可靠性增长概述

一、可靠性增长的基本概念通过不断地消除产品在设计或制造过程中地薄弱环节，使产品可靠性随时间而逐步提高的过程，称为可靠性增长过程。可靠性增长是保证现代复杂系统投入使用后具有所要求的可靠性的一种有效途径，贯穿于系统寿命周期地各个阶段。在不同的寿命周期阶段，可采用不同的方法及技术来实现可靠性增长。
二、可靠性增长试验
1、有计划地激发失效、分析失效原因和改进设计，并证明改进措施地有效性而进行地试验，称为可靠性增长试验。它是实现可靠性增长的一个正规途径。
2、可靠性增长试验的目的，就是通过试验-分析-改进-再试验(test, analyze, and fix,简称TAAF)，解决设计缺陷，提高可靠性。可靠性增长试验是GJB450的一个工作项目，是增长可靠性的主要手段之一。
3、可靠性增长试验作为工程研制阶段的组成部分，是产品工程研制任务中单独安排的一个可靠性工程项目。为了有效地完成规定任务，可靠性增长试验通常安排在工程研制基本完成之后和可靠性鉴定试验之前。在这个时期，产品的性能与功能己基本上达到设计要求，产品的结构与布局已接近批生产时的结构与布局。同时，由于产品尚未进入批生产，必要时还来得及对产品设计和制造进行较为重大的更改。
4、可靠性增长试验期间采用的环境条件及其随时间变化情况，应能反映受试产品现场使用和任务环境的特征，即应选用模拟现场的综合环境条件。如果条件不具备，可选择一项或者几项环境条件，所选条件应慎重考虑，应该选择一项对产品可靠性影响大或较大的环境条件。综合环境试验条件应按照GJB899《可靠性鉴定和验收实验》的指导思想来确定。在应力种类和应力登记确定之后，应根据受试产品现场使用时所遇到的工作模式、环境条件及其变化情况，确定一个试验环境剖面，将所选的环境应力及其变化按时间轴进行安排。
5、可靠性增长试验的核心是TAAF试验，其工作步骤如下1)借助模拟实际使用条件的试验诱发产品失效，充分暴露产品的问题和缺陷;(2)对失效定位，进行失效分析，找出失效机理3)根据失效分析结果，对B类失效，制定出纠正措施;(4)制造新设计的有关硬件;(5)将新硬件重新投入试验，以便验证纠正措施的有效性，同时暴露产品的其他问题和设计缺陷。严格的可靠性增长试验，必须在限定资源下，对TAAF试验进行计划、跟踪与控制，使产品可靠性达到预期目标。

图2可靠性增长试验过程示例
6、可靠性增长试验虽然是提高产品可靠性水平的一种有效手段，但因其费用高、时间较长，通常只用于关键产品、高风险或复杂的产品。对于结构简单、标准化、系列化程度较高的产品，一般没有必要进行专门的增长试验。所谓的关键产品应是具备4个条件之一的产品：（1）对系统可靠性有重要影响的产品；（2）新研制的重要产品；（3）采购费用较高的产品；（4）需做重大改型才能满足使用要求的重要产品。
三、可靠性增长管理为了达到预定的可靠性指标，对时间和其他资源进行系统地安排，并在估计值与计划值比较的基础上依靠重新分配资源对增长率进行的控制，称为可靠性增长管理。可靠性增长管理的基本内容:进行可靠性增长规划;制定可靠性增长计划;实施可靠性增长试验;控制可靠性增长过程。1.进行可靠性增长规划，确定增长目标可靠性增长规划是可靠性增长管理的依据，也是产品研制计划的组成部分。产品的可靠性增长目标，应根据工程需要与现实可能性，经过全面权衡来确定。通常，可以根据合同或者研制任务书中的可靠性规定值来确定。此外，还需要考虑同类产品的国内外可靠性水品、产品的固有可靠性、产品的可靠性增长潜力以及产品的可靠性预计值等各种因素。2.制定可靠性增长计划，细化增长要求制定可靠性增长计划，一般需要进行下述几项工作1)分析以往同类产品的可靠性状况以及可靠性增长情况，掌握它们的可靠性水平、主要失效及其原因和频度、增长规律、增长起点以及增长率等信息；(2)分析产品的研制大纲和可靠性大纲，了解有多少项研制试验，掌握各项试验的环境条件、工作条件及预计的试验时间等信息;(3)选择切合实际的增长模型，绘制可靠性增长的理想曲线和计划曲线。3.实施可靠性增长试验，进行可靠性增长分析评估可靠性增长试验的实施应根据GJB1407《可靠性增长试验》的规定，确定合适的试验方案，选择合适的试验产品和分析手段，完善FRACAS系统，对TAAF各环节进行严格的监督和控制。在可靠性增长过程中，产品的可靠性是在不断变化的。产品在各个时刻的失效数据，不是来源于同一母体，因此，需要应用变动统计学的原理来建立产品的可靠性增长模型。产品的可靠性增长模型反映了产品可靠性在变化中的规律。利用可靠性增长模型可以及时地评定产品在变化中的任一时刻的可靠性状态，常用的可靠性增长模型是AMSAA模型和Duane模型。4.控制可靠性增长过程，促进可靠性增长实现为了保证产品地实际增长过程大致按照增长计划进行，必须对增长过程进行跟踪与控制。如果出现较大地偏差，就要分析原因，找到影响偏差的因素，作出相应的对策，使产品地可靠性在预定的时间期限内增长到预定的目标。为了实施有效的控制，在增长过程中，应及时地掌握产品的失效信息，及时地进行可靠性评估，绘制出可靠性增长的跟踪曲线，跟踪曲线与计划曲线的对比可为可靠性增长控制提供依据。
四、国内外研究现状
可靠性增长主要是指研制生产过程的可靠性增长，在使用过程中，产品的可靠性也有可能不断增长，例如有些产品在小批量生产阶段实行了可靠性增长。可靠性增长试验是工程试验工作项目，它能够使产品可靠性得到确实的提高，并能用数理统计方法进行评估。可靠性增长技术的迅速发展，引起了国内外工程界和从事可靠性研究的科技人员的广泛关注。
1、国外可靠性增长技术的发展:
早在20世纪50年代，美国就已经开始可靠性增长技术的研究。1956年，H. K. We i s s在Operations Research上发表的学术论文“具有Poisson型失效模式的复杂系统中的可靠性增长估计”中，提出了个可靠性增长模型。
1962年，美国通用电器公司的工程师J. T. Duane分析了两种液压装置及三种飞机发动机的试验数据，发现只要不断地对产品进行改进，累计失效率与累计试验时间在双对数坐标纸上使一条直线。Duane的经验模型是可靠性增长技术发展中个重要的里程碑。
1972年，美国LU军装备系统分析中心的L. H. Crow在Duane模型的基础上提出了可靠性增长的AMSAA模型或称为Crow模型，Crow给出了模型参数的极大似然估计与无偏估计、产品MTBF的区间估计、模型拟合优度检验方法、分组数据的分析方法及丢失数据时的处理方法，系统的解决了AMSAA模型的统计推断问题。AMSAA模型时可靠性增长技术发展中的第二个重要里程碑。
1989年，国际电工委员会颁发国际标准IEC61014《可靠性增长大纲》，2002年10月在国际电工委员会第66届大会上对前两个标准进行研讨，拟增加用于可靠性增长计划Krasich模型和Bayes模型、用于可靠性增长评估的IBM/Rosner模型等。
2、国内可靠性增长技术的发展:
1975年，钱学森同志向我国可靠性工程界指出:搞变动统计学的研究。后来进一步指出:变动统计学时可靠性工程界的三大研究方向之一。
20世纪70年代末期，航天系统开展了可靠性增长技术的研究。
1992年5月，国防科工委颁发国家军用标准GJB1407《可靠性增长试验》，并指出该标准主要用语各类军用电子系统或设备的工程研制阶段，其它阶段和其它设备也可参照执行。可靠性增长试验时实现可靠性增长的一个正规途径，其目的在于有计划地激发故障、分析故障和改进设计并证明改进的有效性。
1994年8月，国家技术监督局颁发国家标准GB/T15174《可靠性增长大纲》，等效采用国际标准IEC61014a
1995年10月，国防科工委颁发国家军用标准GJB/Z77《可靠性增长管理手册》，主要参照美军标MIL-HDBK-189。后者指出，美国LU军装备系统分析中心(AMSAA)模型也可用于高可靠性的试验次数足够多的一次性使用产品的成败型离散数据的可靠性增长分析。MIL-HDBK-189并没强调限定词“高可靠的试验次数足够多的”，直接给出了AMSAA模型方程选择指南。但是，这两者既没有详细讨论成败型离散数据库与连续的时间故障数据间的对应关系，也没有给出成败型离散数据应用AMSAA模型的实例。