孙惠中：各位同学大家好，今天有机会跟同学们一起来探讨关于可靠性工程的内容，感到非常愉快，今天我这个讲座主要内容包括两部分，第一部分是定性的，主要讲我们人类为什么要去研究可靠性，什么是可靠性，可靠性是怎么来的，可靠性包括哪些内容，它对我们有什么用处，它的重要性，这是第一部分的内容。 第二部分的内容主要讲定性的可靠性，可靠性是数的一个特性，利用数学来进行定量表述的时候，可靠性将能达到一个学科的境界。要定量研究可靠性，首先要了解它的五大特征量，这五大特征量是什么？是可靠度，不可靠度，概率，故障密度函数，还有失效率，最后一个叫平均无故障工作时间。 那么在讲之前，我首先声明一点，由于我的工作的关系，我今天讲的主要不可修系统，什么叫不可修系统呢？就是说这样一个产品它是不能进行维修的，因为作为航天工程来讲，所有的产品都要升上天去，在天上运行，所以说上了天的产品它不可能进行维修的，所以叫做不可修系统。 下面我们首先开始第一章，第一章我们要研究为什么要研究可靠性，在第二次世界大战中间，美国在远东战场使用的电子设备，当然了还不光是包括电子设备，它在运输和储存的过程中损坏过半，也就是说当他使用的时候，真正投入战斗的时候，他一半是有用的，一半就发生故障。当然不光是美国，1943年左右希特勒德国他的威尔飞弹，对英国造成了很大的威胁，但是在威尔飞弹的研究中间，也发现它的损坏率也非常高。人们在武器系统中间也发现，一些炮弹，它在储存过程中间主要发生自炸，在使用过程中间开炮的时候发生堂炸，就在炮仓里面就炸了。这样对于美国的军事行动产生了很大的影响。不但贻误了战机，而且造成大量人员的伤亡，因此人们就开始研究可靠性。这就是可靠性研究的起因。 据统计在1943年到1950年期间，美国电子设备中间失效率最高的元器件就是电子管，于是美国人就竭尽全力的去研究电子管的可靠性，到了1953年的时候美国人又成立了一个美国陆海军的电子管的研究委员会，通过这个委员会终于制造了高可靠的电子管。但是经过研究，他们又发现在一个电子设备中间，光是有了高可靠的电子管还是不行，怎么办呢？为了确保这个电子系统的可靠性，所以他们把整个的系统做全面的研究，研究的结果发现光有个别核心元件的可靠性提高了，对整个系统还是不够的，要把整个电子系统做全面的研究，必须在研制之初也就是在设计阶段，酝酿阶段，把可靠性设计纳入可靠性的考核指标之中。在这样一个认识的基础上，1952年成立了美国国防部的电子设备可靠性顾问团，简称叫AGREE，1957年提出了他的有名的所谓可靠性报告叫（AGREE），由此可靠性作为一门独立的学科就应用而生。这儿再解释一句，这个AGREE是很有名的，在电子设备可靠性分配中间，就有一种以复杂度为基础的分配方法，所谓复杂度所采用元器件的多少，元器件使用的越多它就越复杂，因此给它分配的可靠就要低一点。使用的电子元器件设备中间数量比较少，因此它可靠性就比较小一点，这就是AGREE的分配方法。

虽然可靠性性从这儿开始诞生了，系统的可靠性来讲为什么又要研究这个可靠性呢？主要的问题因为它可靠性不但与数量有关，而且与环境条件也很有关系，虽然人类已经进入了太空时代，对于我们中国来讲，核潜艇下海，神舟飞船和天宫一号交汇对接，就是说的电子产品目前这个时代来讲，它所处的环境越来越复杂，起飞的作用，要承担振动冲击可靠的历史环境，而且还要宇宙里面的高温，低温、高真空、高辐射的环境条件，为什么说又是高温又是低温呢，高温就是向阳，当我们的飞船向阳的时候，温度会到180几度甚至200度。当背阴面的时候，没有太阳照着，它要到零下七八十度，甚至零下上百度，所以它又要高温，又要低温，还有高真空，我们大家都知道，宇宙空间里面没有空气，还有强辐射。这是关于环境条件。 另外对于电子产品的寿命来讲也越来越长，比如说过去虽有海底电缆增音机，它要求长达五年或者是正常一点的可靠性，因为它不能捞，把它捞起来再换个元器件再放下去，这样成本就很高了。所以它要求较长的时间，但是现在不是了，现在要求长寿命的东西很多了，我们神舟飞船以前最早的时候是半年的任务时间，运行半年，后来运行到一年，现在要求运行到两年，有的到天宫系统要求运行到三年，正常的时间。不光是这样，要保证大概有十多万的元器件做成的大型的同步通信卫星，要达到十年甚至十五年的更长时间，这个可靠性来讲越来越困难。 影响可靠性不光是环境条件，还有一个它的数量，我们知道设备越复杂，所用的电子元器件越多，它的可靠性就越差。所用的元器件越少，它的可靠性就越靠，所谓复杂度，从大的方面来看就是使用的元器件的数量。我们现在可以举两个例子，一个就是关于民用的例子，民用的例子我们在1940年左右，生产的收音机，年轻的同志可能没有看过，我们那个时候在改革开放前，在五六十年代在回收店里还能买到，它的样子像一个座钟一样，一个四面钟一样，它里面是用三个大炮子，这个大炮子作为电子管它的形状跟我们的白炽灯炮一样大，里面有一个小的变压器，一共也就是二三十个元器件。可是今天我们看一个高清的家庭影院、音响系统，它所用的电子管甚至到上万，到几万个。所以它的复杂程度越高，可靠性越来越低，这是民用的。 军用的方面来看，我们可以看1940年生产的飞机，它的电子设备大概是有一千多个元器件，可是1960年生产的B58型的飞机的元器件用了9万多个元器件，阿波罗飞船用的元器件，达到一百万个以上。拿我们国家来说，神舟飞船所用的元器件大概是在十几万个左右，像最近的神舟七号、八号，跟天宫一号的对接体，这个对接体包括飞船、包括天宫一号目标飞行器和天宫对接以后的联合器，它的元器件也要用到几十万个元器件。这就是今天的可靠性，为什么那么难，你要保证一个产品，它在极端的环境条件下，在几十万个电子元器件的条件下，又要十年到十五年，甚至更长时间的寿命，来解决可靠性的问题，这就不是一件容易的事情，这就相当复杂，非常困难。

所以下面我们就从三个方面来介绍系统可靠性的内容。第一个是硬件的可靠性，在电影《恐怖的和平》中间，就记录了美国柯罗拉多州夏延山的山洞里面建立了一个叫北美防空司令部，这个防空司令部管辖加拿大，还有阿拉斯加等等，这个司令部大型计算机系统，与导弹预警系统相连的。1979年的11月9日，这个司令部里面白班军官下班，夜班军官下班交接的时候，这个时候电子计算机的屏幕上面突然出现了一个非常紧急的情况，计算机也发出了警告，什么情况呢？指出在美国西海岸的水下，有一个不明物件的潜艇发上来一个对美国发上来一个导弹，正在向美国本土飞来。当时所有值班的军官都吓坏了眼，都是几分钟以后马上作出反应，有十几架喷气式飞机起飞拦截，分布在美国本土上的拦截导弹一千多个，地上的导弹，打开了，处于发射状态。经过了6分钟以后才发现，这仅仅是一场虚惊，它的问题在哪儿呢？北美防空司令部的连接导弹防御系统的计算机出了问题，出了差错了，很快就解除了警报，这个可以看出来，如果硬件发生故障，也能导致灾难性的事件。这是硬件的问题。 第二个是软件的问题，软件我刚才已经讲过了，近代大型复杂系统都离不开电子计算机，光单一研究硬件的可靠性还是不够的，有的时候软件也会出现故障，导致十分严重的后果。比如说美国像火星发射的“水扫一号”火箭，就是因为电子计算机程序里面出现了一个符号，结果以失败而告终。这是属于软件可靠性的问题，还不只这样。美国现在当然和欧洲也在向火星发射探测器，不光是这样。还有一个很有名的事情，欧洲的阿丽亚娜二号，阿丽亚娜是西欧的主要的运载火箭，阿丽亚娜二号就是由于软件计算机软件出现了故障，导致整个系统的失败，造成非常严重的后果。 人们针对这些情况就来解决软件可靠性的问题，但是软件的可靠性不是那么容易解决的，为什么？因为所有的软件，所有的程序进行全面测试，保证它所有可能的，多种选择所经过的所有的通道，都要完成对他们一一的测试，这个工作量是非常大的，不可能实现的。 那么怎么办呢？现在在软件方面，比如我们的载人航天工程，就对软件可靠性提出了非常严格的要求，建立了许许多多的软件的评测站，什么叫评测站，测量评估，对于软件的第三方测试，人工走动，违规测试等等等等，多种的测试，尽可能的模拟通道，这样确保软件的可靠性。这是关于软件的可靠性。