绪论-可靠性系统工程理论与实践.ppt

电子信息学院 王召斌 2014年秋,系统故障检测及可靠性,联系方式,联系方式 办公地点：电信南楼446室 手机E-mail：,Page 1,The illustrated guide to a Ph.D.,假设人类所有的知识，就是一个圆。圆的内部代表已知，圆的外部代表未知。,2019/8/8,4,The illustrated guide to a Ph.D.,2019/8/8,5,The illustrated guide to a Ph.D.,2019/8/8,6,The illustrated guide to a Ph.D.,2019/8/8,7,The illustrated guide to a Ph.D.,2019/8/8,8,The illustrated guide to a Ph.D.,2019/8/8,9,The illustrated guide to a Ph.D.,2019/8/8,10,The illustrated guide to a Ph.D.,2019/8/8,11,The illustrated guide to a Ph.D.,你把人类的知识向前推进了一步，这时你就成为博士了。,The illustrated guide to a Ph.D.,现在你就是最前沿，其他人都在你身后。,The illustrated guide to a Ph.D.,但是，不要陶醉在这个点上。继续努力向前吧！,【引自】美国犹他大学，助理教授Matt Might， /articles/phd-school-in-pictures/,The illustrated guide to a Ph.D.,一 现实意义,从一般学理上看其意义: 1.学术规范有助于使学术活动制度化,学术活动标准化,建立必要的游戏规则. 2.学术规范是学者的自律精神与他律原则的体现,有利于理顺学者个体与学术共同体之间的正常关系. 3.学术规范教育是高校的诚信教育,学术素质教育的基本内容之一.,学术规范与学术道德,一 现实意义,4. 是提高科技创新力的基础 高铁运行控制系统-德国西门子 战斗机核心发动机-俄国,从现实教训上看其重要性:,（1）韩国最高科学家黄禹锡,2005年底，科学界披露了一件令人震惊的事件：韩国最高科学家、“克隆之父”黄禹锡的论文被揭发作假。 韩国政府决定取消黄禹锡“韩国最高科学家”称号，并免去他担任的一切公职。,(2)91年诺贝尔奖得主大卫巴尔的摩论文数据造假,1986年4月，诺贝尔生物医学奖获得者巴尔的摩和其合作者联名在著名学术刊物细胞上发表了有关免疫遗传学的论文，后因无法重复论文中的实验，被怀疑有弄虚作假的数据。这引起了外界的广泛关注。 1991年3月，美国国家卫生研究院经过两轮调查，正式指责论文中有两个关键实验数据是伪造的，属严重的科学不端行为，巴尔的摩于1992年辞去了洛克菲勒大学校长的职务。,(3)上海交大微电子学院院长陈进“汉芯”造假,2006年1月17日，一篇网络文章指责中国首款自主知识产权高端DSP芯片-“汉芯一号”发明人陈进弄虚作假，将从美国进口来的芯片加上了汉芯字样的标志，骗取国家上亿元无偿拨款。,(4)浙江大学贺海波论文造假,浙江大学贺海波论文造假，被撤销副教授职务和任职资格。中国工程院院士、浙江大学药学院院长李连达负有监管不力的责任，不再续聘。 浙大共核查了贺海波及其所在研究室相关人员涉嫌学术道德问题的论文20篇，其中贺海波涉及论文9篇。事发后，贺海波被撤销副教授职务和任职资格。浙大将其开除出教师队伍。,(5)东北财经大学学位论文抄袭,东北财经大学2007年某篇硕士学位论文，与南京财经大学2006年一篇硕士学位论文惊人相似，两篇论文整体框架完全一样，除了把地点“江苏”两字替换成“山东”，被网友称为“史上最牛硕士论文抄袭事件”。,（6）广州中医药大学同门抄袭,2009广州中医药大学校长徐志伟被赖文教授和吴丽丽副教授联名举报其博士学位论文抄袭。其博士学位论文竟然在没有标明引用的情况下，将早一年毕业的敖海清博士的学位论文原文大段大段、甚至一连数页粘贴过来，直接把这些论述、分析和数据作为自己的博士学位论文内容，雷同文字数高达40%以上。,（7）西安交大学生论文涉嫌抄袭,1997年前后，西安交大发现一篇学生论文涉嫌抄袭，学生导师为署名作者。学校当时连夜开会，认为该导师虽没有直接作弊，但事实上未能尽到文章审查职责，决定严肃处理。除了学生学位撤销，该导师也被停止晋升职称资格两年，且两年内不得再招收研究生。,学术界存在不良风气,对抄袭现象姑息迁就多,处罚不力,淡化为”过度引用”. 中国论文数量居世界第一 引用率排在100名开外 网络时代,大家获得资料的来源多样化,资料更容易以讹传讹,尊重第一手资料的意识淡化. 多手信息。 市场化结果，急功近利。学术不端行为是目前我国科技、教育领域对成果评价、人才培养体系急功近利的表现；学术不端行为中潜藏着人与人、单位与单位之间的利益关系；,当前强调学术规范的紧迫性,中国教育网关于“学术不端”行为的调查报告,中国教育网关于“学术不端”行为的调查报告,中国教育网关于“学术不端”行为的调查报告,二 学术规范的基本内容,1)学术研究规范; 2)学术引用规范; 3)学术注释规范; 4)学术评价规范。,1）学术引用规范,学术写作中为什么要引用?其意义是: 1)引用使特定的成果可以被置于学术史上的恰当位置,有助于别人判断这个成果的创新程度和学术价值. 2)学术引用可以避免重复前人已经完成的研究,避免无效劳动. 3)学术引用是学术评价的重要指标. 4)学术引用的状况是学术职业化所达到的程度的反映.,1）学术引用规范,学术引用的10条伦理规范: 1)应体现学术独立和学者尊严; 2)必须尊重作者原意,不可断章取义; 3)引注观点应尽可能追溯到原创者; 4)应便于他人核对原文; 5)尽可能保持原貌,如有增删须加以说明; 6)引用以必要为限,避免过度引用; 7)引用要以晚近的修订版本为准; 8)引用未发表的作品须征得作者或权益人的同意; 9)引用应有明显标志,避免混淆; 10)引用须标注真实出处,并提供相关准确信息.,2）学术评价规范,学术批评是学术创新的必要条件,学术批评要遵循科学规范,体现求实的精神,避免一味吹捧,或者一味”酷评”. 针对性; 客观性; 清晰性; 逻辑性; 互动性.,三、学术不端行为的表现形式,教育部对高校学术不端的七种行为进行了认定： 1、抄袭、剽窃、侵吞他人学术成果； 2、篡改他人学术成果； 3、伪造或者篡改数据、文献，捏造事实； 4、伪造注释； 5、未参加创作，在他人学术成果上署名; 6、未经他人许可，不当使用他人署名； 7、其他学术不端行为。,四 工科学生学术规范注意事项,学术规范具有因不同学科而异的各自特性,也有需要共同遵守的共性. 1）严密性 2）可操作性 3）可重复性,参考资料,从学术道德问题案例，分析规范学术行为的重要性，殷坤龙，2011。 关于学术规范与学术道德问题 徐放鸣，2009.,系统故障检测及可靠性,绪论,基本概念 发展历程 应用模式 发展展望,36,2019/8/8,一、概念内涵,可靠性 产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力 与产品故障特性直接相关 度量指标： 故障率 平均故障间隔时间 可靠度,故障统计规律,一、概念内涵,耐久性 指产品在规定的使用、储存与维修条件下，达到极限状态之前，完成规定功能的能力 极限状态是指由于耗损（如疲劳、磨损、腐蚀、老化等）使产品从技术上或从经济上考虑，都不宜再继续使用而必须大修或报废的状态 与产品耗损故障直接相关 度量指标 大修期、保修期、总寿命、储存寿命,故障统计规律,一、概念内涵,环境适应性 反映产品在变化的环境条件下仍能正常工作的能力 故障率不随环境变化而波动 与故障直接相关的特性 度量指标 极限工作条件,故障统计规律,安全性 产品不导致人员伤亡、系统毁坏、重大财产损失或不危及人员健康和环境的能力。 以可接受的风险完成规定功能 与故障间接相关：“一次故障工作，二次故障安全” 度量指标 事故概率、损失率、安全可靠度,一、概念内涵,现实：可靠、安全是相对的 故障、事故是绝对的,一、概念内涵,维修性 产品在规定的条件下和规定的时间内，按规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复其规定状态的能力 与故障直接相关的特性：没有故障就没有维修 度量指标 拆装时间 平均修复时间（MTTR） 维修工时/工作小时,维修性一种评价产品是否容易维护和修理的特性,一、概念内涵,测试性 产品能够及时而准确地确定其状态（可工作、不可工作或性能下降），并隔离其内部故障的能力 与故障直接相关的特性：预测与诊断故障 度量指标 故障检测率、故障隔离率、虚警率 故障检测时间、故障隔离时间,测试性预测产品故障和诊断产品故障的能力,一、概念内涵,测试性技术发展历程,外部测试,机内测试,综合诊断,预测与健康管理（PHM）,保障性（可服务性） 保障性是指产品和保障（服务）系统有机结合后能满足平时战备和战时使用要求的能力 部分与故障直接相关：维修过程中能否得到及时有效的保障（服务） 产品需要设计的“好保障” 保障系统需要设计和运行“保障好” 保障资源 ：保障设备、备件、技术资料、保障设施、保障人员协调、高效 度量指标 可用度、保障规模、保障资源利用率、保障规模,一、概念内涵,一、概念内涵,系统工程 钱学森的定义：组织管理系统的技术 组织管理系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法，是一种对所有系统都具有普遍意义的科学方法 可靠性系统工程 研究产品全寿命过程中与故障作斗争的科学方法，它运用系统科学与系统工程的理论和方法，从系统的整体性及其同外界环境的辩证关系出发，研究产品发生故障的机理与规律，预防、预测、诊断和修复产品故障的理论与方法，并运用这些机理与规律、理论与方法开展一系列相关的技术与管理活动。,一、概念内涵,47,2019/8/8,10 20 30 40 50 60 2000 年代,全面质量管理 过程质量控制 过程质量检验,维修性工程,二、发展历程,48,2019/8/8,二、发展历程,49,2019/8/8,二、发展历程,50,2019/8/8,二、发展历程,发展历程 技术导入：20世纪80年代 重点应用：20世纪90年代 全面推进：21世纪初期 取得成效 观念转变 概念普及 法规制定 标准配套 技术应用,51,2019/8/8,二、发展历程,52,2019/8/8,二、发展历程,可靠性系统工程应用模式,三、应用模式,2019/8/8,53,RSE技术集成,RSE组织形式,RSE指标需求,RSE专业队伍,RSE工作流程,RSE规范指南,RSE过程控制,RSE数据信息,可靠性系统工程能力评价,三、应用模式,指标需求 组织形式 流程约束 规范指导 过程监督 信息综合 技术集成,RSE能力,需求牵引 长寿命 耐久性（总寿命、首翻期） 高可靠 基本可靠性 任务可靠性 快诊断 故障诊断流程 中央维护系统（CMS） 能预测 预测与健康管理系统（PHM） 易维修 维修可达 拆卸便利 好保障 保障资源 全（设备、设施、人力人员、技术资料、备品备件） 保障规模小（压缩保障资源品种、数量） 保障效率高（综合测试设备、交互式电子手册、保障信息系统） 要安全,三、应用模式,权 衡,故障,对策,三、应用模式,组织形式：质量部门主导的可靠性组织结构,三、应用模式,组织形式 项目主导的可靠性组织结构,三、应用模式,组织形式：矩阵结构,三、应用模式,专业队伍：可靠性工程师,RSE专业总人数,40岁以上人员,国外：RSE专业工程师基本要求：从事产品设计20年、年龄40岁以上,可靠性系统工程工作项目总计70项，每个工作项目仅有0.6-1.4人在承担。,专业队伍人员结构：2009年统计数据,三、应用模式,三、应用模式,过程监控 监控基础 横向关系 工作项目之间的内在逻辑关系 纵向关系 成品到系统 系统到整机 监控重点 流程 方法 接口 结果 监控主体 政府/企业 企业/供应商 用户/产品 监控方法 定性检查单 定量跟踪线,三、应用模式,流程约束 什么部门、什么人 什么时候 做什么工作 用什么方法/工具 向谁要什么输入 得到什么输出 输出给谁用,三、应用模式,RMS专业与传统专业的综合流程,三、应用模式,基于FMECA（故障模式影响及危害度分析 ）的RMS技术流程,三、应用模式,综合了与故障相关技术与管理活动的IPT流程,规范指导 规范内涵 规范指南是指导和约束五性工程活动的技术文件 每一项工程活动都应有符合型号特点规范指南 规范指南的建立应该符合国家军用标准、行业标准 规范类别 反映型号RMS技术和工作要求的强制性规范； 验证和考核型号RMS技术要求和工作要求是否达到的约束性规范； 为如何实现武器装备RMS技术和工作要求提供技术指导或技术支持的指南性规范,国防工业出版社,三、应用模式,三、应用模式,规范指导：RSE规范体系,三、应用模式,技术集成,可靠性技术 可靠性分配 可靠性建模 可靠性预计 故障模式影响及危害性分析 故障树分析 事件树分析 可靠性设计准则 电子元器件选用设计与控制 降额设计 裕度设计 余度设计 电路容差分析 电磁兼容分析 潜在通路分析 热分析 振动分析 分析 耐久性分析 可靠性摸底试验 可靠性增长试验 可靠性强化试验 环境应力筛选试验 常规寿命试验 加速寿命试验 加速退化试验 可靠性鉴定试验 可靠性验收试验 可靠性评估 软件可靠性 维修性技术 维修性分配 维修性建模 维修性预计 维修性设计准则 维修性核查与验证 测试性技术 故障预测设计 故障诊断设计 保障性技术 RCMA LORA OM&TA 备件预测技术 交互式电子手册技术（IETM） 综合技术 指标综合论证技术 可用性建模与仿真技术,三、应用模式,三、应用模式,能力评价 可靠性系统工程能力成熟度 已执行级（1级）。开始RMS各项工作，但工作项目不完善，各项工作处于混乱状态，没有良好的计划和跟踪监控，RMS工作不能和产品的设计、试验和生产过程相融合。RMS工作的效果，取决于执行工作的人员素质。 已管理级（2级）。RMS工作有专人负责，成为专业，并且与设计、试验和生产过程相融合，产品的RMS专业特性得到保证。一个项目中RMS工作的成功经验，可以在组织中的其他项目中复现。 已定义级（3级）。建立了组织的RMS标准规范，各项目实施中RMS工作均按照标准规范执行，产品RMS指标得到很大程度的提高，RMS工作结果可以被跟踪和控制的。 定量管理级（4级）。RMS工作的执行可用量化指标来度量，组织的RMS工程能力可以量化评测。通过量化的手段可以预测产品RMS指标的改进趋势、工作进度、成本需求。当超过不可接受的范围时，可以采取相应的手段加以纠正，从而实现对产品RMS工作的控制和管理。 优化级（5级）。组织能对RMS工作进行整合及优化。组织有能力识别出RMS工作的潜在缺陷并进行有针对性的过程改进。组织能主动吸取新技术或者完善已有的技术，组织可靠性系统工程能力会得到不断的改进和完善。,未实施级,已执行级,已管理级,已定义级,已量化管理级,优化级,等级1,等级2,等级3,等级4,等级5,能力评价 可靠性系统工程能力等级是根据可靠性系统工程能力的不同水平进行划分的，每一等级都代表了组织改进过程中经历的一个阶段。,三、应用模式,三、应用模式,可靠性系统工程能力评价要点,能力评估,三、应用模式,74,2019/8/8,四、发展展望,战略层面 装备质量管理条例 总装备部/国防科工委顶层文件 可靠性、维修性、测试性关键技术 可靠性维修性保障性指标定型审查 工程层面 总设计师系统、可靠性设计师系统 组织机构、专业人才、系统工程管理 科研层面 共用技术预研 基础科学研究 技术基础研究 关键技术攻关 重大基础研究,75,2019/8/8,Strengths and Weaknesses: On the other hand, quality and innovation remain weaknesses. Chinese industry is still learning the importance of reliability and repeatability. China has not yet demonstrated the ability or innovation to go through a research, development, and acquisition process for a sophisticated weapon system without foreign assistance.,四、发展展望,发展目标,建立故障学理论,可靠性系统工程能力评价,组织,队伍,流程,需求,规范,集成,信息,控制,可靠性技术,维修性技术,测试性技术,安全性技术,保障性技术,故障相关特性技术,运用故障规律,故障学,可靠性系统工程,四、发展展望,五、 可靠性工程的几个热点问题,可靠性工程的热点问题一,无维修使用期(MFOP) 在国际上早在1995年对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，摒弃随机失效无法避免的旧观念，故障率浴盆曲线分布规律也就被打破。当前国际上兴起在可靠工程中推行失效物理方法的新潮流，目的是设计出不存在随机失效的产品。同时，从故障修理转换到计划预防维修。,无维修使用期(MFOP),要做到“无维修使用期”必须作好如下两项工作： 一是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。 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； 容错设计； 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。,无维修使用期(MFOP),二是改变可靠性工程工作方法：必须把人力、精力集中于产品研发早期阶段。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。,可靠性工程的热点问题二,可靠性指标体系及其验证 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。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（成功、故障）”处理。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。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。,可靠性指标体系及其验证,早在70年代美国在地面产品广泛地采用故障加权。 在1980年美军标准MILSTD785B颁布后，故障加权处理方法被取缔。 产品可靠性指标细化分解，分别验证。MILSTD7810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。 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。 目前对故障加权有争议。,可靠性工程的热点问题三,加强软件可靠性设计 随着社会日益信息化，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。 时至今日软件可靠性工程的有关技术还不够成熟，还有许多问题有待研究。,软件可靠性设计,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。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，可靠性数学模型建立难度很大；b)可靠性指标确定多样化；c)目标的实现、测试、评估和验证、模式的不确定性；d)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陷和故障所引发的。,可靠性工程的热点问题四,改变传统观念 实施集成化结构设计 传统的汽车机械系统即将走入历史。 FlexRay网络通讯系统用以整合包括Brake-by-Wire（电子制动）、Steer-by-Wire（电子转向）等控制系统，让汽车发展成百分之百的由单一电子系统控制车辆。,集成化结构设计,在技术上深入开展软件可靠性、机械可靠性，全面推广计算机辅助设计(CAD)技术在可靠性工程中应用，积极采用模块化、综合化、容错设计、光导纤维和超高速集成电路等新技术来全