泛可靠性理论的发展

从传统的观念来看，只要设计正确，产品就能发挥其预定功能。如果没有特殊的外在原因，产品不会发生什么故障。在第二次世界大战以前，电子技术还没有广泛采用，情况确实如此。只要精心制造，一般产品都还比较耐用。因而，可靠性问题没有为人们所认识。

在二战中，以现代电子技术为先导的各种新技术广泛运用于各类装备中，让人意想不到的是，各种问题也源源不断地出现。如战时美国运往远东的飞机电子装置中，有60%在到达时就发生了故障。备品中的50%以上实际上无法使用。空军的轰炸机用电子装置中很少能20h无故障地工作，舰船装备中的电子装置有70%不能正常工作。日本的新型驱逐舰的涡轮叶片屡屡发生断裂事故，德国的V1、V2火箭在试验中也出现过不少麻烦，这一切都不能不令人深思。1943年，德国科学家拉瑟（R.Lusser）在开发V1、V2型火箭时已经意识到了可靠性问题。然而由于不久德国战败，可靠性的研究并没有在德国马上开花结果。拉瑟本人也于战后被送到美国，协助美军进行导弹开发工作，并继续对导弹的可靠性进行深入的研究。后来，他率先提出了用定量的、统计的方法来处理可靠性问题的思想，奠定了现代可靠性技术的基础。因而，拉瑟被誉为“可靠性技术之父”。

二战时美国电子装置的频频故障，使得美军不得不正视这个问题。1950年，美国陆海空军共同开发局设立了电子装置可靠性调查委员会，由陆海空三军人士及民间专家担任委员，承担起对问题做全面、彻底研究的使命。从此，可靠性问题正式列入了议事日程。

1950年至1952年，这个委员会十分活跃。为了进一步扩大对军用电子设备故障的认识，他们和军队以外的各种研究机构签订了委托调查合同，如海军委托维托（Vitro）公司、贝尔研究所研究电子元件的故障，陆军与康乃尔大学签订了电子管分析的长期合同，空军请兰德公司对军用电子装置的可靠性进行了全面的调查。在此期间，美军内部也统一了意见，即在武器的采购及使用时，把可靠性作为最优先的目标来考虑。根据可靠性调查委员会1952年的报告，该委员会在同年脱离陆海空共同开发局，并发展成为电子装置可靠性咨询委员会，但其使命任务依旧未变。按照1954年的最后指令报告，为了实现军用电子装置的可靠性，电子装置可靠性咨询委员会必须确保由科学、技术、生产经营方面的权威人士组成，对电子装置的设计、开发、供应、生产、维修、使用和培训等各有关领域的可靠性问题进行监管，发现问题并进行适当的咨询。电子装置可靠性咨询委员会对可靠性技术的初期发展起到了极大的推进作用。

与此同时，由于朝鲜战争的爆发，可靠性问题再次成为人们关注的焦点。当时所使用的战斗机失事很多，失事的主要原因是电子装置有问题。这些问题使得美国国会中一个委员会以“在战争中购入有重大故障的武器是对税金的巨大浪费，世界大战已过去五年了，为什么还重复着同样的失败？”为题向政府质询，并宣传他们的观点：“为了满足复杂的性能要求，仅仅在装置的设计上下功夫是不够的。不但购入的费用要经济，使用的费用也要较低，并且必须适应不断变化的作战要求。”为此，电子装置可靠性咨询委员会不得不马上做出反应，于1956年设置了九个专业小组。除军内人员外，还任命了几十位军外的学者、技术人员，扩大和强化了机构，并于1957年6月发布了著名的报告书《电了装置可靠性咨询委员会报告》。其内容以已收集的大量情报和知识为基础，归纳了“可靠性要求的定量化和开发的确认试验法”，劝告美军购置电子装置的实施方针要有大的转变。从那时起直到1960年左右，可靠性方面的美国军用标准、规范和手册陆续出版，成为当今世界上可靠性标准体系的基础。

20世纪五六十年代是可靠性工程全面推进的发展阶段，可靠性工程理论和方法在一些重大装备（如F-16A飞机、M1坦克等）研制中得到了应用，并取得了良好的效果。20世纪80年代以来，可靠性工程得到了深入的发展，可靠性已成为提高装备战斗力的重要因素，可靠性已被置于与性能和费用同等的地位。1980年美国国防部首次颁布可靠性及可维修性指令Do DD5000.40《可靠性及可维修性》。1985年，美国空军推行了“可靠性及可维修性2000年行动计划”（R&M2000）。该计划从管理入手，依靠政策和命令来促进空军领导机关对可靠性工作的重视，加速观念转变，使可靠性工作在空军部队形成制度化。这一系列措施加强了可靠性工作，提高了武器装备的战斗力，其成效在海湾战争、科索沃战争中已得到充分证明。

随着可靠性工作的深入发展，人们认识到从装备战备完好性和寿命周期费用的观点出发，单纯提高可靠性不是一种最有效的方法，必须综合考虑可靠性及维修性才能获得最佳的结果。

维修性概念自产生以来，其发展历程大致经历了三个时期：

一是初始阶段（1966年以前）。在这个时期之初，由于工业生产的规模不大，产品本身的技术水平和复杂程度都很低，设备的利用率和维修费用问题还没有引起人们的广泛注意，这时的产品主要是进行事后维修，即所谓不坏不修，坏了再修。后来，由于大生产发展，产品技术水平和复杂程度都有了明显提高，故障对生产的影响也显著增加，与之相应的是，带来了维修费用急剧上升。为使产品在满意水平上运行，降低和避免因故障而带来的损失，人们开始重视产品的维修问题。此时关于可维修性研究的主要内容是修复性维修的定性和定量分析。起初，主要是提出设计指南。1956年美国莱特航空公司的J.D.Folley和J.W. Altman在《机械设计》上先后发表了12篇文章对维修设计进行了介绍。后来，人们又选择把维修时间作为一种定量尺度，开始研究维修时间与维修人员技能与经验、维修环境和设备等因素，以及与备件准备、试验和保障、行政管理等维修活动之间的关系。这些研究成果主要包含在MIL-STD-721B之中。这段时期维修性技术发展的标志是1966年制订的三个重要文件：MIL-STD-470（《可维修性大纲要求》）、MIL-STD-471（《可维修性验证》）和MIL-HDBK-472（《可维修性预计》）。

二是发展阶段（1966—1978年）。这一时期维修性研究进展主要有两个：一是采用自动测试设备；二是应用以可靠性为中心的维修思想。

为了提高装备的战备完好性，解决易于维修的问题，需要开展可维修性工程。可维修性工程工作的重点是确保装备存在潜在故障时尽可能预防故障的发生，并在出现故障时能够简便、迅速、经济地完成对装备的测试、维修，从而缩短维修时间，增加装备的可用时间。但是，为了减少维修时间，首先要找到故障部位，有时找到故障部位所花的时间比修复故障时间还要长，特别是对于采用微型器件的电子设备，因而产生了测试性工程，测试性工程在过去通常作为维修性工程的一个分支。

20世纪70年代，随着半导体集成电路及数字技术的迅速发展，军用电子设备的设计及维修产生了很大变化，设备自测试、机内测试（BIT）、故障诊断等概念引起了设计师和维修工程师的重视。此后，故障诊断能力、机内测试成为维修性设计的重要内容。后来，美国颁布了一系列军用标准，强调测试性是维修工作的一个重要组成部分，认为机内测试及外部测试性不仅对维修性设计产生重大影响，而且影响到装备的战备完好性和寿命周期费用。为解决现役装备存在的诊断能力差、机内测试虚警率高等方面的问题，美英等国相继开展了综合诊断及人工智能技术的应用研究，并在新一代的武器系统中得到应用。美国空军实施了通用综合维修和诊断系统计划，海军实施了综合诊断系统计划，陆军实施了维修环境中的综合诊断计划。综合诊断已在美国空军的先进战术战斗机F22h轰炸机B 2V陆军的倾斜转子旋翼机V 22及M1坦克的改型中得到应用。美军近些年来提出了不少保障装备正常运转的新的理念和技术，如“精确保障”“自主式保障”“基于绩效的保障（PBL）以及预测与健康管理系统（PHM）”，这些都是测试技术发展和装备内各种信息综合运用的结果。

而以可靠性为中心的维修思想（RCM）则是以“预防为主”维修思想的进一步发展。1968年和1970年，美国联邦航空局分别颁布了第一个和第二个以可靠性为中心的维修大纲MSG 1和MSG 2。该大纲主要是根据每个设备的固有可靠性和每个可能发生的失效后果，采用逻辑分析决断技术，确定机载设备需要什么就维修什么。维修方式也主要是以程序主导型维修为主，包括定时维修、视情维修和状态维修。在此基础上，后来，又产生以任务主导型维修为主的MSG 3大纲。1978年美国的Stanley Nowlan和Howard Heap撰写的《以可靠性为中心的维修》报告标志着RCM理论的正式诞生。在这段时期内，维修性工作的主要内容是对有关标准作了进一步修订。1973年3月，MIL-STD-471改为MIL STD471A，1975年1月又增加了“注意事项”，并更名为《可维修性鉴定、验证和评估》。1978年12月，颁布了MIL-STD-471A的一项附录“装备/系统的验证和评估——机内检测/机外检测/故障隔离/可试验性的特征和要求”。

三是成熟阶段（1978年至今）。到20个世纪70年代末，维修性工程已发展成为一门成熟的工程学科，提出了很多维修性分析、预测和试验方法，并广泛用于系统设计之中。1979年研制成功的存储容量为64K的超大规模、超高速集成电路的出现，使进行自身功能测试并故障诊断的电路和计算机软件融为一体成为可能，从而极大地推动了系统故障诊断和状态监测等维修技术的发展。1980年美国国防部正式颁布了第一个关于可靠性和维修性的条令5000·40。规定了发展各种武器系统的可靠性和可维修性政策，以及有关部门对可靠性和可维修性的职责。要求所有武器系统从采购计划一开始就要考虑可靠性和可维修性，并通过设计、研制、生产及使用各阶段来保证所要求的可靠性和可维修性。这一时期内，可维修性标准修订主要是：1981年1月公布了修订的MILSTD470A，名称更名为“系统和设备的可维修性大纲”，在内容上有相当大的扩充，主要有两点变化：一是强调把设备的可测试性作为可维修性大纲的一个组成部分；二是强调在所有三级维修中都要考虑可维修性大纲。

总的来说，我国可维修性研究工作还处在打基础阶段。从20世纪60年代开始我国进行可靠性研究以来，经过多年的曲折和反复，到80年代以后，可靠性和可维修性研究才得到了新的较快发展。1986年我国成立了军事技术装备可靠性标准化委员会。随后，1987年和1988年先后颁发了国家军用标准《准备维修性通用规范》（GJB36887）和《装备研制与生产和可靠性通用大纲》（GJB45088）。1989年制定了航空工业标准HB6211《飞机、发动机及设备以可靠性为中心维修大纲的制定》。1992年和1993又发布了国家军用标准《装备预防性维修大纲的制定要求与方法》（GJB137892）和《武器装备可靠性维修性管理规定》。1994年颁布了《装备预防性维修大纲实施指南》，进一步指导各类武器装备维修大纲的制定。2001年海军装备部完成了《维修理论及其应用研究》。这些规章的发布与实施，推动了可维修性研究工作的深入和发展，标志着我国可维修性研究正在进入一个新的发展时期。

在20世纪70年代中期，美英等国大部分现役战斗机的战备完好性都较低，其能执行任务率一般为61%左右，严重地影响着部队的作战能力。例如，F 15A飞机每出动飞行一个架次平均需要维修15h，其中大约20%的时间用于等待备件，30%的时间处于维修或等待维修。

随着大型装备复杂程度的提高，战备完好性差和保障费用高越来越成为人们“头痛”的问题。为了解决这个难题，装备的保障性问题开始引起人们的重视。美国国防部在1973年颁布标准MIL-STD-1381《后勤保障分析》和MIA 5TD 13882《国防部对后勤保障分析记录的统一要求》，随后又经过多次修改补充，这两个标准规定了装备寿命周期内各个阶段开展保障性工作的要求和程序，为改善装备的保障性提供了技术手段。

20世纪80年代中期，美国军方认识到，不仅需要通过分析与设计来解决，更重要的是要从管理入手，综合运用各种工程技术来解决保障性问题。于是，提出了“综合后勤保障”的概念。1983年，美国国防部颁布了指令Do DD50000.39《系统和设备综合后勤保障的采办和管理》。该指令规定保障性应当与性能和费用同等对待，规定了从装备寿命周期的一开始就要开展综合后勤保障工作，并要求当装备部署到部队时保障系统也应当同时建成。

20世纪90年代，美国国防部进行了采办改革，提出了“采办后勤”的概念，废除了Do DD50000.39，将综合后勤保障纳入国防部指示Do DI5000.2《防务采办管理政策和程序》。该政策规定：“在武器系统的整个采办中开展采办后勤保障活动，以确保系统的设计和采办能够经济有效地考虑保障问题，并确保提供给用户的装备有优化的保障资源，以满足平时和战时的战备完好性要求”。1997年5月30日，美国国防部颁布了MIL-HDBK-02《采办后勤》，将综合后勤保障改为采办后勤。从采办后勤的内涵可看出，采办后勤的内容要比综合后勤保障的内容宽，综合后勤保障主要解决综合考虑保障要素的问题，而采办后勤则要全面考虑保障性的问题，在研制装备的同时，采办装备所需的后勤保障资源。采办后勤实质上是更加突出强调保障性的地位。美国在新一代装备的研制中，都突出强调了保障性，例如，从F22战斗机工程项目一开始，就重视保障性，在方案论证阶段有40%的工作量都用在考虑与保障性有关的问题。联合攻击战斗机（JSF）研制过程中，明确提出保障性是飞机的三大性能要素（杀伤力、生存性和保障性）之一，并且要求在经济可承受的范围内实现飞机的保障性要求。

美国国防部于2003年5月29日颁布了《武器系统的保障性设计与评估——提高可靠性和缩小后勤保障规模的指南》，2005年8月3日颁布了《可靠性可用性和可维修性指南》等一系列指导性文件。

20世纪80年代后期，国外综合后勤保障概念引入我国。随着综合后勤保障概念的引入，国内组织跟踪了国外发展动态，在消化、吸收和借鉴国外经验的基础上，结合我国国情，先后制订了GJB1371《装备保障性分析》，GJB3837（装备保障性分析记录》和GJB3872《装备综合保障通用要求》等军用标准，出版了《综合保障工程》、《装备保障性工程》等专著，召开了多次研讨会，为在我国普及和推广装备综合保障工作奠定了基础。

可靠性工程的核心是从设计上保证装备尽可能无故障，同时预先分析出装备在工作时出现故障的模式和原因，以确保采取有效的改进措施。它对提高装备的战备完好性和降低保障费用起到了重要作用。这项工程技术方法是从电子产品发展而来，因而有些分析技术、设计方法只适合于电子产品，对于机械产品、软件产品就不一定完全适用，加之缺乏数据积累，因而在型号实施中的效果有时还达不到要求。随着信息技术在装备中的广泛应用，软件在装备中的比例不断增大，出现了一种新型的装备形态，称为软件密集装备或软件装备，这些装备采用的硬件大都是成熟产品，一般情况可靠性指标都非常高，因此传统的预计和分配技术失去意义，而软件可靠性成为最突出的问题，如何提出软件可靠性、可维修性、保障性要求，如何对其进行设计、分析和评价，成为一个新的难题。同时，即使装备的可靠性有所提高，但还是不能完全解决装备的全部使用和保障问题，装备除了解除故障需要保障资源支持外，要执行任务还需要诸如装备使用前的准备、加注燃料和特种液体、补充弹药、充电和充气、装备的储存和运输等使用保障活动。而且为了提高装备的可靠性，必须采用冗余设计、高可靠的元器件，这会造成装备复杂程度提高，研制费用和保障费用都会增加，也增加了使用与保障工作量，装备的战备完好性水平有时并不一定能得到明显提高。因此，单纯通过可靠性工程解决装备使用和保障问题的作用受到一定的限制。