可靠性增長概述

一、可靠性增長的基本概念通過不斷地消除產品在設計或制造過程中地薄弱環節，使產品可靠性隨時間而逐步提高的過程，稱為可靠性增長過程。可靠性增長是保證現代復雜系統投入使用后具有所要求的可靠性的一種有效途徑，貫穿于系統壽命周期地各個階段。在不同的壽命周期階段，可采用不同的方法及技術來實現可靠性增長。
二、可靠性增長試驗
1、有計劃地激發失效、分析失效原因和改進設計，并證明改進措施地有效性而進行地試驗，稱為可靠性增長試驗。它是實現可靠性增長的一個正規途徑。
2、可靠性增長試驗的目的，就是通過試驗-分析-改進-再試驗(test, analyze, and fix,簡稱TAAF)，解決設計缺陷，提高可靠性。可靠性增長試驗是GJB450的一個工作項目，是增長可靠性的主要手段之一。
3、可靠性增長試驗作為工程研制階段的組成部分，是產品工程研制任務中單獨安排的一個可靠性工程項目。為了有效地完成規定任務，可靠性增長試驗通常安排在工程研制基本完成之后和可靠性鑒定試驗之前。在這個時期，產品的性能與功能己基本上達到設計要求，產品的結構與布局已接近批生產時的結構與布局。同時，由于產品尚未進入批生產，必要時還來得及對產品設計和制造進行較為重大的更改。
4、可靠性增長試驗期間采用的環境條件及其隨時間變化情況，應能反映受試產品現場使用和任務環境的特征，即應選用模擬現場的綜合環境條件。如果條件不具備，可選擇一項或者幾項環境條件，所選條件應慎重考慮，應該選擇一項對產品可靠性影響大或較大的環境條件。綜合環境試驗條件應按照GJB899《可靠性鑒定和驗收實驗》的指導思想來確定。在應力種類和應力登記確定之后，應根據受試產品現場使用時所遇到的工作模式、環境條件及其變化情況，確定一個試驗環境剖面，將所選的環境應力及其變化按時間軸進行安排。
5、可靠性增長試驗的核心是TAAF試驗，其工作步驟如下1)借助模擬實際使用條件的試驗誘發產品失效，充分暴露產品的問題和缺陷;(2)對失效定位，進行失效分析，找出失效機理3)根據失效分析結果，對B類失效，制定出糾正措施;(4)制造新設計的有關硬件;(5)將新硬件重新投入試驗，以便驗證糾正措施的有效性，同時暴露產品的其他問題和設計缺陷。嚴格的可靠性增長試驗，必須在限定資源下，對TAAF試驗進行計劃、跟蹤與控制，使產品可靠性達到預期目標。

圖2可靠性增長試驗過程示例
6、可靠性增長試驗雖然是提高產品可靠性水平的一種有效手段，但因其費用高、時間較長，通常只用于關鍵產品、高風險或復雜的產品。對于結構簡單、標準化、系列化程度較高的產品，一般沒有必要進行專門的增長試驗。所謂的關鍵產品應是具備4個條件之一的產品：（1）對系統可靠性有重要影響的產品；（2）新研制的重要產品；（3）采購費用較高的產品；（4）需做重大改型才能滿足使用要求的重要產品。
三、可靠性增長管理為了達到預定的可靠性指標，對時間和其他資源進行系統地安排，并在估計值與計劃值比較的基礎上依靠重新分配資源對增長率進行的控制，稱為可靠性增長管理。可靠性增長管理的基本內容:進行可靠性增長規劃;制定可靠性增長計劃;實施可靠性增長試驗;控制可靠性增長過程。1.進行可靠性增長規劃，確定增長目標可靠性增長規劃是可靠性增長管理的依據，也是產品研制計劃的組成部分。產品的可靠性增長目標，應根據工程需要與現實可能性，經過全面權衡來確定。通常，可以根據合同或者研制任務書中的可靠性規定值來確定。此外，還需要考慮同類產品的國內外可靠性水品、產品的固有可靠性、產品的可靠性增長潛力以及產品的可靠性預計值等各種因素。2.制定可靠性增長計劃，細化增長要求制定可靠性增長計劃，一般需要進行下述幾項工作1)分析以往同類產品的可靠性狀況以及可靠性增長情況，掌握它們的可靠性水平、主要失效及其原因和頻度、增長規律、增長起點以及增長率等信息；(2)分析產品的研制大綱和可靠性大綱，了解有多少項研制試驗，掌握各項試驗的環境條件、工作條件及預計的試驗時間等信息;(3)選擇切合實際的增長模型，繪制可靠性增長的理想曲線和計劃曲線。3.實施可靠性增長試驗，進行可靠性增長分析評估可靠性增長試驗的實施應根據GJB1407《可靠性增長試驗》的規定，確定合適的試驗方案，選擇合適的試驗產品和分析手段，完善FRACAS系統，對TAAF各環節進行嚴格的監督和控制。在可靠性增長過程中，產品的可靠性是在不斷變化的。產品在各個時刻的失效數據，不是來源于同一母體，因此，需要應用變動統計學的原理來建立產品的可靠性增長模型。產品的可靠性增長模型反映了產品可靠性在變化中的規律。利用可靠性增長模型可以及時地評定產品在變化中的任一時刻的可靠性狀態，常用的可靠性增長模型是AMSAA模型和Duane模型。4.控制可靠性增長過程，促進可靠性增長實現為了保證產品地實際增長過程大致按照增長計劃進行，必須對增長過程進行跟蹤與控制。如果出現較大地偏差，就要分析原因，找到影響偏差的因素，作出相應的對策，使產品地可靠性在預定的時間期限內增長到預定的目標。為了實施有效的控制，在增長過程中，應及時地掌握產品的失效信息，及時地進行可靠性評估，繪制出可靠性增長的跟蹤曲線，跟蹤曲線與計劃曲線的對比可為可靠性增長控制提供依據。
四、國內外研究現狀
可靠性增長主要是指研制生產過程的可靠性增長，在使用過程中，產品的可靠性也有可能不斷增長，例如有些產品在小批量生產階段實行了可靠性增長。可靠性增長試驗是工程試驗工作項目，它能夠使產品可靠性得到確實的提高，并能用數理統計方法進行評估。可靠性增長技術的迅速發展，引起了國內外工程界和從事可靠性研究的科技人員的廣泛關注。
1、國外可靠性增長技術的發展:
早在20世紀50年代，美國就已經開始可靠性增長技術的研究。1956年，H. K. We i s s在Operations Research上發表的學術論文“具有Poisson型失效模式的復雜系統中的可靠性增長估計”中，提出了個可靠性增長模型。
1962年，美國通用電器公司的工程師J. T. Duane分析了兩種液壓裝置及三種飛機發動機的試驗數據，發現只要不斷地對產品進行改進，累計失效率與累計試驗時間在雙對數坐標紙上使一條直線。Duane的經驗模型是可靠性增長技術發展中個重要的里程碑。
1972年，美國LU軍裝備系統分析中心的L. H. Crow在Duane模型的基礎上提出了可靠性增長的AMSAA模型或稱為Crow模型，Crow給出了模型參數的極大似然估計與無偏估計、產品MTBF的區間估計、模型擬合優度檢驗方法、分組數據的分析方法及丟失數據時的處理方法，系統的解決了AMSAA模型的統計推斷問題。AMSAA模型時可靠性增長技術發展中的第二個重要里程碑。
1989年，國際電工委員會頒發國際標準IEC61014《可靠性增長大綱》，2002年10月在國際電工委員會第66屆大會上對前兩個標準進行研討，擬增加用于可靠性增長計劃Krasich模型和Bayes模型、用于可靠性增長評估的IBM/Rosner模型等。
2、國內可靠性增長技術的發展:
1975年，錢學森同志向我國可靠性工程界指出:搞變動統計學的研究。后來進一步指出:變動統計學時可靠性工程界的三大研究方向之一。
20世紀70年代末期，航天系統開展了可靠性增長技術的研究。
1992年5月，國防科工委頒發國家軍用標準GJB1407《可靠性增長試驗》，并指出該標準主要用語各類軍用電子系統或設備的工程研制階段，其它階段和其它設備也可參照執行。可靠性增長試驗時實現可靠性增長的一個正規途徑，其目的在于有計劃地激發故障、分析故障和改進設計并證明改進的有效性。
1994年8月，國家技術監督局頒發國家標準GB/T15174《可靠性增長大綱》，等效采用國際標準IEC61014a
1995年10月，國防科工委頒發國家軍用標準GJB/Z77《可靠性增長管理手冊》，主要參照美軍標MIL-HDBK-189。后者指出，美國LU軍裝備系統分析中心(AMSAA)模型也可用于高可靠性的試驗次數足夠多的一次性使用產品的成敗型離散數據的可靠性增長分析。MIL-HDBK-189并沒強調限定詞“高可靠的試驗次數足夠多的”，直接給出了AMSAA模型方程選擇指南。但是，這兩者既沒有詳細討論成敗型離散數據庫與連續的時間故障數據間的對應關系，也沒有給出成敗型離散數據應用AMSAA模型的實例。