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二十世纪留给二十一世纪可靠性工程热点问题收藏 一、对可靠性定义再认识
可靠性通常被定义为：“产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力”或定义为：“在规定的条件下和规定时间内所允许的故障数。”数学表达式为 平均故障间隔时间(MTBF)。这就认为随机故障是不可避免的，也是可以接受的。这就导致由于设计原因引起的故障只要在允许数之内，往往不能追溯到最终根 源。由于制造过程导致的故障，只要仍低于许可的故障数也就不被追究。为此，在国际上早在1995年对这传统的可靠性定义提出了质疑，在欧洲开始用无维修使 用期(MFOP)取代原先的MTBF，故障率浴盆曲线分布规律也就被打破。由此，摒弃随机失效无法避免的旧观念。因此，当前国际上兴起的在可靠工程中推行 失效物理方法的新潮流，设计出不存在随机失效的产品并非没有可能。同时，从故障修理转换到计划预防维修。这就需要产品研发设计人员必须清楚产品将会怎样发 生故障，一般何时发生故障。
要做到《无维修使用期》必须作好如下两项工作：
1、改变可靠性设计思路
以自下而上的可靠性设计方法，取代采用MTBF进行自上而下分配方法。当产品系统构思和设计完成之后，单元的设计师们应在设计前充分了解单元，模块的环境 条件，可能发生故障的关键部及故障模式、机理、在设计时重点加以解决，且自下而上可能存在的可靠性问题都得到彻底解决，不仅可以将系统可靠性建立在踏实的 基础上，而且可以确保系统的可靠性指标留有充分的余地。同时避免因设计后期发现问题再进行更改设计，不仅费时，且效果不好，重点可采取如下设计措施： - 采用状态监控，故障诊断和故障预测设计；
- 引入容错和冗余设计
- 可重构性设计
- 动态设计
- 故障软化设计
- 环境防护设计
- 冗余设计
- 在任务能力不受影响下，留出可接受的降级水平设计等。
2、改变可靠性工程工作方法
为了达到产品无维修使用周期，必须把人力、精力集中于产品研发早期阶段，只有从项目开始第一天就强调可靠性，才能真正落实自下而上的可靠性设计方法。早期 明了产品的核心单元和薄弱环节，开展失效物理方法工作，采取有效纠正与预防措施，才能做到“无维修使用期”。为此，应做如下工作： - 失效物理分析、研究与应用
- 开展可靠性研制试验，及早暴露设计缺陷，采取有效纠正措施。
- 开展高加速应力试验(HAST)，暴露产品薄弱环节予以纠正
- 严格设计评审制度，消除设计隐患
- 制订合理预防维修计划并予以实施。
二、关于可靠性指标体系及其验证
当前电子产品普遍用平均故障间隔时间MTBF来表征。MTBF是产品基本可靠性指标。在可靠性预计时，以串联模型为基础，但用户最关心的是任务可靠性，即 平均致命故障间隔时间MTBCF，在军品合同中都签的是MTBF，在进行可靠性指标验证试验时，都是以MTBF为依据。这出现了对故障的认识问题，一般都 把可靠性验证试验中产品的存在状态简化为“二元状态”处理，即认为产品要么能完成规定功能，视为成功；要么不能完成规定功能，视为故障，非此即彼。故障统 计也比较简单，要么为0，要么为1，对故障既不分类，也不加权，这在工程实施显然存在问题。大量事实证明，产品的不同故障造成的影响也不同。有的后果严 重，损失很大(如雷达产品发射机的磁控管或行波管等)，有的后果轻微(如指示灯失效，显示器画面瞬时抖动等)，损失很小。如果把这些后果严重程度不同的故 障，等同看待，客观上是不合理的，与实际情况也是不相符的。在产品可靠性验证与评价中，在确认故障，采用什么方法对故障数据进行处理，直接关系到产品的生 存和发展。如果这个问题处理不当，就有可能把本来具有发展潜力的健壮设计，冗余设计扼杀在研制早期。因此，早在70年代美国在地面产品广泛地采用故障加 权，但由于这种方法存在着主观的随意性和评估结果，不确定性，并且在理论上还存在一些具体问题难以解释。所以，在1980年美军标准 MIL－STD－785B颁布后，故障加权处理方法被取缔，虽然785B标准取缔了故障加权问题，但对产品可靠性验证中出现的故障“二元状态”处理不合理 和存在问题如何解决?所以，以美国陆军为首的一些部门和专家研究所得的验证方案，就是把产品可靠性指标细化分解。分别验证，如把地面武器装备任务状态区分 以下五种加以考核。 - 能圆满完成任务(Missionworthy)
- 在规定时间内排除故障后能完成任务(Missionworthy)
- 能完成任务，但性能降低(Missionworthy impaired)
- 不能完成任务(Non－missionworthy)
- 不能完成任务，失去机动能力(Non－mission－worthy)
把可靠性指标分解，表面看来是合理的，但又如何将这些指标进行分配和预计及如何进行可靠性设计，问题并非有些文章说的那么简单，所以美军于1986年10 月17日发布的MIL－STD－7810《工程研制鉴定和生产可靠性试验》正式文本中，首次提出在可靠性验证中按后果严重程度把发生故障区分为：致命故 障，严重故障和轻度故障三类，这就意味着根据故障严重程度可以进行加权处理，美军MI坦克就是这样做的。
我们国家有标准可查的就有近20种门类产品对故障进行加权处理，在军品方方面面《地面雷达可靠性试验方法》率先提出，在民品原邮电部的 YD282－1982《邮电通信设备可靠性通用试验方法》，率先提出故障加权问题，尽管有些门类产品明文中没有提出故障加权问题，但在实际试验中也在进行 故障加权方案，只不过各自故障加权权数不同而已。目前对故障加权有争议，该如何对待此问题这是二十世纪留给二十一世纪应尽快解决的问题。
三、改变传统只重视硬件可靠性设计思路 加强软件可靠性设计
随着社会日益信息化，社会的日常运行越来越依赖于软件的电子系统，当前电子系统(或设备)软件功能较硬件功能占系统功能比例越来越高，通讯产品可占50% 以上。但目前人们只重视硬件可靠性，而对软件可靠性很“漠然”，虽然软件故障频繁发生，危害很大，但在开展可靠性工程工作时，对软件可靠性提及甚少，原因 有二：一是开展软件可靠性工作较晚。在国际上虽然在二十世纪六十年代后期就已开始，但软件可靠性工程概念在八十年代末提出，时至今日软件的有关技术还不够 成熟，还有许多问题有待研究，在我国八十年代才有极小数专家从事分散、零星的研究，进入九十年代软件可靠性工程一词才出现，目前正处于软件可靠性理论研究 向工程应用过渡时期，二十一世纪要解决的是如何像硬件可靠性技术一样，软件可靠性工程技术在产品研发中被广泛应用。二是软件可靠性技术较为复杂，研究和应 用难度较大，其中有如下几个方面：
A．可靠性模型非指数分布，一般属于正态分布或威布尔分布，可靠性数字模型建立难度很大；
B．可靠性指标确定多样化；
C．标的实现、测试、评估和验证、模式不确定性；
D．电子设备的软件可靠性很难与硬件可靠性剥离。有些软件故障是由硬件设计缺隐和故障所引发的。
开展软件可靠性工程主要有以下工作：
A．建立可靠性模型；
B．确定系统软件可靠性指标；
C．进行软件可靠性指标分配；
D．进行可靠性指标预计；
E．软件可靠性设计； - 防错设计
- 容错设计
- 标错设计
- 纠错设计
- 故障恢复设计等
F．软件可靠性分析： - 软件失效模式影响分析(SFMEA)
- 软件故障树分析(SFTA)
- Pertri网分析法
G．软件可靠性验证。软件可靠性一般都是通过软件可靠性测试，评估已达到软件可靠性水平，来加以验证。国内外有些专家认为由于软件故障过程的随机性和软件验 收测试期间不对软件进行修改，因此可以认为软件可靠性服从指数分布，在这情况下，就可参考GJB899《可靠性鉴定与验收试验》来确定软件可靠性验收准则。 四、改变传统的电子产品结构设计观念 实施集成化结构设计
传统的电子产品结构设计，按标准进行结构设计，能将模块或插件紧密的装进框架内，能缓冲减振即可，但伴随科学技术发展，这是远远不够的。为了提高产品可靠 性，结构设计应改变这种传统的结构设计观念和做法，而应实施集成化结构设计，所谓集成化结构设计如上公式所示：
电子产品结构设计＝机械件可靠性设计＋热设计＋EMC设计＋维修性设计＋三防设计上述诸设计因素中，不是简单的相加，因为它们既有统一一面，也有矛盾一面，需要进行权衡优化设计 赞（2）
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