[導讀]質量特性關系探討
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可靠性賦予了裝備是否容易發(fā)生故障的屬性，目標是少出故障；測試性賦予了裝備便于確定有無故障和何處發(fā)生了故障的特性，即定位故障；維修性賦予了裝備便于進行預防性維修和修復性維修的特性，目標是處理故障；保障性保證出現(xiàn)故障時可以快速供應；安全性旨在出現(xiàn)故障以后降低風險；環(huán)境適應性是可靠性發(fā)揮的保證，旨在發(fā)揮效能。
1.2 工作目的與特點
（1）工作目的開展武器裝備六性工作目的是提高武器裝備，的戰(zhàn)備完好性、任務成功性，降低維修人力費用和后勤保障費用。六性指標與裝備性能指標同等重要，是保證裝備戰(zhàn)術技術性能有效發(fā)揮的一組通用的非功能特性指標，對裝備的作戰(zhàn)能力、生存能力、部署機動性和維修保障費用產生重要影響。提高裝備六性指標要求有助于保持良好的裝備完好率和出動率，從而提高裝備作戰(zhàn)能力，增強戰(zhàn)場生存能力，降低使用保障費用。
（2）特點
國內外各類軍工單位均有開展裝備通用質量特性工作，通常技術越發(fā)達重視程度越高，從目前該領域在國內的發(fā)展來看，主要有以下三大特點：一是通用質量特性工作覆蓋裝備的全壽命周期過程，即不僅要關注裝備的“優(yōu)生”問題，還要關注“優(yōu)育”問題；二是通用質量特性工作要靠軍用標準或者相關行業(yè)標準來規(guī)范，是一項技術性、政策性很強的工作；三是通用質量特性水平的形成和提高，需要經歷設計、研制、生產和試驗等各個階段，有些甚至需要以關鍵技術攻關和試驗驗證為基礎。
2.1 工作流程
根據(jù)上述相關標準的規(guī)定，可以將六性工作流程概括為五個方面，即頂層要求、管理策劃、設計分析、試驗評價和使用改進，具體工作流程見圖2。
（1）頂層要求
通常由訂購方，即總體或主機單位提出六性定性和定量要求，根據(jù)不同的武器裝備類型，規(guī)定的六性工作項目略有差異，但總體上一致；相比而言，六性指標要求則差異較大。一般情況下，裝備的承制單位負責落實上述頂層要求。
（2）管理策劃
可靠性是設計出來、生產出來、管理出來的，其它五性亦是如此。在裝備全壽命周期過程中，會有不同的專業(yè)人員參與其中，各自分工明確地完成相應的六性工作，期間也會產生各種六性數(shù)據(jù)與信息，這些都需要進行管理和策劃，唯有如此才能保證六性工作井然有序地開展。
（3）設計分析
六性是在設計中賦予的，具體落實還得由設計分析人員完成，六性工程師則提供方法理論與工具。一般流程主要是從建模、分配、預計和分析這四個方面進行迭代工作，之后設計人員將六性設計準則與理念融入到產品設計中去，實現(xiàn)六性指標要求。
（4）試驗評價
六性指標在使用之前得到確認的唯一辦法就是試驗評價，因此開展六性試驗評價工作勢在必行，其目的是為了驗證六性指標是否達到要求，根據(jù)各個特性自身專業(yè)特點，試驗類型各有差異，試驗目的以指標驗證、增長為主。
（5）使用改進
裝備在使用過程中，其六性水平會逐漸暴露出來，并得到相應的確認，這一階段六性水平已經固定，提高同類產品六性水平，須針對其中以故障為核心的六性問題制定改進措施，進而達到目的。
2.2 工作問題隨著科技的發(fā)展，為了使武器裝備具有更強大的功能，內部集成化程度越來越高，系統(tǒng)越來越復雜，由此帶來的通用質量特性相關問題也越來越突出，主要如下：（1）六性設計與產品總體設計脫節(jié)；（2）六性設計各自為政，缺乏互相關聯(lián)；（3）數(shù)據(jù)來源不一致，更新不及時；（4）名義上的并行工程，未涉及保障環(huán)節(jié)；（5）缺乏頂層指標；（6）六性工作不成體系，缺乏協(xié)同機制。
3 通用質量特性關系研究
3.1 參數(shù)指標關系
裝備的各個通用質量特性不是獨立的，并且是一組與時間相關的質量特性（quality over time），圖3列舉了六性主要參數(shù)。
其中可靠性參數(shù)主要可以分為四類：基本可靠性參數(shù)、任務可靠性參數(shù)、耐久性參數(shù)和貯存可靠性參數(shù)；維修性參數(shù)主要可以分為三類：維修時間參數(shù)、維修工時參數(shù)和測試性診斷類參數(shù)；保障性參數(shù)，主要有表示系統(tǒng)戰(zhàn)備完好性要求的使用參數(shù)；安全性參數(shù)主要有人員傷亡概率和事故概率；環(huán)境適應性參數(shù)主要是人機適應性參數(shù)。它們彼此之間存在著密切的關聯(lián)，共同對裝備的效能發(fā)揮產生影響，其中武器裝備效能是系統(tǒng)可用性（戰(zhàn)備完好）、可信性（任務成功）及固有能力的綜合反映。
在裝備六性指標論證初期，可靠性指標、維修性指標、保障性指標等要求都是截然分開，以致六性設計各自單獨進行，后果便是設計結果相互矛盾，實際上六性參數(shù)彼此關聯(lián)，六性設計可以相互權衡協(xié)調。針對這一問題，眾多學者專家提出或者探討了 RMS（可靠性維修性保障性）綜合指標體系，實現(xiàn) RMS 一體化綜合設計，對六性參數(shù)進行權衡協(xié)調，避免各自按照單項參數(shù)要求進行設計而產生的相互矛盾。根據(jù)文獻的描述，RMS 指標體系可劃分為戰(zhàn)術、技術、工程設計三個層次。
第一個層次是由RMS參數(shù)組合而成實現(xiàn)作戰(zhàn)要求的戰(zhàn)術指標，即綜合參數(shù)，主要包括表達系統(tǒng)戰(zhàn)備完好和任務成功的使用可用度、任務成功度（可信度）等指標；這些參數(shù)指標，既是實現(xiàn)作戰(zhàn)要求，又是多參數(shù)合成，也是RMS 的頂層指標，是六性設計的出發(fā)點和最終要求。
第二個層次是RMS參數(shù)的技術指標，主要包括表征RMS各種單項能力特性的任務可靠度、基本可靠度、設備維修度、備件保障度等，這些參數(shù)指標是相應的單項參數(shù)和相應的任務時間、再次出動時間、備件補充時間的隨機函數(shù)，只有將它們進行有機組合，才能成為實現(xiàn)作戰(zhàn)要求的RMS參數(shù)的戰(zhàn)術指標。
第三個層次是RMS參數(shù)的工程設計指標，它們是在工程設計中可以直接實現(xiàn)的，主要有平均致命故障間隔時間、平均故障間隔時間、平均修復時間、平均預防維修時間、平均維修延遲時間、平均備件延誤時間等。在六性工程領域，針對特定裝備的六性參數(shù)相互關系仍然缺乏系統(tǒng)的闡述，參數(shù)的理論模型還不完備，較為成熟的是上文提到的通用的或者普適性的RMS指標體系，雖然它們有各自的應用場景或者特定的假設，也有部分存在爭議的地方，但這里不針對其數(shù)學模型進行深入探究，只是利用其現(xiàn)有的形式描述六性參數(shù)的量化關系，其具體的數(shù)學模型不在文中研究范圍內。下面選取表示戰(zhàn)備完好性的使用可用度和表示任務成功性的可信度、任務成功率三個 RMS頂層參數(shù)來說明RMS參數(shù)間的量化關系。
（1）使用可用度（AO）可靠性、維修性同為保障性的設計特性，可靠性與維修性共同決定了裝備的使用有可用度，也是RMS 戰(zhàn)術參數(shù)，當任務剖面是連續(xù)工作狀態(tài)時，三者之間的量化關系可用下式表達
式中，MTBCF為平均致命故障間隔時間；MTTR為平均修復時間；MLDT為平均備件延誤時間；MTTPF為平均預防維修時間。由圖3可知，MTBCF屬于可靠性參數(shù)，MTTR和 MTTPF屬于維修性參數(shù)，MLDT屬于保障性參數(shù)。
由式（1）可知，可靠性、維修性和保障性三個工程設計類參數(shù)在 RMS 頂層參數(shù)或者戰(zhàn)術參數(shù)的約束下相互關聯(lián)，只有彼此相互協(xié)調才能在滿足單項指標要求的同時滿足頂層要求。
（2）任務可信度根據(jù) IEC 60050-192：2015《電工術語可信性》 第 192-01-22 條的定義，可信性是指產品需要時按要求執(zhí)行的能力。它是產品與時間相關質量特性的集合，包括可靠性、維修性、保障性，在某些情況下還包括環(huán)境適應性和安全性等特性?？尚判耘c國內通常說的通用質量特性大體上同義，也有文獻將可信性用來描述任務可信性或者任務成功性，其數(shù)學模型如下
（3）任務成功性
綜上所述，從RMS參數(shù)指標體系的三個頂層參數(shù)出發(fā)，簡單地描述了RMS參數(shù)間的量化關系，但是截至到目前，六性參數(shù)指標體系仍然存在許多有待研究的問題，如特定裝備的指標體系如何選取頂層指標、頂層指標又需要包含哪些參數(shù)、理論模型的具體形式等。因此，六性參數(shù)間的量化關系也會隨理論模型的不同而不同。此外，六性參數(shù)指標之間的量化關系不僅只有在頂層指標約束下的相互制約關系，還包括其他關系，如簡單的函數(shù)關系，這種關系將在下文 4.3 節(jié)以案例的形式重點說明，此處不再贅述。
3.2 非量化關系
（1）發(fā)展歷程關系
可靠性工程是為了達到產品的可靠性要求而進行的一套從管理策劃到使用改進的貫穿全壽命周期的系統(tǒng)性工作；維修性是可靠性的一部分，由于其重要性越來越明顯，因此獨立分出了“維修性工程”；“保障性工程”又是從維修性工程中獨立出來的；在維修過程中，重要的環(huán)節(jié)是確定產品是否出故障，哪個部位出了故障，這是測試性賦予產品的特性，于是測試性工程又從維修性工程分離出來；安全性本是可靠性的一部分，是涉及機毀人亡、要求更高的可靠性，但可靠性只研究故障發(fā)生以前直到故障發(fā)生為止的系統(tǒng)狀態(tài)，然而故障發(fā)生為止的系統(tǒng)狀態(tài)有可能對生命財產安全造成隱患，所以需要安全性工程發(fā)揮作用，著重研究故障發(fā)生后對系統(tǒng)的影響，因此安全性也獨立成為了一門同可靠性同等重要的學科；可靠性工程技術于 20 世紀 50年代在美國萌芽，20世紀80年代后在我國得到了迅猛發(fā)展，而裝備環(huán)境適應性問題雖然在第二次世界大戰(zhàn)就已出現(xiàn)，但直到 20世紀 90年代美國、英國等國家才開始把裝備環(huán)境適應性工作作為一項系統(tǒng)性工作，因為研究可靠性首先要確定產品是否有足夠的環(huán)境適應性，環(huán)境適應性是可靠性的前提，是可靠性研究的基礎，環(huán)境適應性這一概念的發(fā)展也是得益于可靠性工程在實踐中的經驗總結。隨著武器裝備研制技術的不斷提高，可靠性系統(tǒng)工程的應用越來越廣泛，并逐漸衍生出維修性、保障性、測試性、安全性和環(huán)境適應性這些概念，可靠性系統(tǒng)工程這一概念基本涉及并包括了維修性、保障性、測試性、安全性和環(huán)境適應性這五大通用質量特性的概念與含義。
（2）故障聯(lián)接關系
可靠性著眼于減少或消滅故障，維修性著眼于以最短的時間、最低限度的保障資源及最省的費用，使產品保持或迅速恢復到良好狀態(tài)；維修又依賴于測試，通過測試進行故障檢測和隔離；產品在正常使用、維修、測試過程中又必須依賴于保障予以支持，要求其易于保障，產品的維修性和可靠性是保障性的重要條件，而保障性是可靠性和維修性的歸宿；在實施上述過程中應少出或不出安全事故，當故障后果導致不安全時，可靠性問題就成了安全性問題，所以故障是可靠性和安全性的聯(lián)接點，安全性是一種特殊的可靠性。產品的環(huán)境適應性主要取決于選用的材料、構件、元器件耐環(huán)境的能力，以及其結構設計、工藝設計時采取的耐環(huán)境措施是否完整有效，如果提高了產品耐環(huán)境能力，產品就具備了足夠的耐環(huán)境裕度，也降低了產品的故障出現(xiàn)概率，即提高了可靠性。因此，環(huán)境適應性是可靠性的前提和基礎，武器裝備沒有較高的環(huán)境適應性，其可靠性就失去保證?？煽啃砸怨收项l度影響維修和保障資源配備，測試性以故障檢測和隔離的難易影響維修性和保障性，致命故障（可靠性）可能危及人員或財產安全，影響裝備的安全性等，六性因故障而緊密相連，開展六性工作首先要理清其故障聯(lián)接關系，然后相互協(xié)調權衡，才不至于出現(xiàn)相互矛盾的結果。如果只是片面強調可靠性，而忽略了測試性、維修性和保障性，很可能出現(xiàn)不輕易發(fā)生故障，一旦發(fā)生故障，就難以定位故障、維修困難或維修備件不足等情況；反之，片面強調維修性，不注重可靠性，會造成裝備經常發(fā)生故障的局面，盡管容易維修，但會嚴重影響裝備正常執(zhí)行任務。
（3）協(xié)同工作關系
六性工作之間有復雜的銜接關系，需要有良好的協(xié)同機制才能實現(xiàn)。例如可靠性的設計結果會傳遞給維修性和測試性設計過程，維修性和測試性設計的結果會傳遞給后續(xù)的保障性設計過程，可靠性設計分析工作中的 FMECA分析結果是測試性設計的輸入，測試性設計結果又影響維修性設計等。六性工作從管理策劃到使用改進的全壽命周期過程中，無論是設計分析，還是試驗評價都存在著協(xié)同關系。因此，開展六性與性能綜合設計、同步設計、并行設計，將六性預測、分析發(fā)現(xiàn)的設計缺陷以及有效的預防措施及時反饋到設計師系統(tǒng)，改進有缺陷的設計，才能提高產品的六性水平。GJB 450A-2004 、GJB 368B-2009、GJB 2547A-2012分別在其4.4節(jié)指出：可靠性、維修性、測試性工作應與其他相關工作協(xié)調，并盡可能結合進行，減少重復；GJB 3872-99 4.7 節(jié)指出：綜合保障與可靠性維修性等專業(yè)工程，同時為降低壽命周期費用、滿足系統(tǒng)戰(zhàn)備完好性要求而開展的，具有不同任務、不 同 工 作 內 涵 且 密 切 相 關 的 工 程 領 域 ；GJB900A-2012 4.5 節(jié)指出：應按 GJB450、GJB 368、GJB2547、GJB 3872協(xié)調安全性工作與其他工作。上述六性工作標準均指出六性工作需要協(xié)同進行，但是相關工作項目的輸入輸出關系和接口關系并不明確，此外，環(huán)境適應性盡管從設計的角度與其他五性密切關聯(lián)，但其工作項目較其他五性而言相對獨立，圖 4 描述了六性工作中一些主要工作項目的協(xié)同關系。
（4）內在因果關系
如前所述，通用質量特性參數(shù)指標在頂層戰(zhàn)術指標約束下彼此關聯(lián)，因此在指標選取時應綜合權衡分析，這種關系可以定義為通用質量特性在外部因素約束下的外在關系，通用質量特性還存在著不受外部因素約束的內在聯(lián)系，如在提高測試性參數(shù)指標時，會增加 BIT電路，與此同時，由于元器件的增多導致電子設備基本可靠性的下降，這是測試性與可靠性之間一種內在的相互制約關系；另外，測試性水平的提高，出現(xiàn)故障后便于進行檢測隔離，進一步縮短維修時間，間接促進了維修性水平的提升，這又是一種促進關系。文中所指的內在因果關系主要是六性參數(shù)之間的相互制約關系和促進關系。
4 通用質量特性關系案例說明
4.1 工程背景
隨著軍用光電偵測技術的不斷進步，陸、海、 空、天傳感器網絡化技術的不斷發(fā)展，低空、艦空、空空武器光電精確制導能力的不斷提高，各種軍用平臺面臨日趨嚴重的光電威脅，在現(xiàn)代和未來的戰(zhàn)場上，面對來自陸、海、空、天的各種光電威脅，光電對抗成為克敵制勝的一種有效手段，世界各主要軍事大國積極投入研制光電對抗裝備，使光電對抗技術和裝備成為電子戰(zhàn)系統(tǒng)發(fā)展最快的領域，同時通用質量特性工作在光電對抗領域也得以廣泛開展。以某型機載平臺光電對抗裝備為例，選取其通用質量特性工作過程中的典型工作項目，分別為可靠性預計、故障模式影響及危害性分析（FMECA）和測試性建模預計，從量化和非量化兩個角度，就其相互關系展開說明。首先，該型裝備定義為外場可更 換 單 元（LRU），主 要 由 四 個 內 場 可 更 換 單 元（SRU）組成；其次，在充分分析設備組成和功能原理的基礎上，開展上述通用質量特性工作，工作結果在4.2節(jié)說明。
4.2 工作結果
（1）可靠性預計相關結果經分析該型設備基本可靠性模型為串聯(lián)模型，如圖5所示。
在充分掌握該型設備功能原理和 FMECA 數(shù)據(jù)的基礎上，利用商業(yè)測試性建模軟件構建出該型設備基于故障-信號-測試（F-S-T）之間的交聯(lián)關系，即測試性模型，如圖6所示。
測試性建模預計的目標旨在通過多信號流圖模型預計光電對抗設備的故障檢測率（FDR）和故障隔離率（FIR）。對于故障檢測率來說，用于預計的定量數(shù)學模型可表示為
對于故障隔離率來說，用于預計的定量數(shù)學模型為
4.3 實際案例中的六性關系闡釋
（1）量化關系
在光電對抗裝備可靠性設計過程中，硬件設計人員根據(jù)國軍標和技術協(xié)議相關要求采取一系列措施提升電子設備的可靠性水平，比較常見的措施有元器件應力篩選、優(yōu)選元器件、簡化設計等，故障發(fā)生的概率變小，在一定程度上會影響測試性水平，這種影響取決于可靠性與測試性之間的量化關系表達式，即 4.2節(jié)中給出的故障檢測率和故障隔離率的數(shù)學模型，從中可以清晰地看到，測試性參數(shù)與可靠性參數(shù)之間存在著某種簡單的函數(shù)關系，這種關系的核心是由已知量來求未知量，對于測試性指標數(shù)學模型，其中未知量是故障檢測率和故障隔離率，已知量則是可靠性參數(shù)指標故障率，二者之間并非具有嚴格函數(shù)表達式的量化關系也可以歸為六性參數(shù)指標關系。
（2）協(xié)同關系
上述實際工程案例體現(xiàn)了可靠性工作與測試性工作的協(xié)同關系，首先可靠性預計工作為FMECA提供故障率數(shù)據(jù)，其次 FMECA又是測試性建模的輸入，圖 4 很好地描述了三者之間的協(xié)同關系。在工程實際操作中，也遵照這種協(xié)同關系有序開展相關工作，F(xiàn)MECA表格中故障率數(shù)據(jù)來源通常是可靠性預計、工程統(tǒng)計等，在缺乏產品故障數(shù)據(jù)的情況下，可靠性預計不乏為一種獲取手段，此外在開展測試性建模過程中需要從 FMECA 表格中獲取故障、信號和測試之間的關系，據(jù)此建立基于多信號流圖模型的交聯(lián)關系，為測試性指標的定量預計建立圖示化模型。
（3）制約關系
在該型光電對抗裝備通用質量特性設計過程中，為提高測試性水平，達到要求的測試性指標，硬件設計人員在完成電路功能設計的同時設置了BIT電路，增加電路的不穩(wěn)定性，降低設備的基本可靠性水平。這也是測試性與可靠性在設計過程中相互制約關系的體現(xiàn)，是一種反相關的關系，不同于上文提到的函數(shù)關系，就可靠性故障率之于測試性故障檢測率和隔離率來說，它是一種正相關的函數(shù)關系，即故障率越低，可靠性越好，測試性水平越高。
5 總結與建議
通用質量特性的目標是提升裝備的戰(zhàn)備完好性和任務成功性，最大限度地發(fā)揮其效能。只有將通用質量特性綜合一體化設計，并作為影響裝備效能的因素整體考慮，才能達到預期的效能目標。因此，理清裝備通用質量特性之間的相互關系，做好裝備通用質量特性之間的權衡協(xié)調至關重要。目前，雖然有不少通用質量特性頂層指標體系方面的研究，但各種理論模型還不完善，距離應用還有很長一段距離。日后該方向有待進一步研究，現(xiàn)階段基于前文通用質量特性相互關系的概述，給出通用質量特性工作的一些建議，具體有以下兩方面：其一是加強六性指標綜合一體化設計，六性參數(shù)選擇和指標確定必須是一體化的、協(xié)調的，建議運用系統(tǒng)工程和軍事運籌學等理論方法，以多指標綜合優(yōu)化設計技術、風險分析和費用管理評估為基礎，以戰(zhàn)備完好和任務成功為六性指標體系優(yōu)化論證目標函數(shù)，以裝備研制全壽命周期費用為約束條件，建立裝備六性一體化論證數(shù)學模型，實現(xiàn)裝備六性指標體系的優(yōu)化設計；其二是在六性指標要求下，實現(xiàn)六性工作的協(xié)同并行，明確輸入輸出關系、接口關系等。
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本文轉自微信公眾號：可靠性的邊界”
01 引言
武器裝備通用質量特性主要由“六性”（可靠性、維修性、保障性、測試性、安全性和環(huán)境適應性）組成，是在論證中提出，設計中落實，生產中實現(xiàn)，使用中發(fā)揮和提高的。由此可見，六性工作覆蓋了武器裝備全壽命周期過程，此外裝備六性是否滿足使用需求，將直接影響裝備效能的發(fā)揮，也是關系到軍事裝備能否形成和保持戰(zhàn)斗力的重要因素，關乎戰(zhàn)爭勝負、官兵生死存亡。如今，雖然六性技術隨著各方面重視程度的不斷提高而穩(wěn)步提升，但是六性工作仍然存在諸多問題，如廣受工程界詬病的“兩張皮”現(xiàn)象、六性設計各自為政，缺乏相互關聯(lián)等等，而其中六性之間的相互關聯(lián)問題雖然有不少文獻簡要提及，但是學術界還沒有對此做出系統(tǒng)性概述或者深入研究，從量化和非量化兩個角度，針對該問題進行了廣泛的調研，旨在理清裝備研制中六性之間的相互關系，為后續(xù)六性參數(shù)之間的優(yōu)化設計以及六性協(xié)同工作提供參考。
1 通用質量特性概況1.1 基本概念與內涵（1）裝備質量定義
質量的定義是一組固有特性滿足要求的程度，即用戶需求的滿意程度?，F(xiàn)代質量觀認為，質量特性包括了產品的專用特性、通用特性、經濟性、時間性、適應性等方面。對于武器裝備而言，可把這些特性分為專用特性和通用特性，專用特性是反映不同武器裝備類別和自身特點的個性特征；通用特性則描述了武器裝備保持規(guī)定功能和性能指標要求的能力，反映了不同武器裝備均應具有的共性特征。（2）通用質量特性定義
如前所述，通用質量特性是武器裝備的固有質量屬性，表1列舉了各個特性的國軍標定義。
可靠性賦予了裝備是否容易發(fā)生故障的屬性，目標是少出故障；測試性賦予了裝備便于確定有無故障和何處發(fā)生了故障的特性，即定位故障；維修性賦予了裝備便于進行預防性維修和修復性維修的特性，目標是處理故障；保障性保證出現(xiàn)故障時可以快速供應；安全性旨在出現(xiàn)故障以后降低風險；環(huán)境適應性是可靠性發(fā)揮的保證，旨在發(fā)揮效能。
1.2 工作目的與特點
（1）工作目的開展武器裝備六性工作目的是提高武器裝備，的戰(zhàn)備完好性、任務成功性，降低維修人力費用和后勤保障費用。六性指標與裝備性能指標同等重要，是保證裝備戰(zhàn)術技術性能有效發(fā)揮的一組通用的非功能特性指標，對裝備的作戰(zhàn)能力、生存能力、部署機動性和維修保障費用產生重要影響。提高裝備六性指標要求有助于保持良好的裝備完好率和出動率，從而提高裝備作戰(zhàn)能力，增強戰(zhàn)場生存能力，降低使用保障費用。
（2）特點
國內外各類軍工單位均有開展裝備通用質量特性工作，通常技術越發(fā)達重視程度越高，從目前該領域在國內的發(fā)展來看，主要有以下三大特點：一是通用質量特性工作覆蓋裝備的全壽命周期過程，即不僅要關注裝備的“優(yōu)生”問題，還要關注“優(yōu)育”問題；二是通用質量特性工作要靠軍用標準或者相關行業(yè)標準來規(guī)范，是一項技術性、政策性很強的工作；三是通用質量特性水平的形成和提高，需要經歷設計、研制、生產和試驗等各個階段，有些甚至需要以關鍵技術攻關和試驗驗證為基礎。
2 通用質量特性工作簡述
GJB 9001C-2017《質量管理體系要求》在 4.1.1節(jié)中規(guī)定：根據(jù)產品的特點，建立并實施可靠性、維修性、保障性、測試性、安全性和環(huán)境適應性等通用質量特性工作過程；此外，在 8.1 節(jié)中規(guī)定：按照GJB 450、GJB 368、GJB 3872、GJB2547、GJB 900、GJB 4239以及GJB 1909等標準的要求，確定通用質量特性定性、定量要求及工作項目要求，制定通用質量特性工作計劃；結合系統(tǒng)設計，綜合權衡、分解通用質量特性定性定量要求，開展通用質量特性分析、設計、驗證，提出并落實預防和改進措施。2.1 工作流程
根據(jù)上述相關標準的規(guī)定，可以將六性工作流程概括為五個方面，即頂層要求、管理策劃、設計分析、試驗評價和使用改進，具體工作流程見圖2。
（1）頂層要求
通常由訂購方，即總體或主機單位提出六性定性和定量要求，根據(jù)不同的武器裝備類型，規(guī)定的六性工作項目略有差異，但總體上一致；相比而言，六性指標要求則差異較大。一般情況下，裝備的承制單位負責落實上述頂層要求。
（2）管理策劃
可靠性是設計出來、生產出來、管理出來的，其它五性亦是如此。在裝備全壽命周期過程中，會有不同的專業(yè)人員參與其中，各自分工明確地完成相應的六性工作，期間也會產生各種六性數(shù)據(jù)與信息，這些都需要進行管理和策劃，唯有如此才能保證六性工作井然有序地開展。
（3）設計分析
六性是在設計中賦予的，具體落實還得由設計分析人員完成，六性工程師則提供方法理論與工具。一般流程主要是從建模、分配、預計和分析這四個方面進行迭代工作，之后設計人員將六性設計準則與理念融入到產品設計中去，實現(xiàn)六性指標要求。
（4）試驗評價
六性指標在使用之前得到確認的唯一辦法就是試驗評價，因此開展六性試驗評價工作勢在必行，其目的是為了驗證六性指標是否達到要求，根據(jù)各個特性自身專業(yè)特點，試驗類型各有差異，試驗目的以指標驗證、增長為主。
（5）使用改進
裝備在使用過程中，其六性水平會逐漸暴露出來，并得到相應的確認，這一階段六性水平已經固定，提高同類產品六性水平，須針對其中以故障為核心的六性問題制定改進措施，進而達到目的。
2.2 工作問題隨著科技的發(fā)展，為了使武器裝備具有更強大的功能，內部集成化程度越來越高，系統(tǒng)越來越復雜，由此帶來的通用質量特性相關問題也越來越突出，主要如下：（1）六性設計與產品總體設計脫節(jié)；（2）六性設計各自為政，缺乏互相關聯(lián)；（3）數(shù)據(jù)來源不一致，更新不及時；（4）名義上的并行工程，未涉及保障環(huán)節(jié)；（5）缺乏頂層指標；（6）六性工作不成體系，缺乏協(xié)同機制。
3 通用質量特性關系研究
3.1 參數(shù)指標關系
裝備的各個通用質量特性不是獨立的，并且是一組與時間相關的質量特性（quality over time），圖3列舉了六性主要參數(shù)。
其中可靠性參數(shù)主要可以分為四類：基本可靠性參數(shù)、任務可靠性參數(shù)、耐久性參數(shù)和貯存可靠性參數(shù)；維修性參數(shù)主要可以分為三類：維修時間參數(shù)、維修工時參數(shù)和測試性診斷類參數(shù)；保障性參數(shù)，主要有表示系統(tǒng)戰(zhàn)備完好性要求的使用參數(shù)；安全性參數(shù)主要有人員傷亡概率和事故概率；環(huán)境適應性參數(shù)主要是人機適應性參數(shù)。它們彼此之間存在著密切的關聯(lián)，共同對裝備的效能發(fā)揮產生影響，其中武器裝備效能是系統(tǒng)可用性（戰(zhàn)備完好）、可信性（任務成功）及固有能力的綜合反映。
在裝備六性指標論證初期，可靠性指標、維修性指標、保障性指標等要求都是截然分開，以致六性設計各自單獨進行，后果便是設計結果相互矛盾，實際上六性參數(shù)彼此關聯(lián)，六性設計可以相互權衡協(xié)調。針對這一問題，眾多學者專家提出或者探討了 RMS（可靠性維修性保障性）綜合指標體系，實現(xiàn) RMS 一體化綜合設計，對六性參數(shù)進行權衡協(xié)調，避免各自按照單項參數(shù)要求進行設計而產生的相互矛盾。根據(jù)文獻的描述，RMS 指標體系可劃分為戰(zhàn)術、技術、工程設計三個層次。
第一個層次是由RMS參數(shù)組合而成實現(xiàn)作戰(zhàn)要求的戰(zhàn)術指標，即綜合參數(shù)，主要包括表達系統(tǒng)戰(zhàn)備完好和任務成功的使用可用度、任務成功度（可信度）等指標；這些參數(shù)指標，既是實現(xiàn)作戰(zhàn)要求，又是多參數(shù)合成，也是RMS 的頂層指標，是六性設計的出發(fā)點和最終要求。
第二個層次是RMS參數(shù)的技術指標，主要包括表征RMS各種單項能力特性的任務可靠度、基本可靠度、設備維修度、備件保障度等，這些參數(shù)指標是相應的單項參數(shù)和相應的任務時間、再次出動時間、備件補充時間的隨機函數(shù)，只有將它們進行有機組合，才能成為實現(xiàn)作戰(zhàn)要求的RMS參數(shù)的戰(zhàn)術指標。
第三個層次是RMS參數(shù)的工程設計指標，它們是在工程設計中可以直接實現(xiàn)的，主要有平均致命故障間隔時間、平均故障間隔時間、平均修復時間、平均預防維修時間、平均維修延遲時間、平均備件延誤時間等。在六性工程領域，針對特定裝備的六性參數(shù)相互關系仍然缺乏系統(tǒng)的闡述，參數(shù)的理論模型還不完備，較為成熟的是上文提到的通用的或者普適性的RMS指標體系，雖然它們有各自的應用場景或者特定的假設，也有部分存在爭議的地方，但這里不針對其數(shù)學模型進行深入探究，只是利用其現(xiàn)有的形式描述六性參數(shù)的量化關系，其具體的數(shù)學模型不在文中研究范圍內。下面選取表示戰(zhàn)備完好性的使用可用度和表示任務成功性的可信度、任務成功率三個 RMS頂層參數(shù)來說明RMS參數(shù)間的量化關系。
（1）使用可用度（AO）可靠性、維修性同為保障性的設計特性，可靠性與維修性共同決定了裝備的使用有可用度，也是RMS 戰(zhàn)術參數(shù)，當任務剖面是連續(xù)工作狀態(tài)時，三者之間的量化關系可用下式表達
式中，MTBCF為平均致命故障間隔時間；MTTR為平均修復時間；MLDT為平均備件延誤時間；MTTPF為平均預防維修時間。由圖3可知，MTBCF屬于可靠性參數(shù)，MTTR和 MTTPF屬于維修性參數(shù)，MLDT屬于保障性參數(shù)。
由式（1）可知，可靠性、維修性和保障性三個工程設計類參數(shù)在 RMS 頂層參數(shù)或者戰(zhàn)術參數(shù)的約束下相互關聯(lián)，只有彼此相互協(xié)調才能在滿足單項指標要求的同時滿足頂層要求。
（2）任務可信度根據(jù) IEC 60050-192：2015《電工術語可信性》 第 192-01-22 條的定義，可信性是指產品需要時按要求執(zhí)行的能力。它是產品與時間相關質量特性的集合，包括可靠性、維修性、保障性，在某些情況下還包括環(huán)境適應性和安全性等特性?？尚判耘c國內通常說的通用質量特性大體上同義，也有文獻將可信性用來描述任務可信性或者任務成功性，其數(shù)學模型如下
（3）任務成功性
綜上所述，從RMS參數(shù)指標體系的三個頂層參數(shù)出發(fā)，簡單地描述了RMS參數(shù)間的量化關系，但是截至到目前，六性參數(shù)指標體系仍然存在許多有待研究的問題，如特定裝備的指標體系如何選取頂層指標、頂層指標又需要包含哪些參數(shù)、理論模型的具體形式等。因此，六性參數(shù)間的量化關系也會隨理論模型的不同而不同。此外，六性參數(shù)指標之間的量化關系不僅只有在頂層指標約束下的相互制約關系，還包括其他關系，如簡單的函數(shù)關系，這種關系將在下文 4.3 節(jié)以案例的形式重點說明，此處不再贅述。
3.2 非量化關系
（1）發(fā)展歷程關系
可靠性工程是為了達到產品的可靠性要求而進行的一套從管理策劃到使用改進的貫穿全壽命周期的系統(tǒng)性工作；維修性是可靠性的一部分，由于其重要性越來越明顯，因此獨立分出了“維修性工程”；“保障性工程”又是從維修性工程中獨立出來的；在維修過程中，重要的環(huán)節(jié)是確定產品是否出故障，哪個部位出了故障，這是測試性賦予產品的特性，于是測試性工程又從維修性工程分離出來；安全性本是可靠性的一部分，是涉及機毀人亡、要求更高的可靠性，但可靠性只研究故障發(fā)生以前直到故障發(fā)生為止的系統(tǒng)狀態(tài)，然而故障發(fā)生為止的系統(tǒng)狀態(tài)有可能對生命財產安全造成隱患，所以需要安全性工程發(fā)揮作用，著重研究故障發(fā)生后對系統(tǒng)的影響，因此安全性也獨立成為了一門同可靠性同等重要的學科；可靠性工程技術于 20 世紀 50年代在美國萌芽，20世紀80年代后在我國得到了迅猛發(fā)展，而裝備環(huán)境適應性問題雖然在第二次世界大戰(zhàn)就已出現(xiàn)，但直到 20世紀 90年代美國、英國等國家才開始把裝備環(huán)境適應性工作作為一項系統(tǒng)性工作，因為研究可靠性首先要確定產品是否有足夠的環(huán)境適應性，環(huán)境適應性是可靠性的前提，是可靠性研究的基礎，環(huán)境適應性這一概念的發(fā)展也是得益于可靠性工程在實踐中的經驗總結。隨著武器裝備研制技術的不斷提高，可靠性系統(tǒng)工程的應用越來越廣泛，并逐漸衍生出維修性、保障性、測試性、安全性和環(huán)境適應性這些概念，可靠性系統(tǒng)工程這一概念基本涉及并包括了維修性、保障性、測試性、安全性和環(huán)境適應性這五大通用質量特性的概念與含義。
（2）故障聯(lián)接關系
可靠性著眼于減少或消滅故障，維修性著眼于以最短的時間、最低限度的保障資源及最省的費用，使產品保持或迅速恢復到良好狀態(tài)；維修又依賴于測試，通過測試進行故障檢測和隔離；產品在正常使用、維修、測試過程中又必須依賴于保障予以支持，要求其易于保障，產品的維修性和可靠性是保障性的重要條件，而保障性是可靠性和維修性的歸宿；在實施上述過程中應少出或不出安全事故，當故障后果導致不安全時，可靠性問題就成了安全性問題，所以故障是可靠性和安全性的聯(lián)接點，安全性是一種特殊的可靠性。產品的環(huán)境適應性主要取決于選用的材料、構件、元器件耐環(huán)境的能力，以及其結構設計、工藝設計時采取的耐環(huán)境措施是否完整有效，如果提高了產品耐環(huán)境能力，產品就具備了足夠的耐環(huán)境裕度，也降低了產品的故障出現(xiàn)概率，即提高了可靠性。因此，環(huán)境適應性是可靠性的前提和基礎，武器裝備沒有較高的環(huán)境適應性，其可靠性就失去保證?？煽啃砸怨收项l度影響維修和保障資源配備，測試性以故障檢測和隔離的難易影響維修性和保障性，致命故障（可靠性）可能危及人員或財產安全，影響裝備的安全性等，六性因故障而緊密相連，開展六性工作首先要理清其故障聯(lián)接關系，然后相互協(xié)調權衡，才不至于出現(xiàn)相互矛盾的結果。如果只是片面強調可靠性，而忽略了測試性、維修性和保障性，很可能出現(xiàn)不輕易發(fā)生故障，一旦發(fā)生故障，就難以定位故障、維修困難或維修備件不足等情況；反之，片面強調維修性，不注重可靠性，會造成裝備經常發(fā)生故障的局面，盡管容易維修，但會嚴重影響裝備正常執(zhí)行任務。
（3）協(xié)同工作關系
六性工作之間有復雜的銜接關系，需要有良好的協(xié)同機制才能實現(xiàn)。例如可靠性的設計結果會傳遞給維修性和測試性設計過程，維修性和測試性設計的結果會傳遞給后續(xù)的保障性設計過程，可靠性設計分析工作中的 FMECA分析結果是測試性設計的輸入，測試性設計結果又影響維修性設計等。六性工作從管理策劃到使用改進的全壽命周期過程中，無論是設計分析，還是試驗評價都存在著協(xié)同關系。因此，開展六性與性能綜合設計、同步設計、并行設計，將六性預測、分析發(fā)現(xiàn)的設計缺陷以及有效的預防措施及時反饋到設計師系統(tǒng)，改進有缺陷的設計，才能提高產品的六性水平。GJB 450A-2004 、GJB 368B-2009、GJB 2547A-2012分別在其4.4節(jié)指出：可靠性、維修性、測試性工作應與其他相關工作協(xié)調，并盡可能結合進行，減少重復；GJB 3872-99 4.7 節(jié)指出：綜合保障與可靠性維修性等專業(yè)工程，同時為降低壽命周期費用、滿足系統(tǒng)戰(zhàn)備完好性要求而開展的，具有不同任務、不 同 工 作 內 涵 且 密 切 相 關 的 工 程 領 域 ；GJB900A-2012 4.5 節(jié)指出：應按 GJB450、GJB 368、GJB2547、GJB 3872協(xié)調安全性工作與其他工作。上述六性工作標準均指出六性工作需要協(xié)同進行，但是相關工作項目的輸入輸出關系和接口關系并不明確，此外，環(huán)境適應性盡管從設計的角度與其他五性密切關聯(lián)，但其工作項目較其他五性而言相對獨立，圖 4 描述了六性工作中一些主要工作項目的協(xié)同關系。
（4）內在因果關系
如前所述，通用質量特性參數(shù)指標在頂層戰(zhàn)術指標約束下彼此關聯(lián)，因此在指標選取時應綜合權衡分析，這種關系可以定義為通用質量特性在外部因素約束下的外在關系，通用質量特性還存在著不受外部因素約束的內在聯(lián)系，如在提高測試性參數(shù)指標時，會增加 BIT電路，與此同時，由于元器件的增多導致電子設備基本可靠性的下降，這是測試性與可靠性之間一種內在的相互制約關系；另外，測試性水平的提高，出現(xiàn)故障后便于進行檢測隔離，進一步縮短維修時間，間接促進了維修性水平的提升，這又是一種促進關系。文中所指的內在因果關系主要是六性參數(shù)之間的相互制約關系和促進關系。
4 通用質量特性關系案例說明
4.1 工程背景
隨著軍用光電偵測技術的不斷進步，陸、海、 空、天傳感器網絡化技術的不斷發(fā)展，低空、艦空、空空武器光電精確制導能力的不斷提高，各種軍用平臺面臨日趨嚴重的光電威脅，在現(xiàn)代和未來的戰(zhàn)場上，面對來自陸、海、空、天的各種光電威脅，光電對抗成為克敵制勝的一種有效手段，世界各主要軍事大國積極投入研制光電對抗裝備，使光電對抗技術和裝備成為電子戰(zhàn)系統(tǒng)發(fā)展最快的領域，同時通用質量特性工作在光電對抗領域也得以廣泛開展。以某型機載平臺光電對抗裝備為例，選取其通用質量特性工作過程中的典型工作項目，分別為可靠性預計、故障模式影響及危害性分析（FMECA）和測試性建模預計，從量化和非量化兩個角度，就其相互關系展開說明。首先，該型裝備定義為外場可更 換 單 元（LRU），主 要 由 四 個 內 場 可 更 換 單 元（SRU）組成；其次，在充分分析設備組成和功能原理的基礎上，開展上述通用質量特性工作，工作結果在4.2節(jié)說明。
4.2 工作結果
（1）可靠性預計相關結果經分析該型設備基本可靠性模型為串聯(lián)模型，如圖5所示。
在充分掌握該型設備功能原理和 FMECA 數(shù)據(jù)的基礎上，利用商業(yè)測試性建模軟件構建出該型設備基于故障-信號-測試（F-S-T）之間的交聯(lián)關系，即測試性模型，如圖6所示。
測試性建模預計的目標旨在通過多信號流圖模型預計光電對抗設備的故障檢測率（FDR）和故障隔離率（FIR）。對于故障檢測率來說，用于預計的定量數(shù)學模型可表示為
對于故障隔離率來說，用于預計的定量數(shù)學模型為
4.3 實際案例中的六性關系闡釋
（1）量化關系
在光電對抗裝備可靠性設計過程中，硬件設計人員根據(jù)國軍標和技術協(xié)議相關要求采取一系列措施提升電子設備的可靠性水平，比較常見的措施有元器件應力篩選、優(yōu)選元器件、簡化設計等，故障發(fā)生的概率變小，在一定程度上會影響測試性水平，這種影響取決于可靠性與測試性之間的量化關系表達式，即 4.2節(jié)中給出的故障檢測率和故障隔離率的數(shù)學模型，從中可以清晰地看到，測試性參數(shù)與可靠性參數(shù)之間存在著某種簡單的函數(shù)關系，這種關系的核心是由已知量來求未知量，對于測試性指標數(shù)學模型，其中未知量是故障檢測率和故障隔離率，已知量則是可靠性參數(shù)指標故障率，二者之間并非具有嚴格函數(shù)表達式的量化關系也可以歸為六性參數(shù)指標關系。
（2）協(xié)同關系
上述實際工程案例體現(xiàn)了可靠性工作與測試性工作的協(xié)同關系，首先可靠性預計工作為FMECA提供故障率數(shù)據(jù)，其次 FMECA又是測試性建模的輸入，圖 4 很好地描述了三者之間的協(xié)同關系。在工程實際操作中，也遵照這種協(xié)同關系有序開展相關工作，F(xiàn)MECA表格中故障率數(shù)據(jù)來源通常是可靠性預計、工程統(tǒng)計等，在缺乏產品故障數(shù)據(jù)的情況下，可靠性預計不乏為一種獲取手段，此外在開展測試性建模過程中需要從 FMECA 表格中獲取故障、信號和測試之間的關系，據(jù)此建立基于多信號流圖模型的交聯(lián)關系，為測試性指標的定量預計建立圖示化模型。
（3）制約關系
在該型光電對抗裝備通用質量特性設計過程中，為提高測試性水平，達到要求的測試性指標，硬件設計人員在完成電路功能設計的同時設置了BIT電路，增加電路的不穩(wěn)定性，降低設備的基本可靠性水平。這也是測試性與可靠性在設計過程中相互制約關系的體現(xiàn)，是一種反相關的關系，不同于上文提到的函數(shù)關系，就可靠性故障率之于測試性故障檢測率和隔離率來說，它是一種正相關的函數(shù)關系，即故障率越低，可靠性越好，測試性水平越高。
5 總結與建議
通用質量特性的目標是提升裝備的戰(zhàn)備完好性和任務成功性，最大限度地發(fā)揮其效能。只有將通用質量特性綜合一體化設計，并作為影響裝備效能的因素整體考慮，才能達到預期的效能目標。因此，理清裝備通用質量特性之間的相互關系，做好裝備通用質量特性之間的權衡協(xié)調至關重要。目前，雖然有不少通用質量特性頂層指標體系方面的研究，但各種理論模型還不完善，距離應用還有很長一段距離。日后該方向有待進一步研究，現(xiàn)階段基于前文通用質量特性相互關系的概述，給出通用質量特性工作的一些建議，具體有以下兩方面：其一是加強六性指標綜合一體化設計，六性參數(shù)選擇和指標確定必須是一體化的、協(xié)調的，建議運用系統(tǒng)工程和軍事運籌學等理論方法，以多指標綜合優(yōu)化設計技術、風險分析和費用管理評估為基礎，以戰(zhàn)備完好和任務成功為六性指標體系優(yōu)化論證目標函數(shù)，以裝備研制全壽命周期費用為約束條件，建立裝備六性一體化論證數(shù)學模型，實現(xiàn)裝備六性指標體系的優(yōu)化設計；其二是在六性指標要求下，實現(xiàn)六性工作的協(xié)同并行，明確輸入輸出關系、接口關系等。
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本文轉自微信公眾號：可靠性的邊界”
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