作者：曾天翔
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摘要：根据赴美参加可靠性研讨会及在会议前后对一些机构的考寨印象，介绍了美国可靠性工程当前发展的一些动向:与其他学科一起进行多学科设计;R&M设计已实现CAD化;EMEA得到了广泛应用;对系统可靠性指标及其验证方法有明确规定;可靠性增长试验已得到广泛应用;对MIL-HDBK-217存在不同看法;灵活实施可靠性标准以及重视人机可靠性的研究等。
受国防科工委委托，由航空工业总公司六二八所承办组织，北京航空航天大学、科工委军标中心等单位派代表参加的赴美参加可靠性研讨会及技术考察团一行5人，从1993年11月5日至27日参加了由亚利桑那大学举办的为期一周的第31届可靠性工程及管理研讨会，会议前后还考察了波音民用飞机分公司、Intel公司、麦道直升机公司、爱理德西格诺航空研究图森分公司以及马里兰大学可靠性中心，从一个侧面了解了美国可靠性的研究及发展动向，以及可靠性设计、管理及试验在工程项目的应用情况，开阔了眼界，扩展了思路，现将了解到的当前美国可靠性工程发展的某些动向介绍如下。
1.重视用户要求，开展多学科综合设计
这是美国可靠性工程当前发展的一个显著动向，也是这次研讨会及参观考察所探讨的主题。波音、麦道、Intel等公司尽管采用的术语不同，如并行工程(CE)或综合产品研制(IPD)等先进管理方法和质量功能展开(QFD)，降低易变性(VRP)等技术，但其做法基本相同，重视用户要求(包括外部用户及内部用户的要求)，把这些要求转换成设计、零件、生产等要求，在设计及生产中加以控制。为了确保新产品能够满足用户要求，在产品研制开始便组成多学科设计组(包括设计、生产、可靠性、维修性、质量和使用保障等)，开展多学科综合设计。
2.注重工程及使用经验，重视R&M定性设计
这是美国可靠性工程发展的另一动向。在可靠性及维修性(R&M)技术相当发达的美国工业界，波音民用飞机分公司、麦道直升机公司等仍然非常重视故障模式及影响分析(FMEA)、试验一分析一改进(TAAF )、元器件控制等定性设计及分析技术的研究及应用，注意通过工程试验和试飞等途径广泛收集各种数据，总结工程经验，发现薄弱环节，采取纠正措施等来有效提高产品的R&M。例如，波音民用飞机分公司对各种机载设备不要求进行可靠性鉴定试验，而是通过性能试验、可靠性增长试验等来发现故障模式，采取纠正措施，提高设备的可靠性。
3. R&M设计实现CAD化
在我们接触到的美国工业公司，无论是高技术的民用机、航空电子设备还是一般的民用机械的R&M设计，都不同程度地采用了CAD技术。爱理德西格诺航空研究图森分公司在航空电子设备的设计中，从结构设计、电路设计、应力及热分析、容差分析到可靠性预计和FMEA等全部实现了CAD化。航空电子设备的设计人员在计算机荧光屏上进行设计和修改设计，公司内部基本实现了网络化。波音民用飞机分公司在B-777设计中，采用了计算机辅助三维交互系统(CA-TIA )，把飞机结构、系统、布线和管道敷设以及设备的数字图象组合在一起，绘制飞机安装立体图形，为维修性工程师确定部件的可达性，进行维修性设计及验证提供了一种有效的工具，并有可能逐步取代过去制造昂贵的样机作维修性演示的做法。
4. FMEA得到广泛应用
在美国工业界中，FMEA是一种应用最广的可靠性分析工具，其应用范围包括复杂的武器系统和较简单的工业用机械和电子设备。根据各公司及其产品的情况，FMEA可由系统工程师(功能法)、设计工程师(硬件法)或由具有丰富工程经验的可靠性工程师来完成。完成FMEA的时机很重要，据爱理德西格诺航空研究图森分公司介绍，如果FMEA未能按时完成，设计人员便会拒绝采取改进措施。在实际应用FMEA中，对MIL-STD-1629的表格做了一些修改，将严酷度等级按用户满意程度和安全性进行排序，并增加了风险顺序数。
5.明确规定系统的可靠性指标及其验证方法
对复杂系统可靠性，一般都有规定值和最低可接收值指标要求。这两者的关系以及最低可接收值的验证时机和方法，因系统的类型、特点及采用新技术的数量的不同而异(参见表1)。就我们考察了解到的几个公司来说，大致有两种类型。对于新研制的先进的航空电子设备，其验证时的最低可接收值约为成熟期的50%左右;对于民用飞机及改型直升机来说，由于飞机继承性较高，采用新技术的比例不大，验证时的最低可接收值约为成熟期规定值的90%左右(参见表1)。此外，应当指出的是，在民用飞机及实际工程应用中，可靠性指标值的规定并不像DODD6000. 2指令中规定的那么严格，例如在合同中规定了目标值和最低可接收值;或者在设计文件中规定了目标值和要求值。但基本思路是明确的，可靠性指标不止一个值，指标应分阶段达到。
6.可靠性增长试验得到较普遍的应用
可靠性增长试验在航空电子设备、汽车设备及系统的研制中得到了较普遍的应用。可靠性增长计划曲线起始点的确定，增长率的选择，试验样件及试验持续时间和模型的确定，是这次研讨会及考察期间讨论的主要问题之一。可靠性增长试验能否取代可靠性鉴定试验，主要取决于用户的要求、增长试验的结果以及费用及进度要求。爱理德西格诺航空研究图森分公司研制的数字式发动机控制系统，用户只要求可靠性增长试验而无可靠性鉴定试验要求。
7.加速试验在电子及机械产品中得到较广泛应用
在出访期间接触到的波音民用飞机分公司、Intel公司、13&.K公司和通用汽车公司，都在产品研制中采用了加速试验，主要有两种方法。其一是不考虑加速因子，加大应力(根据经验确定，不改变故障机理，通过试验来加速故障的发生，找出薄弱环节，采取纠正措施，进而提高产品的可靠性，波音民用飞机分公司就采用这一种方法;其二是利用加速试验来确定产品的可靠性，如通过加大电压或温度应力对电子产品进行加速寿命试验，求出加速因子，再外推求出产品在正常工作条件下的可靠性，Intel公司就采用这一种方法。 #p#分页标题#e#
8.关于MIL-HDBK-21 7的争论
对美国工程界来说，军用标准手册MIL-HDBK-217《电子设备可靠性预计》是一种常用的可靠性预计工具。然而由于应用MII. HD-BK-217预计的结果与实际使用得到的数值相差高达几倍至几十倍，因此目前学术界对这个标准争论较大，有褒有贬。一种观点认为:MIL-HDBK-217在早期设计过程进行预计时，通过权衡对比选择最佳设计方案是有效的;另一种观点认为，MIL-HDBK-217预计结果的误差太大，不能作为电子设备可靠性预计的工具，应发展新的预计方法。美国马里兰大学电子封装研究中心在美国三军及波音民用飞机分公司的资助下，正在致力于电子产品故障机理的研究，利用有限元等各种分析工具来确定电子产品的寿命，企图建立一套预计电子设备可靠性及寿命的新方法。
9.外场R&M数据收集仍是世界性的难题
从理论上讲，外场R乙M数据的重要性早已被人们所认识，然而在工程实践中，外场数据收集难、信息丢失、数据不全等现象仍普遍存在。麦道直升机公司曾建立AH-64A专用数据系统，后因经费困难而取消。美国陆军在现役的820架AH-64A直升机中选择了72架(占9%)集中收集非计划维修数据。加拿大控制数据公司生产的军用通信设备因收集不到外场数据而无法评估其使用可靠性。目前主要的解决办法是选定合适场地，派专人进行定点跟踪，收集数据。
10.可靠性与质量的关系更为密切
随着全面质量管理(TQM)及并行工程在美国的推行，传统的质量及可靠性的关系正在发生变化，从产品研制开始，就必须同时考虑可靠性和质量问题，可靠性工程师和质量工程师同属于设计组的成员。波音民用飞机分公司的可靠性及维修性工程部主任认为，目前波音民用飞机分公司的可靠性机构与质量机构分开设置，是一种缺陷。据我们了解Intel公司的质量与可靠性机构是合并在一起的。
11.可靠性工程师的职责范围在变化
据美国人介绍，他们的可靠性工程师的职责发生了演变。可靠性工程师传统的主要职责是开展可靠性试验，评估产品的可靠性，验证产品是否达到规定的可靠性要求，起着"警察"的作用;可靠性工程师现在的主要职责是制定设计准则及指南，建立可靠性数据库，提供各种分析及设计工具、方法和软件，起到了"信息员"的作用;将来进一步要求可靠性工程师成为设计组的成员，负责对设计工程师进行可靠性教育，使每个设计师都了解可靠性，起到"教员"的作用。波音民用飞机分公司可靠性及维修性工程部主任说，他们的可靠性工程师只占设计工程师的l%左右，但也可以说是Ioo%，因为可靠性工程师使每个设计师都了解了可靠性，知道如何开展可靠性工作。
12.灵活应用军民用可靠性标准
目前美国军用系统的研制全都按照军用标准的规定实施。在执行标准的过程中，主要是根据费用、进度及产品特点对通用标准进行剪裁，经过订购方和承制方双方谈判确定具体工作项目。例如，麦道直升机公司在AH-64研制中，对MIL-STD-1388的大量工作项目进行了剪裁，由于经费及数据来源有限，重点开展了FME-CA的工作，并填人有关的数据项。
美国对民用产品在可靠性标准的选用上，视产品不同选用标准也不相同。对民用航空产品主要是采用FAR的有关条例，并部分地采用军用标准及SAE标准;对汽车及打印机等产品主要是采用SAE(自动车工程师协会)标准及军用标准;对电子产品及软件采用军用标准及IEEE标准。由于军用标准在美国已成熟，专业范围广，所以也在许多民用产品上被参照使用。
13.注意人机可靠性的研究
随着硬件设备可靠性的不断提高，由于人为因素造成的设备故障及事故率不断上升，成为主要的影响因素。在近10年来的国际民航飞机事故统计中，人为因素造成的事故占一半以上，波音民用飞机分公司正利用B-727、有经验的驾驶员和机械师实施一项人机可靠性的研究计划，以便通过改进设计来避免人为因素造成的事故。
14.重视可靠性教育及学术交流
美国在许多大学的工学院中设有可靠性工程课，并设有可靠性硕士和博士学位。由于可靠性工程师必须具有雄厚的工程基础，故在许多大学中只设可靠性硕士及博士学位，不设学士学位。
美国十分强调设计师及可靠性工程师的在职培训，常举办各种类型的研讨班及短训班。在大学和研究机构中每年都定期和不定期地举办可靠性学术研讨会、专题讨论会及研讨班，学术气氛十分浓厚。
