工程手册

总装备部电子信息基础部技术基础局

总装备部技术基础管理中心

二OO八年四月

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刖3

我国武器装备质量和可靠性维修性保障性(QRMS)工作自

八十年代以来，有了长足的进步，但与国外发达国家相比还

有一定的差距。为了加快我军武器装备QRMS技术发展和应

用的进程，提高武器装备的QRMS水平，降低寿命周期费

用，充分而有效地借鉴国内外的研究成果和经验，我们将组

织翻译、出版QRMS方面有较高参考价值的新标准、新手

册、研究报告、研究成果、标准实施指南、会议论文集等，以

QRMS系列文集的形式提供使用。希望这一活动能得到各有关

部门和单位的大力支持。

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编者的话

保障性工程是近几年来国内外讨论比较多的工程专业，也是争论比较多的话题。本书

的作者詹姆斯.琼斯是国际著名的后勤专家，在美国、亚洲、澳洲和欧洲举办过大量讲座和

培训班。他长期从事综合后勤保障理论研究和应用工作，他编著的《综合后勤保障手册》

目前已出版了第三版，该书第一版于1991年在国内以内部出版物的形式编辑出版，国内不

少读者从该手册中受益非浅。随着装备复杂程度提高和装备作战使用方式的变革，装备保

障对作战的胜负和作战效能的改善具有重要的作用，保障性问题引起了各级装备主管部门

的高度重视。为了推动我国保障性工作的开展，加深人们对装备保障和保障性问题的认

识，现以内部出版物的形式出版提供使用。

淬手册论述了保障性工程在设计项目和现成产品项目上的应用，共包括15章和8

个附录。每一章分别阐述一个具体问题，这些问题都是为了获得可保障的系统并降低用

户的拥有费用而必须考虑的。

第一章“概述”介绍了保障和保障性的基本概念，包括保障性工程发展的历史、保

障性工程目标等内容。第二章“系统保障性工程”概述了系统开发过程，以及系统工程

如何将保障性纳入产品开发的各个方面。第三章“形成系统要求”论述了如何提出并量

化真正的系统要求。所有的要求都要基于识别用户的需求，然后用明确、可理解的用语

来定义需求。第四章“创建设计方案”对系统结构设计和系统工程专业进行了概述。重

点放在系统工程如何进行保障性工程分析来提高可用性，同时降低拥有费用。第五章“可靠

性、维修性和测试性”介绍了与保障性工程有关的其它专业工程学科。这些专业工程产生

了大量有关保障性设计特征的重要信息。第六章“保障性特征”举例说明为了降低用户

的拥有费用而纳入现有系统的保障性特征。第七章“系统安全性和人素工程”包括为确

保可以安全地使用和保障系统设计的各种技术方法。还说明设计必须如何考虑使用和保

障系统的人力的局限性。第八章”以可靠性为中心的维修”描述了另一种限制系统的维

护要求的分析方法。第九章“可用性”详细阐述了在研制和采购过程中如何全力关注系

统可用，并且系统在使用过程中必须经济有效。介绍了固有可用度（AQ、可达可用度

（A0和使用可用度（Ao）的计算方法。第十章“拥有费用”介绍了计算拥有一个系统的可

能费用的概念，在采办过程中可以用这些概念来尝试限制拥有和使用系统的费用。讨论了

利用寿命周期费用（LCC）、全寿命费用（TLC）和总寿命费用（WLC）的概念作为费用估

算的方法，协助保障性工程进行有关系统设计和保障的决策。第十一章“保障性分析”

说明保障性工程如何进行具体的分析来识别保障和费用的主宰因素，同时介绍了利用分

析过程来提出解决问题的方法。第十二章“技术状态管理”论述了一种重要的管理和控

制职能，它负责跟踪系统设计方案的演变过程。技术状态管理记录J'系统从早期的功能

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描述—各个牖峰三—”

-3-

提供了评价设计方案的保障性特征的方法，其中包括各种分析和演示方法。第十四章“使用

过程中的保障性”阐述在系统的使用过程中如何继续运用保障性工程，以监控和改善产品

的保障性水平。第十五章“保障性工程管理”介绍了管理保障性工程过程以确保实现目标

的方法。

附录A“系统要求研究”给出了这一非常有价值的技术和管理文件的一个示例，它构

成了所有保障性工程活动的基础。附录B“缩略词”对本书中用的各种缩略词进行了定

义。附录C“参考资料”列出了可用来进一步研究保障性工程及相关课题的参考书目。附

录D“可生产性”给出了一个详细的检查单，用于在系统投入制造之前可生产性特征的设

计和评估。附录E“安全性”包括描述如何将安全性纳入相应的商务协议的典型的合同用

语。附录F“人素工程”说明如何确立人素工程的合同要求。附录G"保障性工程检查单”

列出了在系统设计的演变过程中用来评估保障性的运用情况的问题。附录H“订立保障性工

程的合同”给出了可以纳入相应的商务协议以确保将保障性工程运用到项目当中的措辞示

例。

参加本指南翻译的有：宋太亮（前言、第1章）、丁利平（第2、3章）、王江山（第

4章）、马建英（第5章）、何成铭（第6章）、申莹（第7章）、徐丹（第8章）、刘维维

（第9章）、白宪阵（第10章）、周红（第11章，附录A、B、C、D）、王建强（第12、

13章）、程享明（第14、15章，附录E、F、G、H）.全书由孙惠琴核对，曾天翔、丁利

平、张宝珍校对了部分章节，周红排版，宋太亮统稿，王黎明审阅。

由于编者水平所限，指南可能存在错误和不当之处，恳请读者提出意见和建议。

译者

二。。八年三月

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原书序言

在政府、工业界和学术界，后勤领域正在不断发生变化，其重要程度也甚过以往。随

着要求的不断变化，新技术的不断引进，系统的复杂程度越来越高。往往，很多系统的寿

命周期在延长，而单项技术的寿命周期在缩短。年复一年，全球化和国际竞争在加剧。抢

先将新的系统投入市场并在其整个寿命周期内维持这些系统，这种挑战比过去更加艰巨。

一个特定系统（或由多个系统组成的混合体）的后勤保障要面向“寿命周期”，因此，要

在这个方面落实与项目有关的要求就必须采取高度跨专业的方法。过去，后勤要求基本上

处于系统寿命周期“下游”的地位，往往造成高昂的代价，这样的例子比比皆是。如今的

环境则要求从一开始就要将后勤保障作为系统设计过程的不可分割的组成部分来考虑。

让工程团队理解一个系统的保障和维持要求，然后将这些要求成功地转化成扎实的

设计特性和设计要素，这样能获得一个既能体现使用需求又经济而且可持续的设计。不

过，这一综合的实现是个永无止境的挑战。重视最终的系统设计的维持，需要了解后勤

领域的方方面面，既要考虑可靠性、维修和保障，如采购与供应保障、运输与搬运、保

障设备、人员、资料信息、设施等，又要熟悉系统的整个寿命周期，包括设计和制造过

程以及客户的环境。在整个寿命周期过程中有众多的接口和相互关系，在初步设计阶段

做出的各种设计或管理决策会影响后续各阶段的活动和资源要求。因此，系统工程师不

仅必须表现出在系统设计、维持和保障方面的才能，还必须熟悉一个给定项目寿命周期

的很多其它要素。工程师和后勤专业人员必须精通技术，掌握现有的设计和分析工具/

模型及其应用，并能与项目内部的其他人员、供应商、客户、承包商和使用人员进行有

效的沟通。应对这些挑战需要该领域的从业人员在工程设计、维持和保障的原理和概念

方面有一个基本的教育基础，并辅以在所有学科的关键领域进行的继续教育和培训I。

《保障性工程手册》一书系首次出版，它对于了解设计工程与系统保障要求之间的

关系将发挥重要作用。它将引导读者了解在研制过程中考虑的传统的后勤要素对设计的

影响。本书作者出版的另一本书《综合后勤保障手册》（第三版）阐述了综合后勤保障的

挑战，并提供了本书中用到的很多术语的基本定义。本书为读者了解系统寿命周期各阶

段之间的关系、寿命周期的各种拥有费用考虑以及项目寿命周期过程中的系统工程活动

奠定坚实的基础。

本书作者詹姆斯V琼斯是国际著名的后勤专家，在美国、亚洲、澳洲和欧洲举办过很

多讲座和培训班。他广泛从事咨询活动，在国防承包商、政府机构和各种民用工业领域享

有良好的声誉。他的很多经验在本书的技术内容和结构编排中得到了反映。在此对他的成

功表示祝贺。

最后要说的是，本书是新成立的后勤工程师学会出版社出版的第二本书，它为后勤

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书库又添加了一份无价之宝。它不仅对后勤从业人员、设计工程师和系统工程师，而且

对在这些领域之外希望进一步了解保障性要求对系统设计的影响的那些人也是一个很好

的指南。它适合于各种专业水平的从业人员，所提供的材料让人容易理解专业细节。

本杰明S布兰恰德

安东尼E特洛瓦特

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原书前言

保障性工程是国际上承认的一种分析方法和管理方法，如今它几乎在军用和民用领

域的各个重大采办项目中得到应用。保障性工程的指导原则构成了以可接受的拥有费用

实现最高水平的使用效能和使用可用性的基础。必须在系统设计和必要的保障基础条件

方面进行合理的投资，从而支持在系统的性能与保障性特性之间达到一种巧妙的平衡。

在被证明是实现这种平衡的最佳途径当中，保障性工程处于所有活动的前沿。将保障性

工程应用到系统采办项目中，不能靠某一种方法。应用这一方法的艺术取决于系统采用

的技术、采购策略、保障策略和产品的经济可承受性。没有什么可以参考的模式，因为

每个项目都是不一样的。不过，它在减少保证责任和服务合同要求以及限制维持系统的

使用所需的保障的规模和范围方面的价值已经得到证明。

在出版本书的过程中，得到了很多同事、学生、参加讲座的人以及其他读者的鼓励，

过去几年里他们一直通过信函与我探讨各种问题。在此一并向他们表示感谢。

保障性工程这门学科不断提出复杂的挑战，它能够给人带来回报和满足感。希望读

者们能从本书中找到一些小小的帮助，由此迎接并应对这些挑战。

詹姆斯V琼斯

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目次

第一章概述..................................................................1

1.1保障性工程的目标.........................................................1

1.2保障性工程的历史.......................................................2

1.3性能、保障和费用的原则..................................................4

1.4本书结构说明............................................................6

第二章系统保障性工程........................................................8

2.1系统寿命周期............................................................8

2.2系统拥有寿命周期........................................................11

2.3保障性工程的应用......................................................13

2.4设计项目的保障性工程...................................................14

2.5现成产品项目的保障性工程...............................................19

2.6保障性工程的应用剪裁..................................................23

第三章形成系统要求.........................................................25

3.1确定需求...............................................................25

3.2环境问题...............................................................28

3.3系统的使用强度.........................................................29

3.4系统的保障基础设施.....................................................30

3.5系统要求研究...........................................................31

3.6性能、保障及拥有费用...................................................31

第四章创建设计方案.........................................................33

4.1系统构思...............................................................33

4.2系统工程................................................................38

第五章可靠性、维修性和测试性...............................................44

5.1可靠性工程.............................................................44

5.2可靠性工作项目..........................................................50

5.3维修性工程..............................................................58

5.4维修性工作项目..........................................................62

5.5测试性工程.............................................................67

5.6测试性工作项目..........................................................69

5.7故障模式影响及危害度分析...............................................74

5.8结论....................................................................76

第六章保障性特性...........................................................77

6.1保障性工程挑战..........................................................77

6.2重新表述要求..........................................................87

6.3实施要求................................................................88

第七章系统安全与人素工程...................................................91

7.1系统安全计划............................................................91

7.2系统安全工程过程......................................................92

7.3安全要求...............................................................94

7.4危险分析...............................................................95

7.5安全性评估............................................................96

7.6人素工程程序..........................................................97

7.7HFE分析................................................................97

7.8人素工程设计标准......................................................98

7.9HFE试验、评价与评估..................................................104

7.10结论.................................................................104

第八章以可靠性为中心的维修................................................105

8.1定义..................................................................105

8.2计划维修工作的组合....................................................107

8.3RCM分析过程...........................................................108

8.4工龄探测..............................................................114

8.5结论..................................................................114

第九章可用性..............................................................115

9.1可用度的概念..........................................................115

9.2固有可用度（AD.......................................................116

9.3可达可用度（AJ.......................................................117

9.4使用可用度（A。）.......................................................118

第十章拥有费用............................................................126

10.1系统寿命.............................................................126

10.2拥有费用估计.........................................................132

10.3费用估计模型.........................................................133

10.4建立费用估计模型......................................................135

第十一章保障性分析........................................................140

11.1先功能再物理.........................................................140

11.2功能保障性分析........................................................141

11.3保障性设计特性.......................................................154

11.4物理保障性分析.......................................................158

11.5重要维修产品.........................................................159

11.6物理保障性分析过程...................................................164

第十二章技术状态管理与控制................................................167

12.1互用性................................................................167

12.2保障性................................................................168

12.3再生产性.............................................................169

12.4技术状态基线.........................................................169

12.5技术状态项目.........................................................170

12.6软件配置.............................................................172

12.7系统技术状态.........................................................173

12.8技术状态审核.........................................................175

12.9技术状态控制.........................................................175

第十三章保障性评估与试验..................................................179

13.1保障性工程过程.......................................................179

13.2设计保障性特性......................................................181

13.3保障资源评估.........................................................185

13.4保障基础设施..........................................................187

13.5使用可用性............................................................188

13.6结果记录..............................................................189

第十四章使用过程中的保障性................................................191

14.1信息收集..............................................................191

14.2任务分析.............................................................192

14.3资源需求............................................................193

14.4趋势分析............................................................193

14.5纠正措施.............................................................194

14.6系统增强.............................................................196

14.7下一代系统...........................................................197

14.8结论..................................................................199

第十五章保障性工程管理...................................................200

15.1接口.................................................................200

15.2进度.................................................................202

15.3工作量范围...........................................................203

III

15.4规划.................................................................205

15.5会议与评审..........................................................209

15.6成功的诀窍..........................................................214

附录A系统要求研究（典型提纲）..........................................215

附录B缩略语.............................................................218

附录C参考文献...........................................................227

附录D生产性设计评估检查表..............................................232

附录E安全设计要求......................................................238

附录F人素工程设计要求..................................................242

附录G保障性工程检查表..................................................254

附录H保障性工程合同.....................................................260

IV

第一章概述

保障性工程是一种注重产品的设计和开发的技术方法。在进入详细论述之前，先给出

两个定义。

保障使产品能够并持续实现一个预先确定的目标的实蛎比为。

保障性产品在预先确定的环境和使用剖面内便于得到保障并维持其任务能力的特

性的预计或度量。

这两个定义是保障性工程的基础。要了解保障性工程的整个范围，先从保障入手会更容

易一些。从“保障”的定义可以看出，当一个产品被使用时，通常就需要某种保障，以便维

持其能力。比如，使用一部汽车需要很多种不同的保障，包括工作时需要的燃油、润滑油和

冷却剂。有时候，汽车坏了，就需要修理。这是另一种保障。将车子送到修理厂去，将它恢复

到完全可用状态。维护和修理也是保障。事实上，凡是对汽车进行保养和修理都可以归为保

障。必须指出的是，当产品（在前面的例子中就是汽车）属于主人所有并在用时，保障就发

生了。产生保障要求的问题有很多，可以将这些问题分成两大类，即产品的设计和产品如何

使用。一个产品需要什么样的保障是由其设计特性决定的，而保障的数量与产品的使用强度

有关。本书既要阐述保障的类型，也要阐述保障的数量。

保障性工程是一门比较新的工程学科，它是随着技术的发展而发展的，这些技术给保障

带来了重大挑战.过去，产品往往不那么复杂，一般通过简单的活动就能解决保障问题。但在

过去几年里，系统的复杂程度已经大大提高，需要给予专门的关注才能确保系统的设计特性

并使之能够得到保障。本书的目的就是阐述可用来生产出可保障的系统的过程和方法。

1.1保障性工程的目标

如图1-1所示，保障性工程的目标集中在通过识别和消除或控制费用的主宰因素来降低

拥有和生产的费用。

•降低用户拥有的费用

•降低系统生产的费用

•识别潜在的费用主宰因素

•参与设计和采购决策，以控制或消除费用主宰因素

«形成一个利用合理的资源包可以保障的系统设计

im-保障性_1_程的目标

在讨论这些目标之前，有必要先讨论一下“费用”这个词。图1-2给出了费用的各种

定义。•般地，说到“费用”，人们会自然而然地认为是指花钱的意思。但它还有其它的意思。

这些意思甚至比花钱还重要。丧失关键能力、失去利益甚至遭受痛苦，这些问题要比花钱

严重得多。保障性工程在研究系统的设计特性时，必须考虑所有这些影响。必须将系统作

为一个整体来研究，而不仅仅是系统的各个组成部分。

•为收到的某个东西而支付或付出的

•为了确保某种利益或达到某种结果而必须给予、牺牲、承受或预先付出的

•金钱、时间或劳动的消耗或付出

•作为得到某种东西的必要代价或某一行为的不可避免的结果或惩罚遭受的损伤、剥夺和痛苦

图1-2费用的定义

保障性工程的目标涉及系统的设计和采购的各个方面。保障性工程的首要目标是研究

将要使用系统的个人或组织的长期拥有费用的问题。所有人和组织都想实现其所购买和使

用的系统的价值。这种价值用不同的方式来度量，如对系统性能的满意、容易使用、容易

维持和保持，以及认定的投资价值等。因此，降低用户拥有的费用成了保障性工程最重要

的关注点，因为这对于系统用户是否满意起着很大作用。

保障性工程对系统的制造者来说也很重要。利用本书将要讨论的各种技术，可以通过设

计来减少生产的费用。这样可以降低销售价格，使产品在市场上更有吸引力，也可以增加利

润空间。这两种情况都可以增加销售量，从而提升公司的获利水平。对于通过保证或服务协

议销售产品的制造商来说，还可以有另一个好处。制造商承担义务对系统进行修理、服务和保

障。这种义务不仅是一种经济义务，而且是一种有关客户满意的长期义务。生产出能让用户

长期满意的产品，这一思想对于制造商建立并保持高质量产品的良好声誉是一个重大问题。

为了有效地实现这前两个目标，保障性工程必须能识别影响拥有和使用系统的费用的各

种问题。这是通过对系统的使用、系统预期的使用环境、系统的技术基线以及系统设计的固

有特性等进行一系列相互关联的分析来完成的。本书将对这些分析技术进行逐一介绍。

找出可能增加拥有费用的问题后，保障性工程要与系统设计和采购的工程活动中的其

他小组一起，提出并落实解决方案，以便消除、减轻或控制其影响。这是通过持续参与系

统研制的决策过程来完成的。有些解决方案是基于类似系统的以往经验，有些则通过数学

建模和采用有针对性的分析方法而提出来的。

保障性工程的成功是由最终的系统设计方案来衡量的。如果能够以合理、可接受的费

用，利用数量合理的保障资源，将一个系统设计用在预先确定的使用环境下达到预期目的，那

么对保障性工程就可以说是一种成功。

1.2保障性工程的历史

前面已经说过，保障性工程是一门比较新的学科，其形成过程可以追溯到二十世纪五

十年代，甚至包括第二次世界大战前后的一些事件以及军事系统的快速发展。在第二次世

界大战之前，军事系统和设备一般都是机械式的，不复杂。后来到第二次世界大战时，为

了满足战争需要，军事系统的技术有了巨大的发展。这就需要发展很多新的和没有得到验

证的技术并将其应用到军事领域。

根据历史记录，有很多“实验型”的系统被很快地研制出来并投入使用。有些发挥了

作用，有些并没有发挥作用。但不管是否发挥了作用，这些系统都遇到了保障问题，因为

所有的研制工作都集中在系统的性能上•这样做造成了很多严重的问题，必须由军方的用

户来解决。备件短缺、使用与维修资料不全、工具和保障设备不适用以及使用与维修人员

训练不全面等，这些都是保障系统经常要面对的挑战。另一点很重要的是，在第二次世界

2

大战期间，研制系统的费用不是问题，人们只关心系统达到的性能。

在第二次世界大战后的技术爆炸时期，人们认识到，在研制系统时，必须更加重视这

些系统的保障问题。在那场战争中，发生了太多的故障。而且，在第二次世界大战后的时

代，军事系统的费用成了未来采购的一个主要因素。军方实施了多个计划，试图避免在二

战中遇到的故障和问题。刚开始的工作包括，建立专业中心，由它们来研究各个具体的保

障领域的问题，如图『3所示。这些中心制定了政策、方法和程序，从而大大提高了在系

统交付并投入使用时军方提供保障这些系统所需的各种物质资源的能力。

•使用与维修规划

•人力与人员

•供应保障

•技术资料

•训练

•保障与检测设备

•设施

,包装、搬运、储存与运输

囹1-3侏障的专业领域

这些中心在各自负责的具体领域都做得非常成功。但随着时间的推移，人们认识到它

们只关注自己的专业领域，而没有进行协调，形成一个综合的保障解决方案。于是，军方

在1965年采取了下一步，将这些中心整合起来，创立了一种开发保障的统一方法一“综合

后勤保障"（ILS）。图1-4给出了ILS的章程。ILS是一种管理方法，它负责将各个后勤的

技术专业中心整合成一个紧密结合的机构，以应对过去曾给军用系统的保障造成困难的各

种问题。

对后勤的各个技术专业进行严格、统一的管理，从而

1.参与产品的研制或产品设计方案的选择

2.规划并开发产品的保障

图1-4综合后蓟保障

图『5给出了ILS的目标。这些目标构成了早期形成保障性工程的基础。

•实现最低的拥有费用

•从保障的角度影响设计决策

•识别费用的主宰因素

•识别并开发保障资源

图Lb练合后勤保障的目标

从1965年到1978年，ILS发展成了军用系统采办的一个重要参与者。在为系统开发并

交付合理的保障资源解决方案方面，ILS是成功的，这样的报道有很多。但在参与系统的设

计或选择方面，ILS却没多少作为。ILS立足于在设计完成后开发实际的后勤保障方案，而在

应对与系统有关的设计和采购决策方面没有什么经验基础。

军方的主要焦点是使用系统，而不是获得系统。过去，军方一直为系统的采办所困，

3

因为这不是它的主要职能。军方的组织结构最适应军事行动而不是采办。ILS也有这种倾

向，它关注作战使用的资源而不是系统的设计。系统的设计是国防承包商的责任，军方的

参与局限于提出承包商设计系统应满足的要求。

承包商也在其组织内开展1LS,但承包商的ILS组织也是集中于在系统设备完成后识

别和研制保障资源。因此，承包商的ILS组织根本没有为解决保障问题提出过什么方法。

承包商在解决保障问题方面任何成功都是通过专门人员的个人行为而不是通过采用任何广

泛而通用的方法而取得的。

二十世纪七十年代是技术创新非凡的时期。为了满足军方不断增长的需求，系统的设

计方案变得非常复杂，既包括硬件也包括软件，从而引出新的保障问题。军方意识到，要

使保障的解决方案有效，就需要加以改变。为了满足这一需求，军方开始转向民用领域，

学习它们是如何应对民用产品的客户对便于保障的系统的要求的。通过对民用行业如何解

决这个问题开展一系列研究，军方提出了一种将保障考虑纳入系统设计的方法。这一新方

法被称为“后勤保障分析”（LSA）。

1984年，军方发布了一个将LSA纳入系统早期设计和研制的工程标准。LSA基于最佳

的民用实践，并被看成是ILS组织用来实现其目标的一种方法。

LSA被证明是有效的，但由于军用标准里的文字描述复杂，所以应用起来很困难。LSA

往往都运用不当，只关注系统的保障资源要求，而不是将它用来解决设计问题。LSA陷入

了困境。如今，随着实施LSA的详细指南的颁布，这种状况得到了改变。这种实施办法实

际上将LSA过程分成了两个明显不同的阶段：确立或采购设计前的活动和设计方案完成后的

活动。这样划分使系统采办过程中形成了两个重要的焦点，如图1-6所示。为了确保系统

是可以保障的，功能后勤和物理后勤都是需要的。对开展功能后勤的需求是保障性工程形

成的推动力。

功能费用参与设计过程，以确保产品设计以合理的拥有费用

获得有效保障的特性

物理后勤确定、研制和交付系统在其使用环境中所需的成套

资源（保障包）

图1-6采办后勤的共同关注点

保障性工程是属于系统设计和系统工程活动范畴内的一个工程学科，通过系统设计和

系统工程活动开发一个新的系统。作为系统工程过程的一个不可分割的组成部分，保障性

工程负责确保最终的设计方案包含使系统能够得到保障的特性和属性。本书的目的就是阐

述保障性工程应完成的各种活动。虽然保障性工程的正式概念是为了在军用产品上的应用

而创立的，但它同样适用于消费者使用的需要保障的民用产品。前面提到，保障性的概念

源于汽车、运输、石油和航空等行业。因此，它同样适用于任何复杂的设计。

1.3性能、保障和费用的原则

在开发一个系统时，有三个关键问题是始终必须考虑的，即性能、保障和费用。要使系

统获得成功，必须在性能和保障之间达到平衡，除非有压倒一切的需要来打破这种平衡。在性

能和保障的范畴内，必须将费用作为一个关注的因素加以考虑。如图1-7所示，应在

4

合理、可接受的费用的支撑下，实现性能与保障的平衡。

图1-7以费用来平衡性能和保障

以合理的费用为支撑，实现性能与保障的平衡，这是必须掌握的一个基本思想。举例

来说，一部汽车用大功率发动机要比小发动机更贵。大发动机耗油量也高，保障起来也更

贵。发动机的费用和发动机用油的费用合在一起，成了拥有汽车的一个重要因素。消费者

如果想要大发动机，那他就要接受更高的燃油费用。如果他想节省燃油费用，那就不如要

小一点的发动机。买一辆发动机小一点的汽车可以降低燃油费用，但消费者就享受不到大

发动机的好处。消费者的价值取向决定买什么车。在做出购买决定时，这种平衡是个关键

问题。没有什么“魔术股”的解决办法。但是，消费者必须在购买前作出决定。作出决定

之后，消费者就要为使用汽车而承担一定程度的开支，也就是拥有的费用。

汽车行业在研制汽车时也要用这一思想。考虑到未来的消费者在作购买决定时的精明，

汽车制造商必须让产品适应特定的目标市场。对于市场上推出的不同型号的汽车，我们都很

熟悉。一般有三个不同档次的产品：经济型、中档型和豪华型。经济型车是为希望购买价格

低、耗油和服务费也低的消费者生产的，这些消费者准备不要舒适、动力和身份，只要得到

便利的交通。中档车是为那些既要一定的舒适、动力和身份，但还要节省拥有费用的消费者

生产的。豪华车适合于那些有充足的预算来获得最大限度的性能和舒适性的客户。了解了这些

基本的想法，汽车行业就可以生产出针对各个市场目标的产品。

军方也将这一概念用于系统的采办。就像普通客户一样，军方也常常采购已经存在的

系统，这被称为“货架采购。”对于这类采购，军方必须像普通客户一样进行决策。当没有货架

产品可以满足军事需求时，军方必须设计和制造符合其特定要求的系统。本书将这样的项

目称为“设计项目。”当军方选择通过设计项目来采办一个系统时，它必须先确定对性能和保障

的要求，然后将要求交给一家承包商，由它来提出产品的设计方案，实现军方的要求。

设计项目对保障性工程的需求是最大的。前面说过，对于军事部门来说，采办和使用

是两个截然不同的关注点。当军方的要求交给承包商时，承包商的关注点是生产出符合军

方确立的严格的验收标准的产品，其目标就是要按进度和预算生产出满足军方性能要求的

系统。在过去，承包商对系统需要的使用保障不是很关心，因为系统是交给军方的，必须

由它来解决这个问题。这种注意力的转移造成了很多关于投入使用的系统保障起来要么极

其昂贵要么几乎不可能的恐怖故事。

保障性工程是一门学科，作为系统工程的一个关键领域，军方和承包商都用它来以合

理的拥有费用实现性能和保障的平衡。军方利用保障性工程来提出使系统以合理的费用得

到保障的系统设计特性。承包商利用保障性工程的方法来确保在设计方案中落实相应的设

5

计特性。双方必须一起工作，才能获得经济有效、可以保障的系统。

1.4本书结构说明

本书从逻辑的角度论述了保障性工程在设计项目和货架采购项目上的应用。后面的每

一章分别阐述一个具体问题，这些问题都是为了获得可以保障的系统并降低用户的拥有费

用而必须考虑的。

第二章“系统保障性工程”概述了系统开发过程，以及系统工程如何将保障性纳入产

品开发的各个方面。值得注意的是说明在采办工程中通过系统工程运用具体的保障性技术

来实现可度量的作战效果的示意图。

第三章“形成系统要求”论述了如何提出并量化真正的系统要求。所有的要求都要基

于识别用户的需求，然后用明确、可理解的用语来定义需求。

第四章“创建设计方案”对系统结构设计和系统工程专业进行了概述。重点放在系统

工程如何进行保障性工程分析来提高可用性，同时降低拥有费用。

第五章“可靠性、维修性和测试性”介绍了与保障性工程有关联的其它专Mkl程学科。这些

专业产生有关保障性设计特征的重要信息，并对其进行验证。

第六章“保障性特征”举例说明为了降低用户的拥有费用而纳入现有系统的特征。第

七章“系统安全性和人素工程”包括为确保可以安全地使用和保障系统设计的各种

技术方法。还说明设计必须如何考虑使用和保障系统的人的局限性。

第八章“以可靠性为中心的维修”描述了另一种限制系统的维护要求的分析方法。第

九章“可用性”详细阐述了在研制和采购过程中如何全力关注系统可用，并且系统

在使用过程中必须经济有效。介绍了固有可用度（AI）、可达可用度（AA）和使用可用度（A0）

的计算方法。

第十章“拥有的费用”介绍了计算拥有一个系统的可能费用的概念，在采办过程中可

以用这些概念来尝试限制拥有和使用系统的费用。讨论了利用寿命周期费用（LCC）,全寿

命费用（TLC）和总寿命费用（WLC）的概念作为费用估算的方法，协助保障性工程进行有

关系统设计和保障的决策。

第十一章“保障性分析”说明保障性工程如何进行具体的分析来识别保障和费用的主

宰因素。接着利用分析过程来提出解决问题的方法。

第十二章“技术状态管理”论述了一种重要的管理和控制职能，它负责跟踪系统设计

方案的演变过程。技术状态管理记录了系统从早期的功能描述到交付给用户的产品基线的

各个设计基线。

第十三章“保障性评估与试验”提供了评价设计方案的保障性特征的方法，其中包括

各种分析和演示。

第十四章“使用过程中的保障性”阐述在系统的使用过程中如何继续运用保障性工程。保

障性工程的这种运用注重于解决设计问题，参与升级和改进，并理顺或强化保障能力。一个

特别关注的方面是如何处理过时问题，确保系统在其使用寿命中能得到充分的保障。

第十五章“保障性工程管理”介绍了管理保障性工程过程以确保实现目标的方法。这

个过程的管理从系统寿命的第一天就开始，一直持续到其退役。适当的管理方法能确保该

过程实现目标，并以最小的代价实现最大的效益。

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附录A”系统要求研究”给出了这一非常有价值的技术和管理文件的一个示例，它构

成了所有保障性工程活动的基础。

附录B“缩略词”对本书中用的各种缩略词进行了定义。

附录C“参考资料”列出了可用来进一步研究保障性工程及相关课题的参考书目。附

录I)“可生产性”给出了一个详细的检查单，用于在系统投入制造之前可生产性特

征的设计和评估。

附录E“安全性”包括描述如何将安全性纳入相应的商务协议的典型的合同用语。

附录F“人素工程”说明如何确立人素工程的合同要求。

附录G”保障性工程检查单”列出了在系统设计的演变过程中用来评估保障性的运用

情况的问题。

附录H"订立保障性工程的合同”给出了可以纳入相应的商务协议以确保将保障性工

程运用到项目当中的措辞示例。

本书作为将保障性工程成功地用于采办项目的指南，其中包含的技术方法同样适用于

任何系统的采购。事实已经证明，只要运用正确，这些方法对于尽量降低用户的拥有费用

是非常有效的。

7

第二章系统保障性工程

保障性工程在系统中的应用，其时机与方法同等重要。换句话说，什么时候做可能远比

做什么重要的多。例如，一辆汽车在使用了七年后，你才意识到买错了，这虽有趣但没有意

义，因为这辆车你已经用了七年了。如果在买之前，你意识到它是不适合你的，那才是有价

值的。时机比准确度还要重要。七年后的认识可能是事实的，是根据汽车使用和维修的实际

支出得出的。如果能够在你决定买哪辆车之前估算一下花费，就好多了，就会避免买错车。

扼要的说，这就是保障性工程：参与一个系统的决策，以达到最低的拥有费用，同时仍能满足

最低限度的使用要求。正是这个参与决策的过程才是成功的关键，而这个决策过程是由系统

构思和系统工程所构成的。

这些活动将分别在第3章中进行描述，但在正确运用本书提出的思想之前，有必要了解

一下系统寿命、系统拥有、决定过程等概念。因此，本章讨论了系统寿命周期、系统拥有

的寿命周期、系统设计过程、系统现货采办过程等概念，作为运用保障性工程的基础。本

章中所提及的每项保障性工程活动都将在本书后面的几章中会有详细的论述。

2.1系统寿命周期

“寿命周期”一词用来传达这样的意思，即一个系统从开始到使用再到退役要经过几个

明显的阶段，每个阶段都有对该系统的效用及拥有费用产生影响的具体工作和条件。许多参

考资料都给每个阶段取了具体的名称，不过还没有一个被普遍接受的通用命名办法。大部分

机构都试图为每个阶段赋予具体的工作，然后将它们连接起来，就表示系统的整个“寿

命”。典型地这些阶段的名称会是概念、评估、设计与研制、制造与交付、使用与保障和处置，

如图2T所示。在概念阶段，要打下一个采办项目的基础。在这个阶段，至少要制定出使用

要求文件、形势和使用研究报告和机构采办业务计划。评估阶段由确定满足使用要求文件中

定义的需求的最适当途径所需的所有活动所组成。要提出所有可能满足需求的选择并进行研

究，以确定在使用效能、使用可用性和拥有费用之间达到合理平衡的最合适的方案选择。然

后，在设计与研制阶段，根据所选的方案进行设计、试验和形成基线。制造和交付阶段就不用

说了。使用和保障阶段开始于第一套系统投入使用，并一直持续下去，只要还有一套系统在

服役。通常，大部分拥有费用都发生在这个寿命阶段。处置是将所有系统退出使用并清除只

用于该系统的所有保障资源设施的过程。这些通用的阶段命名的问题是，它并不适合所有情

况。几乎每个采购项目都与这种模式有差异，特别是现货采购项目，它根本就没有设计和研

制阶段，评估阶段的做法也不同。这些不同之处在本章后面会有重点说明。因此，当要确定

何时及为什么要将保障性工程技术用于一个项目时，最好不用这些通用的叫法。本书将不给

特定的阶段命名，只用序号S1至S7来表示。大多数参考资料忽视的一个重要问题是，如何

知道系统从一个阶段进入了下一个阶段。所以，要指出标志这个转变的特定事件。图2-2

显示了系统的寿命周期阶段、阶段序号、过渡事件以及每个阶段的活动。

8

系统的寿命周期阶段

制

造

组

定义系统要设计满足制造样安装系统系统在预将系统退

装

系

求，创建功功能要求机，进行，并投入使定的使用出服役，

进

产

行

能结构，满为的系统，试验，证环境下使并逐步清

试用

/并

包括性具备制造明系统设除其所有

交用并进行

个

付

能、保障性样机的能

计满足S1用保障保障

户

和经济可承力确定的最

受性或其它低要求

费用量度在

内的要求

传统的寿命周期阶段

I>>>1DX

概念评估设计和研制制造和交付使用和保隙处置

图2-2系统寿命周期阶段

2.1.1S1阶段

系统寿命周期的初始阶段S1开始于提出一个系统的需求或目标市场。在这个阶段，所有

工作的重点在于用可度量的语言来定义要求，然后创建系统结构的功能解决方法。第4章

详细阐述了这个阶段保障性工程方法的应用。通过这个阶段的工作，产生该系统的功能描

述和性能、保障性和经济可承受性的成功度量。本书的每一章都含有S1阶段要用的保障性工

程“魔方”。所有影响拥有费用的重大决策都是在