可靠性系统工程理论简介

——致敬国防科技界、教育界著名专家，可靠性系统工程理论的创立者杨为民先生

诞生背景——综合化的发展趋势
可靠性工程专业20世纪50年代初期诞生于美国，之后相继出现维修性、保障性等新兴的工程专业，同时开始出现关于如何对这些新兴工程专业进行综合的思考和研究。所谓综合，就是如何将这些工程专业与已经有的工程设计各专业紧密结合。
这种综合化的发展趋势在于两个方面，其一是指标的综合、其二是管理的综合。
指标的综合是用一个或几个共同的综合性的指标来表征产品的可靠性、维修性、保障性的综合效应，这一趋势代表着可靠性、维修性、保障性技术体系的综合。这一综合发展的趋势的标志之一是美国国防部1991年颁布的DODI5000.2明确规定：“要以战备完好性指标导出相应的可靠性指标”。

管理的综合即如何将这些新兴的专业纳入系统工程过程，美国采用了工程专业综合的方法论，将可靠性、维修性、保障性作为独立的工程专业进行综合；欧洲则推出了ISO9000系列标准，提出了可信性概念，试图将可靠性、维修性、保障性这些新兴的专业纳入质量管理体系进行管理综合。

在中国，杨为民先生则提出了可靠性系统工程理论，用于对可靠性、维修性、保障性等工程专业进行综合。

这样在全世界范围内，实现可靠性、维修性、保障性综合的技术与管理体系有三种理论：美国的工程专业综合与并行工程理论；欧洲的可信性理论；中国的可靠性系统工程理论。

三种理论的共同特点和本质差异在于：

美国的工程专业综合与并行工程理论没有一个统一的目标，没有一个共同的研究对象，所以它不能形成一个独立的学科体系。当然，不能形成一个学科体系不代表工程专业综合与并行工程理论在工程实践活动中不重要。

欧洲的可信性理论内涵及所包括的工程专业并不明确，ISO9000国际标准中在定义可信性时，特别指出可信性是一个仅用于一般性描述的、非量化的术语。即可信性理论本身没有一个可以量化的、统一的指标。因此，从综合化的角度来看，可信性理论的综合并不完全和彻底。

中国的可靠性系统工程理论则是一个有机的整体，它具有统一的目标和指标，有共同的研究对象——产品故障，既包括管理，又包括技术，是与故障作斗争的独立的学科体系。

杨为民先生在1995年指出：中国可靠性系统工程理论破土萌生，将对中国工业现代化的发展起到重大的推动作用。这个论述表明杨为民先生对可靠性系统工程这一新生学科的强大生命力充满自信！

理论内涵——要研究各种规律
杨为民先生给出的可靠性系统工程定义如下：

“可靠性系统工程是研究产品全寿命过程以及同故障作斗争的工程技术。从产品的整体性及其同外界环境的辨证关系出发, 用实验研究、现场调查、故障或维修活动分析等方法, 研究产品寿命和可靠性与外界的环境的相互关系研究产品故障的发生、发展及其预防和维修保障直至消灭的规律, 以及增进可靠性、延长寿命和提高效能的一系列技术和管理活动。”

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在一般意义上，系统工程被认为是组织管理的技术，组织管理的对象是“系统”。仔细分析上述定义，“研究产品全寿命过程以及同故障作斗争的工程技术”指明了可靠性系统工程组织管理的对象是“故障”。

那么怎么将“故障”作为对象相对独立地进行组织管理呢？定义进一步阐述了要研究“规律”以及“技术和管理活动”。所需要研究的规律包括：产品故障发生的规律、发展的规律、预防的规律、维修保障的规律直至消灭的规律；所要研究的一系列“技术和管理活动”包括：增进可靠性、延长寿命、提高效能。

如何进行上述研究？上述定义从两个方面进行阐述，一是研究的出发点要从产品的整体性及其同外界环境的辨证关系出发。二是研究的方法论：要用实验研究、现场调查、故障分析、维修活动分析等。

可靠性系统工程定义中强调了研究的出发点有两条：

第一个出发点强调了产品的整体性。整体性是指把产品看作由各个构成要素形成的有机整体，从整体与部分相互依赖、相互制约的关系中揭示产品的特征、规律和性质。需要指出的是：整体性质不等于形成它的各要素性质的机械之和，产品的整体性是由形成它的各要素(或子系统)的相互作用决定的。因此它不要求人们简单地把产品分成许多部分，分别地进行考察，然后再把它们机械地叠加起来;而要求把产品作为整体来对待，从构成产品的要素之间的相互依赖、相互联系、相互制约的关系中揭示产品的整体性质。

第二个出发点强调了仅考虑产品整体性还不够，还要考虑产品与外界环境的关系。任何产品都是有功能的，产品的功能是在与其所存在的外界环境进行物质、能量和信息的交换过程中而存在的。因此，这里的关系是指产品与环境之间既相互影响又相互制约的关系。把握好这种关系是我们进一步认识产品整体性的普遍方法。

可靠性系统工程研究要用到的方法论包括四个方面：

一是实验研究。实验研究运用科学实验的原理和方法，建立变量之间的因果关系。一般做法是研究者预先提出一种因果关系尝试性假设，然后通过实验操作来检验，是一种受控制的实验研究方法，通过一个或多个变量的变化来评估它对一个或多个变量产生的效应。这里用的是“实验”，而不是“试验”。试验（test）指采用测试的手段来获取或验证某一结果的行为，我们在工程中非常熟悉的是可靠性试验，筛选试验、可靠性鉴定试验、可靠性验收试验。那么什么是可靠性实验呢？这为可靠性科学的诞生打下了伏笔。

二是现场调查。现场调查用一整套完整的、形式化的方法，了解、分析、想定产品在使用、库存、运输、维护、修理、报废等全寿命周内的各种场景并予以量化表征。

三是故障分析。故障分析可以是基于统计学的分析，如对产品发生故障的时间进行统计计算出；也可以是基于物理学的分析，如故障模式分析、故障原因分析、故障机理分析、故障影响分析等等。

四是维修活动分析。维修通常与产品故障相生相伴，如何维修才能提高效率，尽快恢复产品效能，这一方法构成可靠性系统工程研究方法的重要组成部分。

仔细分析上述定义，可以看出，定义中只给出了如何研究故障的阐述。但是为什么“故障”可以作为独立的对象进行组织管理？

杨为民先生对此问题的回答采用了与医学类比的分析方法。即可靠性系统工程就是研究产品“防病、治病”规律的工程技术。这与研究人类生命过程以及同疾病作斗争的医学颇有相似之处。为进一步解释这个问题，给出了一张医学与可靠性系统工程的对比图，如下图所示。

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杨为民先生对这张图进行了如下的解释：

对于人来说，人的固有特性可以用能力 C (Capability) 来表示。但他要成为一个有用的人, 不仅要有能力, 还应当在要他工作时,他健康可干 ( Availability) , 而且干而无病 ( Dependability)。而人的效能由人的A、D、C共同构成。

对于产品来说, 则应在要求其工作的任一时刻, 它能正常开始工作 (开则能动, A) ; 在整个任务剖面中的任一时刻它可以工作并完成其规定的功能 (动而可信, D) ; 然后才是其完成规定任务的能力 (C)。产品的A、D、C 综合形成了产品的效能。

仔细分析上图和上述解释，可以看出，杨为民先生试图通过借鉴医学这一古老的、已被人们所认知的、专门针对人的疾病的学科的合法性，来论证可靠性系统工程理论的合法性：既然人的疾病可以作为独立的对象进行组织管理，那么产品的疾病——故障也可以作为独立的对象进行组织与管理。

在可靠性系统工程中，可靠性、维修性、保障性均为产品的固有属性，应该通过设计赋予，并在生产中给予保证，提高产品的可靠性、维修性、保障性水平，是实现产品“优生”的重要标志。产品在使用中一旦出现故障，就需要诊断和维修，诊断与维修过程中又需要资源保障，因此维修和综合保障是优育的核心内容。“优生”和“优育”则构成了产品的全寿命过程。

当然，产品的“优生”和“优育”是可以权衡的，这个权衡就是要在“优生”（可靠性设计）和“优育”（维修保障）的费用之间做出决策。

杨为民先生还进一步论述了可靠性系统工程所具有的四个方面的系统工程特性：

一是整体性，可靠性系统工程是一个有机的整体，包含了与故障斗争的完整的学科体系，且具有一致的目标；

二是综合性，可靠性系统工程在横向(时间维)是产品研制寿命周期各阶段的综合，在纵向(专业维)是各门工程专业的综合；

三是择优性，因为可靠性系统工程具有可以量化的目标(对武器装备就是战备完好性、任务成功性、寿命周期费用等)，故可以进行综合权衡与优化；

四是社会性，因为可靠性系统工程既包括技术又包括管理，它的工作对象是物(产品)、事(工作)和人，且与外界环境有紧密的交联与相互影响。

实施要素——落地应用的抓手
杨为民先生还进一步阐明了可靠性系统工程的实施要素，但概括起来是以下八个方面：

一是领导重视、全员负责。领导重视及其推行的经营策略是实施可靠性系统工程的关键。“头头抓、抓头头”是当年可靠性系统工程宣传、培训中经常提到的一句话，“经营策略”意指可靠性系统工程是对用户负责、对产品全生命周期的效费比负责。“全员负责并不断改进”是实施可靠性系统工程的基础，这一条指明可靠性系统工程涉及到产品研制、生产和使用的方方面面，每个人的工作都影响着产品的可靠性。

二是统一计划、有机协调。这一条强调：要把可靠性系统工程的技术与管理活动纳入产品研发、生产、试验和使用等计划，并与其他各项工作相协调。这是实施可靠性系统工程的重要保证。这一条强调了可靠性系统工程管理是产品系统工程管理的重要组成部分。

三是系统综合、并行设计。这一条强调：通过规范化的工程和管理途径，实施产品性能、可靠性、维修性、测试性、安全性、保障性的系统综合并进行并行设计。要在质量、进度、费用之间进行有效的综合权衡，以实现产品最佳的效费比的预期目标。

四是预防为主、早期投入。这一条强调：要把预防、发现和纠正产品研制中存在的设计缺陷、物料（元器件、原材料）及制造缺陷作为工作重点；要采用成熟的硬 (软) 件、简化设计, 并运用有效的可靠性、维修性、保障性分析和试验技术, 尽早发现缺陷并予以有效的纠正。预防为主是根本, 早期投入功效高。当年在培训中，经常举的一个例子是“美国工业界认为：可靠性的投资回报率是1：10，日本工业界认为可靠性的投资回报率是1：∞”。

五是信息反馈、闭环控制。在产品寿命周期各阶段, 建立故障报告、分析和纠正措施系统, 有效地利用信息, 评价和改进设计, 生产和售后服务, 实现产品可靠性、维修性、保障性的持续增长。“信息反馈、闭环控制”的目的是产品质量的不断改进, “跟踪监控”的目标是实现 “贵在纠正”。

六是产品和过程同等重要、特性与过程同步优化。这里的过程包括了设计过程、制造过程和使用保障过程，“同等重要”强调了不仅要关注产品自身，也要关注产生和运用产品的过程。“同步优化”强调了使产品的关键特性及其相关的过程都得以优化, 以使产品及其过程在制造期间和用户使用期间都是可靠的。

七是强调可靠性系统工程管理是产品系统工程管理的重要组成部分，这与可靠性系统工程属于系统工程的结论相呼应。这一条针对的问题是：在推进可靠性系统工程过程中，发现武器装备的演的研制单位常常将可靠性、维修性、保障性工作计划单独设置，没有纳入整个装备研制计划网络图中，在执行计划过程中，不能开展有效的监督和检查。

八是提出要建立由设计、制造和可靠性系统工程部门的设计和管理人员参加的综合产品研制小组。这里强调了可靠性系统工程实施的组织结构。这一条针对的问题是：企业推进可靠性系统工程过程中，技术与管理活动没人干、缺人干、不知道怎么干等现象。这就是常说的可靠性系统工程工作和装备研制工作脱节的“两张皮”问题，这是管理方面的“两张皮”。当年在装备研制战线上曾经流传着这样的顺口溜：“可靠性工作说起来重要，干起来次要、忙起来不要”。这一条是针对这种情况提出的！

现在来看上述这八条实施要素的重要性当然是显而易见的，但值得指出的是：这是在30年前，可靠性系统工程这一理论雏形刚刚诞生时凝练出的基本原则，显然具有极强的前瞻性。

中国第一个实施可靠性系统工程理论的企业是南昌飞机制造公司，第一型装备是教八喷气教练机。在上个世纪80年代中期，中国南昌飞机制造公司开始研制出口国际市场的新型喷气教练机 (K8飞机)。面对激烈竞争的国际市场，该企业转变观念，由“单一追求性能先进”转变为“全面重视效能综合”，通过落实上述八个方面的可靠性系统工程实施要素，实现了外贸出口目标。

亮剑精神——踔厉前行的灯塔

古代剑客们在与对手狭路相逢时，无论对手有多么强大，就算对方是天下第一剑客，明知不敌，也要亮出自己的宝剑，即使倒在对手的剑下，也虽败尤荣，这就是亮剑精神！

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回想当年，杨为民先生领导的团队完成了我国第一架高空无人侦察机的研制，并批量装备部队，该型飞机参加过1979年对越自卫反击战，荣立过二等功。后来该型飞机研制成功的消息在2000年被铭记在北京中华世纪坛青铜甬道1984年篇中，已成为中华民族5000年延绵发展历史长河中一颗闪亮的明星。

按一般人的人生轨迹，能够为国家、为民族做出这样的贡献也足以功成身退了。但是，已经年近50岁的杨为民先生，明知我们与国外可靠性工程发展存在巨大差距，但知难而上，敢于“亮剑”，带领与他年龄相近的团队毅然转向了一个新领域——可靠性工程，不但没有倒下，还开创出了一片新天地。

2002年1月30日，杨为民先生离开了我们。22年后的今天，他创立的可靠性系统工程理论研究和实践不但没有停止，还在不断取得新的硕果！

《亮剑》中李云龙所说：“事实证明，一支具有优良传统的部队，往往具有培养英雄的土壤，英雄或是优秀军人的出现， 往往是由集体形式出现而不是由个体形式出现，理由很简单，他们受到同样传统的影响，养成了同样的性格和气质。任何一支部队都有自己的传统，传统是什么，传统是一种性格，是一种气质，这种传统和性格是由这支部队组建时首任军事首长的性格和气质决定的，他给这支部队注入了灵魂，从此，不管岁月流逝，人员更迭，这支部队灵魂永在！”

没错，北航14系、今天的可靠性与系统工程学院，有自己的气质和性格，这种气质和性格就是杨为民先生作为首任系主任注入的，无论岁月更迭还是环境扰动，我们的发展已然证明并仍将证明：亮剑精神，灵魂永在！