一、對可靠性定義再認識

可靠性通常被定義為：“產品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內，完成規(guī)定功能的能力”或定義為：“在規(guī)定的條件下和規(guī)定時間內所允許的故障數(shù)?！睌?shù)學表達式為 平均故障間隔時間(MTBF)。這就認為隨機故障是不可避免的，也是可以接受的。這就導致由于設計原因引起的故障只要在允許數(shù)之內，往往不能追溯到最終根 源。由于制造過程導致的故障，只要仍低于許可的故障數(shù)也就不被追究。為此，在國際上早在1995年對這傳統(tǒng)的可靠性定義提出了質疑，在歐洲開始用無維修使 用期(MFOP)取代原先的MTBF，故障率浴盆曲線分布規(guī)律也就被打破。由此，摒棄隨機失效無法避免的舊觀念。因此，當前國際上興起的在可靠工程中推行 失效物理方法的新潮流，設計出不存在隨機失效的產品并非沒有可能。同時，從故障修理轉換到計劃預防維修。這就需要產品研發(fā)設計人員必須清楚產品將會怎樣發(fā) 生故障，一般何時發(fā)生故障。?

要做到《無維修使用期》必須作好如下兩項工作：?

1、改變可靠性設計思路?
以自下而上的可靠性設計方法，取代采用MTBF進行自上而下分配方法。當產品系統(tǒng)構思和設計完成之后，單元的設計師們應在設計前充分了解單元，模塊的環(huán)境 條件，可能發(fā)生故障的關鍵部及故障模式、機理、在設計時重點加以解決，且自下而上可能存在的可靠性問題都得到徹底解決，不僅可以將系統(tǒng)可靠性建立在踏實的 基礎上，而且可以確保系統(tǒng)的可靠性指標留有充分的余地。同時避免因設計后期發(fā)現(xiàn)問題再進行更改設計，不僅費時，且效果不好，重點可采取如下設計措施：?

采用狀態(tài)監(jiān)控，故障診斷和故障預測設計；?
引入容錯和冗余設計?
可重構性設計?
動態(tài)設計?
故障軟化設計?
環(huán)境防護設計?
冗余設計?
在任務能力不受影響下，留出可接受的降級水平設計等。

2、改變可靠性工程工作方法?
為了達到產品無維修使用周期，必須把人力、精力集中于產品研發(fā)早期階段，只有從項目開始第一天就強調可靠性，才能真正落實自下而上的可靠性設計方法。早期 明了產品的核心單元和薄弱環(huán)節(jié)，開展失效物理方法工作，采取有效糾正與預防措施，才能做到“無維修使用期”。為此，應做如下工作：?

失效物理分析、研究與應用?
開展可靠性研制試驗，及早暴露設計缺陷，采取有效糾正措施。?
開展高加速應力試驗(HAST)，暴露產品薄弱環(huán)節(jié)予以糾正?
嚴格設計評審制度，消除設計隱患?
制訂合理預防維修計劃并予以實施。?

二、關于可靠性指標體系及其驗證 ?

當前電子產品普遍用平均故障間隔時間MTBF來表征。MTBF是產品基本可靠性指標。在可靠性預計時，以串聯(lián)模型為基礎，但用戶最關心的是任務可靠性，即 平均致命故障間隔時間MTBCF，在軍品合同中都簽的是MTBF，在進行可靠性指標驗證試驗時，都是以MTBF為依據(jù)。這出現(xiàn)了對故障的認識問題，一般都 把可靠性驗證試驗中產品的存在狀態(tài)簡化為“二元狀態(tài)”處理，即認為產品要么能完成規(guī)定功能，視為成功；要么不能完成規(guī)定功能，視為故障，非此即彼。故障統(tǒng) 計也比較簡單，要么為0，要么為1，對故障既不分類，也不加權，這在工程實施顯然存在問題。大量事實證明，產品的不同故障造成的影響也不同。有的后果嚴 重，損失很大(如雷達產品發(fā)射機的磁控管或行波管等)，有的后果輕微(如指示燈失效，顯示器畫面瞬時抖動等)，損失很小。如果把這些后果嚴重程度不同的故 障，等同看待，客觀上是不合理的，與實際情況也是不相符的。在產品可靠性驗證與評價中，在確認故障，采用什么方法對故障數(shù)據(jù)進行處理，直接關系到產品的生 存和發(fā)展。如果這個問題處理不當，就有可能把本來具有發(fā)展?jié)摿Φ慕言O計，冗余設計扼殺在研制早期。因此，早在70年代美國在地面產品廣泛地采用故障加 權，但由于這種方法存在著主觀的隨意性和評估結果，不確定性，并且在理論上還存在一些具體問題難以解釋。所以，在1980年美軍標準 MIL－STD－785B頒布后，故障加權處理方法被取締，雖然785B標準取締了故障加權問題，但對產品可靠性驗證中出現(xiàn)的故障“二元狀態(tài)”處理不合理 和存在問題如何解決?所以，以美國陸軍為首的一些部門和專家研究所得的驗證方案，就是把產品可靠性指標細化分解。分別驗證，如把地面武器裝備任務狀態(tài)區(qū)分 以下五種加以考核。?

能圓滿完成任務(Missionworthy)?
在規(guī)定時間內排除故障后能完成任務(Missionworthy)?
能完成任務，但性能降低(Missionworthy impaired)?
不能完成任務(Non－missionworthy)?
不能完成任務，失去機動能力(Non－mission－worthy) ?

把可靠性指標分解，表面看來是合理的，但又如何將這些指標進行分配和預計及如何進行可靠性設計，問題并非有些文章說的那么簡單，所以美軍于1986年10 月17日發(fā)布的MIL－STD－7810《工程研制鑒定和生產可靠性試驗》正式文本中，首次提出在可靠性驗證中按后果嚴重程度把發(fā)生故障區(qū)分為：致命故 障，嚴重故障和輕度故障三類，這就意味著根據(jù)故障嚴重程度可以進行加權處理，美軍MI坦克就是這樣做的。?

我們國家有標準可查的就有近20種門類產品對故障進行加權處理，在軍品方方面面《地面雷達可靠性試驗方法》率先提出，在民品原郵電部的 YD282－1982《郵電通信設備可靠性通用試驗方法》，率先提出故障加權問題，盡管有些門類產品明文中沒有提出故障加權問題，但在實際試驗中也在進行 故障加權方案，只不過各自故障加權權數(shù)不同而已。目前對故障加權有爭議，該如何對待此問題這是二十世紀留給二十一世紀應盡快解決的問題。?

三、改變傳統(tǒng)只重視硬件可靠性設計思路 加強軟件可靠性設計 ?

隨著社會日益信息化，社會的日常運行越來越依賴于軟件的電子系統(tǒng)，當前電子系統(tǒng)(或設備)軟件功能較硬件功能占系統(tǒng)功能比例越來越高，通訊產品可占50% 以上。但目前人們只重視硬件可靠性，而對軟件可靠性很“漠然”，雖然軟件故障頻繁發(fā)生，危害很大，但在開展可靠性工程工作時，對軟件可靠性提及甚少，原因 有二：一是開展軟件可靠性工作較晚。在國際上雖然在二十世紀六十年代后期就已開始，但軟件可靠性工程概念在八十年代末提出，時至今日軟件的有關技術還不夠 成熟，還有許多問題有待研究，在我國八十年代才有極小數(shù)專家從事分散、零星的研究，進入九十年代軟件可靠性工程一詞才出現(xiàn)，目前正處于軟件可靠性理論研究 向工程應用過渡時期，二十一世紀要解決的是如何像硬件可靠性技術一樣，軟件可靠性工程技術在產品研發(fā)中被廣泛應用。二是軟件可靠性技術較為復雜，研究和應 用難度較大，其中有如下幾個方面：?

A．可靠性模型非指數(shù)分布，一般屬于正態(tài)分布或威布爾分布，可靠性數(shù)字模型建立難度很大；?
B．可靠性指標確定多樣化；?
C．標的實現(xiàn)、測試、評估和驗證、模式不確定性；?
D．電子設備的軟件可靠性很難與硬件可靠性剝離。有些軟件故障是由硬件設計缺隱和故障所引發(fā)的。?
開展軟件可靠性工程主要有以下工作：?
A．建立可靠性模型；?
B．確定系統(tǒng)軟件可靠性指標；?
C．進行軟件可靠性指標分配；?
D．進行可靠性指標預計；?
E．軟件可靠性設計；?
防錯設計?
容錯設計?
標錯設計?
糾錯設計?
故障恢復設計等?
F軟件可靠性分析：?
軟件失效模式影響分析(SFMEA)?
軟件故障樹分析(SFTA)?
Pertri網(wǎng)分析法?

G軟件可靠性驗證。軟件可靠性一般都是通過軟件可靠性測試，評估已達到軟件可靠性水平，來加以驗證。國內外有些專家認為由于軟件故障過程的隨機性和軟件驗 收測試期間不對軟件進行修改，因此可以認為軟件可靠性服從指數(shù)分布，在這情況下，就可參考GJB899《可靠性鑒定與驗收試驗》來確定軟件可靠性驗收準 則。

四、改變傳統(tǒng)的電子產品結構設計觀念 實施集成化結構設計 ?

傳統(tǒng)的電子產品結構設計，按標準進行結構設計，能將模塊或插件緊密的裝進框架內，能緩沖減振即可，但伴隨科學技術發(fā)展，這是遠遠不夠的。為了提高產品可靠 性，結構設計應改變這種傳統(tǒng)的結構設計觀念和做法，而應實施集成化結構設計，所謂集成化結構設計如上公式所示：?

電子產品結構設計＝機械件可靠性設計＋熱設計＋EMC設計＋維修性設計＋三防設計上述諸設計因素中，不是簡單的相加，因為它們既有統(tǒng)一一面，也有矛盾一面，需要進行權衡優(yōu)化設計。?

上述諸設計因素中，機械件可靠性設計難度最大，國內外還都在進行探索，機械件可靠性設計的基本途徑概括為：?
A．無故障設計與耐久性設計相結合?
B．系統(tǒng)可靠性設計與零部件可靠性設計相結合?
C．傳統(tǒng)設計與可靠性設計相結合?
D．定性設計與定量設計相結合?
E．機械件可靠性設計與成本設計相結合?
F．機械件可靠性設計與電路可靠性設計相結合?

研究機械件可靠性，必須把握其特殊性，緊密結合工程實際，有針對性地研究機械可靠性的分析方法與設計方法。?

五、開拓質量與可靠性管理新思路推行IPPD管理 ?

我于1995年末，在美國考察時曾拜訪了世界著名的質量管理專家――朱蘭博士，當談及質量管理新趨勢時，他縱觀世界經濟發(fā)展史斷言：“二十世紀是一個生產 的世紀……二十一世紀將是一個質量的世紀……集團公司將在質量的波濤中經受考驗，人們將在質量大堤下生活……世界和美國在質量管理上都在變革，質量管理不 再是單個煙囪”。這些話言簡意深，值得我們深思，最近我翻看了一下美國國防部研制試驗、系統(tǒng)工程與評價局系統(tǒng)工程副局長Mark schaeffer在空間與國防工業(yè)質量討論會上的講話《美國質量管理的過去，現(xiàn)在與未來》他總結美國質量管理的三個階段：

(1)早期階段，推行質量檢驗；
(2)80年代，質量重點轉移，推行TQM(Totac Quality Management)；
(3)90年代；重點抓產品研發(fā)設計，推行IPPD。講話中還談到：“今天的質量是面向預防和過程驅動，從而使質量的全部職責由質量專業(yè)人員轉移到機構中 的每一個人。質量不再是“單個煙囪”式的學科。而質量必須是工程，制造軟件編程和產品維護的一個綜合要素。質量必須是商務活動的組成部份。推行IPPD的 實施強調并行工作和協(xié)作精神，從產品設計開始，來自設計、制造、試驗、使用和保障等各方面的人員(包括可靠性及維修性人員)組成多學科的綜合產品組 (IPT)，協(xié)同工作，所有人員都要了解產品的總目標和技術要求，統(tǒng)一考慮并共同解決各學科問題。這種管理方法確保R&M&S(包括測試 性、保障性和安全性)，從設計一開始就與傳統(tǒng)的性能一起設計到產品中去，避免出現(xiàn)“兩張皮”的問題。?

IPPD的實施強調用戶參與，以確保用戶的要求，從產品設計開始，用戶代表便作為IPT的成員參與設計，使每一個IPT成員都充分了解用戶的要求，特別是 用戶對R&M&S的要求，把用戶要求轉換成產品設計和過程的技術要求。并把這些要求設計到產品中。美商獨資企業(yè)旭電(蘇州)科技有限公 司，他們成功的推行IPPD管理，成立了客戶專屬團隊CFT(相當于IPT)。他們都有一個項目經理作為召集人，由來自質量、制造、工程、測試、業(yè)務、物 料等不同部門的全職為CFT服務的人員組成。他們的共同目標是使客戶滿意，達到公司目標。?

IPPD管理是質量觀從傳統(tǒng)質量觀向現(xiàn)代質量觀轉變的結晶。傳統(tǒng)質量觀單純追求技術性能，著眼于缺陷糾正，在管理上以“產品符合生產圖低和工藝規(guī)程要 求”，實施“檢驗”手段來保證產品質量，俗稱“事后把關”?，F(xiàn)代質量觀追求產品“長期保持良好性能”和“最佳壽命周期費用”，著眼于缺陷的預防。在管理上 實施“三全管理”，即：全過程、全員、全方位(性能、可靠性、維修性、經濟性、安全性、保障性等)。由于世界各國尤其是經濟發(fā)達國家早已完成這種質量觀轉 變，因而紛紛推行IPPD管理，如美國、英國、法國、日本等國，我國一些外資企業(yè)也開展了這項工作。?
要作好IPPD管理，必須作好如下工作：?

A．在產品研發(fā)一開始就要樹立將質量與可靠性設計到產品中去的思想，在分案設計時就應組織IPT小組。?
B．解決如何把技術性、可靠性、維修性、測試性、保障性、經濟性、安全性等統(tǒng)一權衡優(yōu)化，并行設計到產品中去的技術問題。?
C．開展網(wǎng)絡化管理，加強可靠性與質量監(jiān)控工作。?
D．使IPT有效工作，必須加強團隊合作精神，更重要的是“溝通”，“溝通”的核心問題是如何將數(shù)據(jù)轉換成有用的信息，使IPT小組更好工作。

六、開辟可靠性管理新模式 實施網(wǎng)絡化管理 ?

可靠性管理是可靠性工程組成部分，占有很重要地位，有人曾講；“產品可靠性是設計出來的、制造出來的和管理出來的……”?？煽啃怨芾硎前殡S著可靠性工程發(fā) 展而發(fā)展，縱觀可靠性工程發(fā)展史不難看出可靠性管理的發(fā)展歷程。美國是可靠性工程興起最早和發(fā)展最快的國家之一，具有代表性。?
50年代是美國可靠性興起和形成年代。為了解決軍用電子設備和復雜導彈系統(tǒng)的可靠性問題，開展了可靠性技術研究，成立了軍用電子設備可靠性咨詢組 (AGREE)，開展了全面的可靠性發(fā)展計劃，但可靠性管理還未提到議事日程。(編者注，我國在當時蘇聯(lián)的幫助下也在57年建成“可靠性與環(huán)境試驗研究 所”即現(xiàn)在的廣州電子五所)。?

60年代是美國可靠性工程全面發(fā)展的階段，也是美國武器系統(tǒng)研制全面貫徹可靠性大綱的年代。

在這10年中對重點武器裝備系統(tǒng)開始了可靠性管理，形成了一套可靠性設計、試驗和管理標準，如MIL－HDBK－217、MIL－STD－781和MIL－STD－785等。在工業(yè)界和各企業(yè)中對重點工程和重點可靠性工作項目實施“單點”管理。?
70 年代是美國可靠性發(fā)展步入成熟階段。主要特點是建立集中統(tǒng)一的可靠性管理機構，負責組織協(xié)調國防部范圍內的可靠性政策、標準、手冊和重大研究課題等，成立 全國數(shù)據(jù)網(wǎng)。工業(yè)部門和各企業(yè)也紛紛成立可靠性管理組織機構。從產品可靠性指標分配、預計、可靠性設計、可靠性分析、可靠性試驗、數(shù)據(jù)交換等進行系統(tǒng)化管 理，形成了系統(tǒng)性“線條”式管理，將“單點”管理系統(tǒng)串聯(lián)起來。?

80年代以來美國可靠性工程向著更深、更廣的方向發(fā)展。在管理上，加強集中統(tǒng)一管理，強調可靠性及維修性管理制度化，在技術上深入開展軟件可靠性、機械可 靠性，全面推廣計算機輔助設計(CAD)技術在可靠性工程中應用，積極采用模塊化、綜合化、容錯設計、光導纖維和超高速集成電路等新技術來全面提高現(xiàn)代武 器系統(tǒng)的可靠性。1985年美國空軍推行了“可靠性及維修性2000年行動計劃”(R&M2000)更進一步加強可靠性管理和制度化。為了保證可 靠性、維修性、保障性及武器裝備作戰(zhàn)能力，使武器裝備達到戰(zhàn)備完好性、使用可用性及任務成功性，在管理上大力推行“矩陣式”管理，縱向到位，橫向到邊。?

90年代美國由于以經費為獨立變量，廢除大量的軍用標準，大力推行健壯設計和并行工程及IPPD管理。因此，用“網(wǎng)絡化”管理取代“矩陣式”管理。首先在 美國海軍及其相關工業(yè)部門廣泛推廣“網(wǎng)絡化”管理。通過大量標準、規(guī)范引入和支持，為“網(wǎng)絡化”管理提供依據(jù)和指導，實施程序化、規(guī)范化、系統(tǒng)化的“網(wǎng)絡 化”管理，詳見圖1、圖2?！熬W(wǎng)絡化”管理的要點是：A.實施并行工程。在產品研發(fā)過程中要全過程、全因素、全方位(技術性、可靠性、維修性、保障性、安 全性、經濟性等)并行進行。B.加強過程監(jiān)控。尤其在產品研發(fā)過程中的可靠性判決點上即網(wǎng)絡結點上，進行嚴格評審。C.加強信息傳遞與管理。網(wǎng)絡化管理能 夠有效運轉關鍵在于信息的溝通和快速傳遞。D.實施制度化和規(guī)范化管理。在產品研發(fā)前就應制訂詳盡、嚴密網(wǎng)絡化管理制度與程序，并對每一工作項目和接口及 判決點都要有科學的管理規(guī)范，盡量避免人為的干預。?

根據(jù)我長期從事可靠性工程工作經驗和研究成果，按我國國情和產品特點，擬訂出某電子設備研制和生產的網(wǎng)絡化管理，并已實施。?

本文僅對電子系統(tǒng)或整機的可靠性工程提出拙見，對于電子元器件可靠性工程，還未提及。