如何确定产品的可靠性要求

确定产品的可靠性要求

于晓伟曾天翔编译

译者注：本文作者是美国可靠性分析中心高级工程师发表在该中心《START V ol.12.N.3》上的一篇文章，较详细阐述了产品可靠性要求确定的程序与方法，较有参考价值，我们对部分内容作了剪裁，以便于读者阅读。

1、引言

有时客户对供应商提出产品明确的可靠性要求。但有时则不然，供应商必须首先确定客户提出的可靠性要求是否现实或者是否可达到，然后将其转化为设计要求。还有一种经常发生的情况，尤其在消费产品中，客户不明确指定可靠性要求，此时，就需要供应商自己运用各种方法来建立产品的可靠性要求。表1概括了这几种典型的情况。

就像图1所示，确定产品和系统的可靠性要求是一个多步骤的过程。表2 列出了该过程一些通用的工作项目。在确定可靠性水平时，该过程的每一个步骤都是很重要的，因为可靠性水平将决定为满足客户需求和期望所必须的针对设计的工作项目范围。本文以下部分将讨论关于有效完成这些步骤的典型可靠性工作项目。

表1 客户的可靠性要求情况（录自参考文献1）

图1可靠性要求确定过程

表2 有关确定可靠性目标和要求的活动

2、确定客户的产品需求

许多客户，象普通大众，不会明确指定他们对产品的具体需求，尤其是可靠性方面。而其他产品的一些客户可能非常明确地指定可靠性要求。当客户不明确指定产品的可靠性要求时，供应商就需要运用各种方法来进行确定。

确定用户需求是导出使用的性能可靠性要求和后续设计要求的基本前提。如果设计达不到这些需求，产品在市场领域将不会成功。客户需求必须及早确定，一般在产品研制过程的方案/规划阶段，即在时间和资源大规模投入之前。客户需求是导出性能可靠性要求的先决条件。而可靠性要求，又是确定设计要求的基础，必须在任何设计和研制阶段开始之前确定。确定客户需求可能用到以下几种方法。

市场调查：经常用市场调查法来了解客户对新产品或改进产品的要求和需求状况。客户能从产品的基本功能到普通外观提出所期盼的特点和特性。了解客户需求，最好的方法就是征询客户意见。当然，市场调查也会受到一些偏见和抽样误差的影响，周密计划的工作将消除这些影响。

市场调查通常在方案/规划阶段进行，但是，当得到产品的设计样品后，也可用不同于方案／规划阶段的方式来进行调查。在这种情况下，被调查的客户可能及时提供喜欢还是不喜欢的真实反馈意见，以便在产品全面研制阶段之前进行改进。

基准比较法：（参考文献2）基准比较法是一个先导过程，它用来将本公司的产品、服务、过程与被认为是一流的机构或最有力的竞争者的这些项目进行比较。其目的就是对产品、服务、过程进行改进，以便赶上或超过竞争者。通过比较，使供应商更加了解市场需求，以便在市场竞争中处于不败之地。注意，如果仅仅靠一个过程，比如入库，或者一个服务，比如维修，在同类中做得最好，可能并不能赢得竞争。

针对某一产品，用基准比较法可以帮助公司了解产品性能水平，包括一流产品的可靠性水平。理论上，对这些产品性能水平的处理应放在产品规划之前，起始于产品开发的方案/规划阶段。通常，公司为了与竞争者的产品进行比较，会购买此产品的样品进行消耗性试验。进行试验的目的是为了确定产品的设计特性，包括材料选择，设计范围和公差，设计方法，和可能的制造和装配方法。通过试验可帮助公司了解产品的工作特性和性能水平。相对于一流产品，公司必须决定是否尝试进行竞争，赶超，还是设计成稍低于其性能的产品。如果作出第一种选择，一流产品的可靠性将作为最低要求。如果管理者认为产品可靠性水平与一流产品差不多，但是产品成本较低，以此来有效扩大市场份额的话，那将选择后一种方案。

基准比较法不但适用于确定产品级可靠性要求，而且也适应于确定较低级部件可靠性要求。另外，它还可以指导制定制造、装配和其他提高产品性能、降低总费用的商业管理行为的具体要求。

环境特征描述：环境特征描述用来确定客户将产品投入使用后产品所承受的工作和环境应力。如果对产品所承受的应力不清楚，那么所定的可靠性目标，不管是明确的还是隐含的，都没有意义。例如，某一产品在客户家里使用，具有500小时MTBF（平均故障间隔时间），但在环境应力较大的汽车里使用，却只有200小时的MTBF。环境状况的确定应放在产品的

方案/设计早期阶段。环境对机械设计影响的其他信息参看参考文献3。

在高层次产品中，环境可以表述为地面环境、移动环境、机载环境、空间环境等。但这只能大致提供产品所受应力范围的严酷情况。在设计过程开始的时候，需要知道更详细的信息。对于许多恶劣环境，使用仪器设备来测量期望的应力水平比较合适。例如,可用时间应力测量装置测量和记录象温度、湿度、冲击、振动、和动力所导致的应力。

寿命周期规划：寿命周期计划制定产品寿命周期里每个阶段的可靠性。它致力于研究开发一个成熟产品各个阶段所考虑的问题，经常包括产品的处置。它对产品使用寿命内专门时期包括运输、储存（shelf life）和运行等作出计划安排。对产品进行计划和设计，使其在各个时期所承受的应力下不会失效。寿命周期规划注重寿命周期的各个阶段，以及灾难性故障和磨损故障。在产品寿命周期内，方案/规划阶段是建立表征不同应力特征的可靠性目标和要求的时段。

产品在任何时间（象运输、储存、运行）都会承受应力，都有发生故障的可能。有时，产品在非工作时间遇到的应力比工作时的所遇应力危害还要大。从机械的观点出发，产品工作环境越好，运输此产品就需要越广泛的保护。许多产品在储藏期易受潮，因而，需要用干燥剂来包装。在计划和确定产品合适的可靠性目标和要求时，都要考虑到以上的这些因素。

3、客户的性能可靠性要求：

根据客户对产品的需求确定和导出客户的可靠性要求是必需的。有时要求可能是定性的(比如，“好的可靠性”)。可靠性要求可能“隐含”在所表达的其他需求里面。例如，可用性的要求，实际上包含了产品的可靠性和维修性；又如安全性的问题，就是要求不存在安全致命性故障。

依赖于客户对产品要求的表达，性能可靠性要求可以用两种方式之一来推导。如果产品要求已经用公认的可靠性要求（例：平均维修间隔时间MTBM）来表达，那么就无需进行转化，因为用户已经表达清楚。如果性能可靠性要求“隐含”在用户的基本要求里面，那么就必须对其进行分析以导出可靠性要求。理论上，这些用户要求可通过有关因素的相互关系来进行描述，而可靠性是其中的一个因素。在从客户需求导出性能可靠性要求时，一些有关可靠性的工作项目是有用的。以下列出了这些工作项目：

建模和仿真: 建模和仿真是确定满足大多数客户要求所必须的可靠性水平、可靠性范围的有效方法。它对各种各样不同的产品特性进行权衡，以达到产品的总体要求。仿真是利用计算机的自动运算“尝试”各种不同的解法，以寻求最优解。在产品的方案/规划的早期阶段使用建模和仿真方法最有利。它提供了一种确定求解的方法，而无需昂贵的设计、制造、和试验过程。当产品处于设计/研制阶段时，模型也要升级以反映出当前的产品设计技术状态。

在用任务模型和保障模型确定可靠性要求时，使用数学关系式确定可靠性、各种任务、保障指标之间的关系。这些指标可能指的是给定情况下所需备件的数目，在给定时间周期内所进行的飞行次数，在任何一时间产品列入服务的平均数目，等等。通过改变可靠性的使用度量，可确定对这些指标方面的影响。在其他因数保持不变的情况下，给出“最好”结果的使用可靠性数值，，将选作可靠性要求的数值。

可靠性要求仅是产品许多项性能要求的其中一项。依赖于产品的功能，产品需要达到许多其他的性能要求。包括：射程、有效载荷、速度、重量、功率输出、燃烧率、维修性。除了功能性的性能要求外，产品还有外形、安装、功能、接口（F3I）方面的要求。这些要求描述了产品的外观、大小、形状、电气及机械的接口。

理论上，产品的每项要求都要进行优化。但实际上很少这样做，即使是有过的话，对产品的每项要求进行优化也是不可能的。相反，产品的总体性能必须得到优化，也就是说，