中国航空工业总公司可靠性和环境试验管理中心(北京100083)摘要可靠性增长技术是随着可靠性增长定量化(增长模型)的研究及其在工程中的应用而发展起来的。
本文通过大量的国内外资料，在分析了国内外增长模型研究的基础止，举例综述了国内外可靠性增长技术在工程中应用的现状和发展，以及目前结合我国国情开展的可靠性增长工程活动。
关键词可靠性增长历史现状发展一、可靠性增长和增长试验产品固有可靠性是设计出来的，制造出来的.由于产品复杂性的不断提高及新技术的不断应用，产品更新换代加速.设计一种产品，需要有一个不断深化认识、逐步改进和完善的过程。
初始产品(或称为样机)在试验或运行中故障较多，存在许多设计和工艺方面的缺陷。
通过有计划地改进设计和工艺，根除故障产生的原因，提高产品的可靠性水平，逐步达到预期的目标。
这种有计划的按照“试验一分析一改进”(Test, Analysis and Fix，缩写为TAAF)的程序，使产品可靠性获得提高的过程，称之为可靠性增长。
可靠性增长可分两种情况:在研制过程中的增长主要是通过改进设计来达到的;在生产过程中主要是通过对产品的筛选或老炼过程排除产品中的不良元器件、部件和工艺缺陷而得到增长。
当然，使用中又会进一步发现设计和制造工艺的不足之处，同时还会不断地收到使用中故障信息的反馈，通过改进产品使可靠性进一步提高。
实现可靠性增长的关键在于发现故障，分析原因，并采取纠正措施。
为了发现故障，就要对产品进行试验或运行，所以实现可靠性增长离不开可靠性增长试验。
可靠性增长试验是在产品研制过程中有计划地实行试验、分析及解决问题的一个过程.在这个过程中，产品处在实际环境、模拟环境或加速变化的环境下经受试验，以暴露设计中的缺陷。
所以，可靠性增长试验是在试验中激发产品故障、进行分析后采取有效的纠正措施、使产品固有可靠性得到不断提高的一种试验。
由于可靠性增长试验是通过TAAF过程来提高产品的可靠性，所以它包含了对产品性能的监测、故障分析及其对减少故障再现的设计改进措施的检验。
另外，可靠性增长试验本身只能暴露问题，不能提高产品固有可靠性，只有采取纠正措施，防止故障再现才能达到可靠性增长的目的。
可见，可靠性增长试验有两个作用:一是通过试验发现故障;二是判断或验证所采取的纠正措施的有效性.可靠性增长试验是可靠性工程的一个组成部分。
从可靠性增长的工程原理可以看出，可靠性增长试验离不开其它的可靠性工作，而其它工作的结果又将体现于或被利用于可靠性增长试验之中，这样才能将这些工作转化为工程上的现实效益。
可以说，可靠性增长试验是联结、带动各项可靠性工作的一条主线。
它可以作为一种手段来全面审查所有的可靠性活动，因此它是可靠性工程中最重要的项目之一。
应该指出，要注意区分可靠性增长试验和可靠性增长，可靠性增长试验是在产品研制阶段进行，但产品的可靠性增长贯穿了产品的设计、制造、使用和维修的全过程，即在研制阶段结束后，仍然存在可靠性增长的要求。
通过使用和维修中发现问题，不断改进产品，提高产品的可靠性。
当然，在可靠性增长及试验的概念提出来之前，就已经有人自觉或不自觉地按照TAAF的过程来提高产品的可靠性，尽管那时还没有出现“可靠性增长”一词.然而，这种做法可以说只停留在定性水平上，还没有达到定量要求.应该说，定量化的研究是从可靠性增长数学模型的研究开始的。
总之，可靠性增长是产品可靠性水平不断提高的一种现象或状态。
产生这种现象的根源是可靠性增长试验等一系列活动。
这种活动造成的可靠性增长现象是有规律可循的，即可以用可靠性增长模型这种数学形式来描述。
有了增长模型，研制活动的规划者和管理者就可以利用较为准确的定量方法来计算和评估研制对象的可靠性状态，并且在一定范围内预测末来的可靠性状态，以便就拥有的各项资源作出系统的安排.二、国外可靠性增长技术的现状和发展实现可靠性增长离不开可靠性增长试验，增长试验可以激发产品故障，对故障信息又要靠可靠性增长模型这种数学形式来描述，所以可靠性增长定量化的研究是随着可靠性增长模型的提出及其在增长试验中应用而发展起来的。
五十年代末期，国外就提出了可靠增长的思想，但在可靠性增长定量化的研究中，具有突破性贡献的是美国通用电器公司发动机与电机部门的一位工程师杜安(J. T. Duane)先生。
1962年，D。
先生发表了一篇报告，分析了五种设备(两种航空发电机，一种喷气发动机，两种液压装置)的近600万小时的失效数据，发现了这些设备的累积工作时间在双对数座标纸上呈现很好的线性关系。
Duane模型的出现，不仅使人们看到了可靠性增长定量化的可行性，也使人们看到了可靠性增长定量化的意义。
因为有了增长模型，研制计划的管理者就能用它来估计现时刻研制对象的可靠性水平，并且在一定条件下预测达到目标值所需要的时间和其它资源的需求量，以便就拥有的时间、人员、资金做出系统的安排和调整。
Duane模型已被后来许多其它的试验数据所证实.目前，Duane模型已成为一种具有广泛应用价值的可靠性增长模型.Duane模型提出的同年，Lloyd & Lipow(D. K. Lloyd & M. Lipow)提出T他们的Lloyd$. Lipow模型。
此后可靠性增长间题引起了国外可靠性工程界的广泛注意，并发表了数百篇论文、报告。
美国对可靠性增长间题更为重视，曾在1972年、1979年、1978年、1988年四次召开可靠性增长的学术会议，并发表了会议录(见表1)。
同时，各式各样的可靠性增长模型一个接一个地被提出来了.到目前为止，已经有几十个增长模型被应用于可靠性工程之中.如美军标MIL-IDBK-189，按照离散型增长模型和连续型增长模型的分类方法，总共给出了17个增长模型(其中离散型8个，连续型9个)。
参考文献〔5〕例举的软件增长模型就有91个。
分析这些模型，其中大部分是按照类似Duane的研究思路构造出来的，即分析具体产品的增长试验数据，然后从中益结出规律，提出增长模型。
此外，还有一部分是从其它学科领域的实践中总结出增长规律，提出增长模型，然后“引进”到工程可靠性增长领域.如生物学中描述细胞繁殖增长规律的甘培茨(Gompertz)模型。
再如，近年来研究较多的非参数增长模型(增长模型也可以分为参数和非参数增长模型)则又是借鉴了经济学领域中分析经济增长趋势的方法而得来的.另外，还有的模型，用“大胆假设”的方法来主观地假设增长过程，然后在此基础上推导出增长的数学模型，当然，这需要以后有更多的合适试验数据来支持这些假设。
在诸模型中，其中最成熟、应用最广泛的是Duane模型，从1962年开始，该模型不但被应用于硬件，还被应用于软件。
三十年的工程考验表明，它有广泛的适用性.1978年，该模型首先被美军标MIL-ST。
一1655(EC)所采纳.此后，分别于1989年和1987年被美国军用手册MIL-HDBK-338和MIL-HDBK-781所引用。
1989年，国际电工委员会(IEC )的TC-56 (CO) 150文件也采纳了Duane模型，当然，Duane模型也有一些缺点，其中最主要的就是没有考虑数据的散布特性，从而不易给出当前的MTBF的区间估计。
表1 美国可靠性增长学术会议概况[1] AMSAA是Amry Materiel System Analysis Activity的缩写。
[2] IES是Instituted Enviroomentat Sdmoes的缩写。
另一个被广泛应用的是AMSAA模型。
为了克服Duane模型的缺点，曾在美军装备系统分析中心(Amry Materiel SystemAnalysis Activity)工作的Crow. L. H在Duane模型的基础上于七十年代提出了一个新模型，称之为AMSAA模型或Crow模型。
人USA人模型与Duane模型的故障数均值公式完全相同，但AMSAA模型则进一步给出了Duane模型的概率解释。
Crow发展了单台系统可靠性增长的严格统计方法，包括参数及系统MTBF的总估计、系统的MTBF、形状参数的置信区间及模型的拟合优度检验方法.该模型也先后被美国军用手册MIL-HDBK-189，MIL-HDBK-338和MIL-HDBK-781所采用，接着又被IEC的TC -56(C0)150号文件所引用。
另外，随着软件应用的迅速发展，国外已有了数十种软件的可靠性增长模型，但其中有很多是未经工程验证的或者是适用面很小的模型，而且至今尚未推出被公认的通用模型。
为了验证增长模型的适应性以便更好的应用，1975年美国休斯飞机公司(HughesAircraft Company)根据罗姆航空发展中心(Rome Air Development Center，简称RADC)合同，对各种地面的机载系统(或设备)在“内场”和“外场”基本环境下进行了六种模型(Duane模型、IBM模型、指数一单项幕级数模型,Lloyd - Li pow模型、Aroef模型和简单指数模型)适用性的研究工作。
这六种模型，每一种都与数据组(地面设备有186个数据组，机载设备有84个数据组)进行拟合。
这些数据大多数都是从休斯公司制造的系统中获得的，对于地面计算机和显示器，也从海军舰船系统工程站得到一些外来数据。
根据资料[11]提供的数据，从按照地面/机载系统“内场”和“外场”分类进行的拟合优度分析结果来看，没有一个模型在任何场合都优于其它模型，即不存在绝对优良的模型.从机载设备对各类模型的拟合优度分析来看，不同的机载系统有比较好的拟合模型。
尽管Duane模型对几乎所有都拟合，但也很少有拟合“最佳”的情况。
由此可见，不同类型或不同规模的设备(系统)在研制中遵循着不同的可靠性增长规律。
也正是这个原因，可靠性增长模型至今仍在发展.综上所述，分析国外可靠性增长的发展历史，几十年来主要是围绕增长模型展开的。
当然，最近十几年已经开始转向了针对具体问题选择最佳模型的研究。
例如上述的休斯公司。
这种针对具体问题选择最洼模型的研究，已经逐步转为今后可靠性增长技术的研究主流。
因为，对广大可靠性工程师来说，目前面临的急需解决的问题不是缺少增长模型，而是缺少针对具体问题选择最佳模型的基本判别准则。
换句话说，也就是众多的增长模型的应用问题.关于应用经验，可以参考文献[11]中所介绍的美国空军机载设备可靠性增长及增长试验的应用经验，本文不再详述。
三、国内可靠性增长技术的发展和现状国内可靠性增长技术的研究是随着我国科学技术和工业的发展、国外可靠性增长理论和方法的引入，并结合我国实际情况开展可靠性工程活动而发展起来的.在可靠性增长的理论研究上，我国最著名的科学家钱学森同志于1975年、1977年和1981年先后三次提出我国要搞“变动统计学”和“小样本变动统计学”的研究.这就是我国最早提出的可靠性增长技术的理论基础.随后就有人从国外引进了Duane、AMSAA和Gompertz等模型，并作了许多工程验证工作.华东师大周延昆教授就是较早开始研究可靠性增长理论的学者之一。