人员可靠性分析方法修正研究

‘壹’ 如何对一个数学方法进行可靠性分析

运用概率统计和运筹学的理论和方法，对单元或系统的可靠性作定量研究。它是可靠性理论的基础之一。所谓可靠性，是指单元或由单元组成的系统在一定条件下完成其预定功能的能力。单元是元件、器件、部件、设备等的泛称。单元或系统的功能丧失，无论其能否修复，都称之为失效。可靠性理论即以失效现象为其研究对象，因而涉及工程设计、失效机理的物理和化学分析、失效数据的收集和处理、可靠性的定量评定以及使用、维修和管理等范围。
可靠性问题的提出，是由于大工业生产及第二次世界大战中研制和使用复杂的军事装备的需要。虽然单元的可靠性不断有很大的提高，但是由于大型系统的结构越来越复杂，要求其完成的功能也越来越广泛，因此定量评定和改善系统可靠性已成为一个重要课题。
通过数学模型定量研究系统的可靠性，并探讨它与系统性能、经济效益之间的关系，是可靠性数学理论的主要方法之一。

‘贰’ 定性研究人员如何在整个研究中提高研究的有效性和可靠性

提高效率，完善知识体系，了解研究。
定性研究是与定量研究相对的概念，也称质化研究，是社会科学领域的一种基本研究范式，也是科学研究的重要步骤和方法之一。定性研究是指通过发掘问题，理解事件现象，分析人类的行为与观点以及回答提问来获取敏锐的洞察力。几乎每天在每个工作场所和学习环境下都会进行定性研究。
定质性研究法是对特定心理现象，行为，团体互动进行深入系统的观察，资料收集，分析理解，从而对所研究的心理现象提供具体，系统的描述。定质性研究是以归纳法为基础的研究。

‘叁’ 可靠性分析应用

1.设计方法已经比较成熟,在适用性(主要指桩基的沉降不致影响建筑物正常使用)和耐久性的可靠性评估也仍有许多工作要做船舶与海洋、焊接、机械、服役工程、工程等所谓建筑结构的可靠性是指结构在规定的时间内在规定的条件下完成预定功能的能力是建筑结构安全性、适用性、耐久性的总称。
2.工程结构的可靠性是指结构在规定时间内,在规定条件下,完成安全性、适用性和耐用性要求。

‘肆’ 可靠性设计的分析

通过设计实现产品可靠性指标的方法。产品的可靠性是通过设计、生产和管理而实现的，而首先是产品的设计。它决定着产品的固有可靠性。电子产品可靠性设计技术包括许多内容，主要有可靠性分配、可靠性预测、冗余技术、漂移设计、故障树分析和故障模式、效应和致命度分析、元件器件的优选和筛选、应力-强度分析、降负荷使用、热设计、潜在通路分析、电磁兼容和设计评审等。
可靠性分配
根据用户对系统或设备提出的可靠性指标，对分系统、整机等组成部分提出相应的可靠性指标，逐级向下，直到元件、器件、工艺、材料等的可靠性指标。可靠性分配是系统或设备的总体部门的一项可靠性设计任务。
对于有L个组成成分的系统,最简单的情况是这些组成成分的可靠性是互相独立的。若第i组成分不可靠,则系统就不可靠，系统可靠性为q=q1q2…qL 〔若第i组成分的不可靠性为Pi=1－qi，则系统的不可靠性为P=1-q=1-(1－P1)(1－P2)…(1－PL)≈P1+P2+…+PL〕。这是系统可靠性分配的基本公式。可靠性分配本质上不是数学问题，而是人力、物力的统一调度和运用的工程管理问题。因为不同整机、元件、器件的现实可靠性水平是很不相同的，而把它们的可靠性提高到一定水平所需要的人力、物力和时间往往差别很大，因而不能采取均匀提高的纯数学方案。在实际工作中，需进行多个方案的协调、比较后才能决定。
可靠性预测
主要是根据电子元件、器件的故障和产品设计时所用的元件、器件数和使用条件，对产品的可靠性进行估计。最简单的情况是：产品由k种电子元件、器件组成，第i种元件、器件的寿命为指数分布,故障率为λi，用量为ni。任一元件和器件发生故障都会引起产品故障，故产品的故障率为λ=n1λ1+n2λ2+…+nkλk
这是在设计阶段根据元件、器件的故障率对产品故障率提出预测的基本公式。在实际使用时，还要增加一些修正和补充。元件、器件的故障率还会随环境和其他条件而发生变化。若实验室条件下的元件、器件的故障率，则在环境A下的故障率为
式中为元件、器件在环境A下的环境因子。在恶劣环境下，环境因子值可能很大。例如，导弹发射环境下的环境因子可能达到20～80。用预测公式测得的λ值还需要乘上一个修正因子(1+α)。对于比较成熟的设计，α可取10%左右；对不太成熟的设计,α可取30%以上。预测的故障率与实际投入使用后的现场故障率有一些差异是正常的。事实上，在设计阶段可靠性预测主要是相对可靠性，而不是绝对可靠性。
冗余技术
当产品设计中发现某个组成部分的可靠性过低，影响产品的总可靠性指标时，便采取所谓冗余技术来提高这一部分的可靠性。有k个组成部分的产品，各组成部分的可靠性是互相独立的。若其中一个部分出故障，产品就出故障，则这些组成部分构成一个可靠性串联系统。若产品的第i部分的可靠性为qi,则产品的可靠性q=q1q2…qk；若其中的一个部分不出故障,产品就能完成预定任务，则这些组成部分构成一个可靠性并联系统。这时，q=1-(1-q1)(1-q2)…(1-qi)。
如果k=2，q1=q2=0.99，则组成可靠性并联系统后，q=0.9999。即经可靠性并联后大大提高了可靠性。所谓“多数表决”冗余技术,是只要k个组成部分中多数不出故障，产品就能完成预定任务。一般说来，很少使用整机作为冗余的组成部分，通常是对整机的薄弱环节进行冗余处理。
漂移设计
元件、器件的性能参数容许有一定的散布。其上限为上公差，下限为下公差。随着出厂时间的增加，性能参数产生漂移。温度和其他环境条件的变化也会造成参数漂移。只要元件、器件的漂移不超过公差的上、下限,就是合格的。电路的设计应该是,只要所用的元件、器件性能参数在规定的容许上、下限以内，电路的性能参数就应该是合格的，即使元件、器件的参数值到了规定容许的上、下限的边缘，也应如此，这称为电路的漂移设计。在满足元件、器件规定容许的上、下限前提下，在理论分析上，元件、器件有一些最坏组合，使电路的性能参数产生最大的偏离。如果这些最坏组合产生的电路仍能满足要求，则电路就满足漂移设计要求，这也可以通过最坏组合的实际电路加以验证，称漂移试验。但是，最坏组合方法往往偏于过分保守。如果能知道元件、器件性能参数的概率分布，则可以分析出电路性能参数的概率分布，从而作漂移分析和漂移试验，这称为概率法。这往往比最坏组合法更符合实际情况。
故障树分析
1975年在美国Berkeley的加利福尼亚大学召开了一次盛况空前的可靠性学术会议。会议上把故障树分析技术和可靠性理论并列为两大进展，认为后者主要是数学家和概率论统计学家推动发展起来的，而前者则是工程师们推动发展起来的，两者的侧重点不同但是实质一样的。
故障树分析是美国贝尔实验室1961年首创的一种系统分析方法。其优点是较易处理复杂系统，容易发现可能导致系统出现故障的情况，有利于消除潜在故障。在设计阶段,它有助于发现系统的薄弱环节,是改进和提高设计可靠性的有力工具。故障树是一种树状的逻辑因果关系图，它利用一系列符号和逻辑门来描述各种事件之间的因果关系，使人们对这些关系一目了然。例如，基本事件的符号为○、结果事件的符号为嘑。逻辑门的输入事件为因，输出事件为果。以某房间照明系统为例，其原理和故障树如图。故障树的定量分析是根据基本事件出现的概率,计算出系统不希望发生的故障事件的出现概率,定量地计算出系统薄弱环节的不可靠性，找出对系统可靠性有关键作用的元件、部件，通常是从求最小割集着手。一个最小割集包括若干个基本事件。如果这些基本事件都出现，系统就出故障。只要其中有一个不出现，割集中的其他基本事件都出现也不会使系统出故障。寻找所有最小割集的方法很多，但都未彻底解决工作量随基本事件数的增加而指数增大这一困难。一个系统的故障树是一本很好的故障维修指南。它能使维修人员迅速发现故障，进而迅速排除故障。
故障模式、效应、致命度分析
这种分析方法是将系统分成若干个组成部分。如果发生故障，分析它属于哪种故障模式（不必一定查清故障的确切原因）；分析各组成部分可能出现的故障模式对系统有什么影响；对各种故障模式的影响进行半定性半定量的评价，对那些具有致命性影响的故障模式制定适当的解决措施或改进设计方案。这种分析方法是由系统的基本故障事件上推到系统故障，而傅里叶变换则是由系统故障下推到基本故障事件。两者结合起来，相辅相成，可以在设计阶段找出潜在的可靠性问题。
元件、器件的可靠性
可靠性质量保证体系的元件、器件的可靠性部门，通过调查研究制订出本部门的元件、器件优选目录，尽量压缩元件、器件的品种、规格和生产厂点。设计人员不得选用目录以外的元件、器件。如果设计人员认为必须选用目录外的元件、器件，则应经过元件、器件可靠性部门调查试验认为可用后，再正式补入目录，以备选用。元件、器件可靠性部门与生产厂保持密切的联系，监督元件、器件生产质量的一致性和稳定性。必要时，派出专人监督本部门定购批次的生产。不论对元件、器件的生产过程如何严格控制，材料、工艺、生产环境等并不能绝对一致。因此，不可避免地有一部分产品会存在一些潜在的缺陷和弱点。这些有缺陷和弱点的电子元件、器件的平均寿命比正常产品的平均寿命短得多，使电子元件、器件的早期故障率较高。如果对电子元件、器件不加处理就装入整机，便会使整机的早期故障率大大增加。因此，在把电子元件、器件装入整机前，应采取施加强应力或其他手段，尽可能地剔除这种早期故障的产品。这就是电子元件、器件的可靠性筛选。筛选所加的强应力，可以是电的、热的、机械的或综合的。筛选项目须根据元件、器件的主要故障模式和故障机理，结合元件、器件的工艺设计、结构材料以及质量控制的情况而定。筛选不是提高产品的可靠性，它只能排除早期故障产品,使产品恢复其固有可靠性,但不能提高固有可靠性。如果元件、器件的筛选淘汰率较高，则说明设计、工艺或生产管理上存在较多问题，不易筛选彻底。这样的元件和器件不宜用于高可靠性要求的部位。元件、器件可靠性部门应根据本部门的需要制订元件、器件筛选条例，并规定出容许的筛选淘汰率。在一般情况下，元件、器件出厂越久，可靠性也就越低。因此，元件、器件可靠性部门应在调查研究和进行必要的试验后，制定元件、器件保管和保管年限条例。
应力-强度分析
产品所受的应力x是广义的，它不仅包括张力、扭力矩等，还包括如温度、真空度等因素。产品的强度Y也是广义的。若Z=Y-X,当Z<0时,即强度低于应力时，产品就出现故障；而当Z≥0时，产品是可靠的。Z为产品的可靠性余度，P(Z≥0)是产品的可靠度。
若X、Y分别是均值为μX、μY、方差为σ婌、σ婍的互相独立的正态分布,则Z也是正态分布,均值为μZ=μY－μX，方差为σ婎=σ婌+σ婍。这是最简单也是实际工作中最常见的情况。这时产品的可靠度为
式(ɑ)为标准正态分布的分位数
因此，可靠度不仅决定于μZ 的大小(即μY>μX的程度)，而且还决定于σX及σY的大小。提高可靠度有两种途径：①使μY比μX大,即让平均强度远超过平均应力；②使σX与σY尽可能小，即严格控制产品强度的散布（往往须通过严格控制原材料和加工精度才能达到）和应力的散布（即进行环境设计）。在19世纪后期,习惯上把μY/μX称为产品的安全系数。安全系数大,μY大于μX,可靠度可以有所提高。但这不是决定可靠性的唯一因素。如果对σX、σY不加控制，单纯提高安全系数不一定能提高可靠性。因此，传统的安全系数只反映了可靠度的一个方面，而不是全部。
当X或Y不是正态分布的随机变量时，可靠性的解析式就比较复杂。蒙特卡罗法是分析这些较复杂情况下可靠性的有效方法之一。
电子元件、器件的负荷，就是施加于元件、器件的一种应力。降负荷使用元件、器件就是提高元件、器件的安全系数，从而可以在一定程度上提高元件、器件的可靠性。例如，某些电容器的故障率基本上正比于工作电压V的5次方,就是电容器故障率的5次幂法则。使用的工作负荷与额定负荷之比称为降负荷系数。可靠性质量保证系统的元件、器件可靠性部门，应根据本部门特点制订降负荷系数要求。例如,一个有代表性的要求是,碳膜电阻和金属膜电阻的使用功率不应达到额定功率的一半。
热设计
使电子元件、器件在较低温度下工作有三个好处：①参数漂移较小，电气性能容易稳定；②故障率较低；③机械应力较小,金属化接点等的蜕化较慢,寿命较长。因此，需要根据热量传播的规律，研究作为热源的元件、器件的合理布局；采取什么降温措施可使设备的局部温升不会过高，以保证设备的可靠性。这称为热设计。在简单的情况下可利用自然冷却，但能力有限。当功率密集度较大时，应采取强迫通风冷却和水冷等措施。
潜在通路分析
潜在通路会在所有元件、器件工作正常的情况下导致出现不需要的功能，或使需要的功能受到抑制。潜在通路分析一般在设计阶段后期或设计文件完成之后进行。
设计评审
在设计的每一阶段结束之前，由负责设计的部门组织有关专家对设计文件从保证可靠性要求的各种角度和各个方面进行评定和审查。实际上，这是一种组织专家协助做好可靠性设计的一种技术评定会。由于可靠性设计牵涉的面太广，凭设计人员个人的知识进行最佳的可靠性设计已不可能。因此，设计评审是一种有效的提高可靠性的补救办法。

‘伍’ 简述和分析可靠性的定义

可靠性：产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。可靠性的概率度量叫可靠度[1] 。
寿命是指产品使用的持续期。以“寿命单位”度量。在规定的条件下和在规定的时间内，产品故障的总数与寿命单位总数之比称为“故障率”。故障率是可靠性基本参数，其倒数为平均故障间隔时间(MTBF)[1] 。
可靠性分为固有可靠性和使用可靠性。固有可靠性用于描述产品的设计和制造的可靠性水平，使用可靠性综合考虑了产品设计、制造、安装环境、维修策略和修理等因素。从设计的角度出发，把可靠性分为基本可靠性和任务可靠性，前者考虑包括与维修和供应有关的可靠性，用平均故障间隔时间(MTBF)表示；后者仅考虑造成任务失败的故障影响，用任务可靠度(MR)和致命性故障间隔任务时间(MTBCF)表示。对多数企业主要关心产品的固有可靠性和基本可靠性。对可修产品用平均故障间隔时间表示，对不可修产品用平均失效率表示，对一次性使用产品用平均寿命表示[1] 。
对产品而言，可靠度越高就越好。可靠度高的产品，可以长时间正常工作（这正是所有消费者需要得到的）；从专业术语上来说，就是产品的可靠度越高，产品可以无故障工作的时间就越长。
可靠度分析即求出各系统的运作机率的学问，例如机具的可靠度，将影响整个生产制造的流程规划及控制。此外，可靠度的讨论，也往往离不开系统的可用度(Availability)及维修度(Maintainability)。一般谈到可靠度，多是指产品的可靠程度，顾名思义，也就是将产品的好坏特别以可靠度的方法表达出来，这种定义方式对于现今许多高单价及讲求售后服务的产品而言，显得十分重要。
分类
可靠度一般可分成两个层次，首先是所谓组件可靠度(Reliability of component)。也就是将产品拆解成若干不同的零件或组件，先就这些组件的可靠度进行研究，然后再探讨整个系统、整个产品的整体可靠度，也就是系统可靠度(Reliability of system)。组件可靠度分析的方法，其实就是统计分析，至于系统可靠度分析，较为复杂，可采行的方法也较多，
①按重要程度分配可靠度。
②按复杂程度分配可靠度。
③按技术水平、任务情况等的综合指标分配可靠度。
④按相对故障率分配可靠度。
各部分有了明确的可靠性指标后，根据不同计算准则，进行零件的设计计算。主要的计算方法为：根据载荷和强度的分布计算可靠度或所需尺寸；根据载荷和寿命的分布计算可靠度或安全寿命；求出可靠度与安全系数间的定量关系，沿用常规设计方法计算所需尺寸或验算安全系数。与可靠性设计有关的载荷、强度、尺寸和寿命等数据都是随机变量，必须用概率统计方法进行处理。
数学表达式
可靠度函数可用关于时间 t 的函数表示，可表示为
R（t)=P(T>t)
其中，t 为规定的时间，T表示产品的寿命。
由可靠度的定义可知，R(t)描述了产品在（0，t）时间内完好的概率，且R(0)=1，R（+∞)=0。
可靠度工程
可靠度工程是结合管理与工程技术的一种科学，它牵涉到的工程技术主要有三方面：电子(机)工程、机械工程、及材料工程。高精密的科技产品，鲜有不与此三者有关者。惟可靠度本质上是将统计方法应用在各专业领域上的一种品保技术，并将可靠度实际设计进入产品中，方能确保产品品质。
可靠度试验
测试产品可靠度指标的试验就是可靠度试验。可靠度试验有环境试验、机械应力试验、耐气候测试试验、功能试验、EMC及安规试验等。
可靠性工程的发展
萌芽阶段：二次世界大战期间，德国在研制V1火箭中提出了系统可靠性的基本理论，据此V1火箭的可靠度达到75%。在朝鲜战争时期，美国60%的机载电子设备运到远东后不能使用，50%的电子设备在储存期间就失效。美国海军有16、7万台电子设备，每年需更换100万个电子元件，其中电子管的更换率比其他元件高5倍。1943年美国成立了“电子管研究委员会，专门研究电子管的可靠性问题。1949年美国无线电工程师学会成立了可靠性技术组——第一个可靠性专业学术组织诞生了[1] 。
可靠性工程创建阶段：20世纪50年代美国在朝鲜战争中发现，不可靠的电子设备影响战争的进行，而且需要大量的维修费用，每年的维修费是设备采购费用的2倍！军方和制造公司及学术界都卷入了可靠性的研究工作。1950年12月美国成立了“电子设备可靠性专门委员会”，到1952年3月便提出了有深远影响的建议[1] ：
可靠性工程全面发展阶段：20世纪60年代，随着航空航天工业的迅速发展，可靠性设计和试验方法被接受和应用于航空电子系统中，可靠性工程得到迅速发展[1] 。主要表现在：
改善可靠性管理，建立了可靠性研究中心，美国于1965年颁发了《系统与设备的可靠性大纲要求》，可靠性工程活动与传统的设计、研制和生产相结合，获得了较好的效益。罗姆航空发展中心组建了可靠性分析中心，从事与电子设备有关的电子与机电、机械件及电子系统的可靠性研究，包括可靠性预计、可靠性分配、可靠性试验、可靠性物理、可靠性数据采集、分析等[1] 。

‘陆’ 提高分析结果准确度的方法有哪些

提高分析结果准确度的方法如下：

1、减小偶然误差：

根据误差理论, 在消除系统误差的前提下, 如果测定次数越多, 则分析结果的算术平均值越接近真实值。一般只需分析2~3次, 取算术平均值即可。

2、提高测定水平：

测量者应避免工作中的过失, 增强责任感。实验室工作人员应严格按照规程操作实验, 如提高对刻度、滴定终点的判断, 确保记录准确, 避免计算错误和加错试剂等。

（3）校正仪器。每次进行测定前, 对仪器 (如天平、容量瓶、滴定管等) 进行校正, 可降低仪器精度不高造成的系统误差。在精确的分析中, 必须进行校准, 并在计算结果时采用校正值。

（4）分析结果的校准。为进一步核对分析结果的可靠性, 技术负责人员应对分析结果进行综合审查。