可靠性 可用性 可维护性 安全性 RAMS 定义解释

可靠性，可用性，可维护性，安全性
(RAMS)定义解释
张屹2015年3月1日
1引言
“RAMS是可靠性（Reliability）、可用性（Availability）、可维修性（Maintainability）和安全性（Safety）这四个英文字母的首字母的缩写。

可靠性：产品在规定的条件和规定的时间内，完成规定功能的能力。

可用性：产品在任意随机时刻需要和开始执行任务时，处于可工作或可使用状态的程度。

可维修性：产品在规定条件下和规定时间内，按规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复到规定状态的能力。

安全性：产品所具有的不导致人员伤亡、系统损坏、重大财产损失、不危害员工健康与环境的能力。

”
以上是用自然语言描述的RAMS概念。

为了使概念理解简单并且清晰一致，本文用公式和图形方式，从产品功能出发给出RAMS概念的形式化解释，给出相应的评价指标。

2产品功能
人们对产品的需求，根本上是对产品功能的需求。

产品功能的模型如下图所示，
x y
图1 功能的数学模型
人们当然期望产品功能——这个y=f(x)是恒定的，不随外部环境和时间等条件变化，但这在现实世界是不可能的，因此有了对产品性能的要求。

下文的RAMS即属于产品性能的范畴。

3 RAMS 概念解释 3.1 R AM
图2 RAM 状态图
由图2可见产品使用中只能处于两个状态：
1. y =f (x )的状态，这是人们所期望的，称为正常状态，
2. y ≠f (x )的状态，这是人们所不期望的，称为故障状态。

处于正常状态时，如果产品发生失效，则会进入故障状态； 处于故障状态时，如果产品得到恢复，则会进入正常状态。

产品的RAM （可靠性、可用性和可维护性）即与这两个状态有关。

假设外部条件一致并恒定的情况下： 可靠性即是产品处于正常状态的能力；
可用性即是产品处于正常状态占产品整个使用周期的比例； 可维护性即是产品从回到正常状态的能力；
其中“能力”是一个宽泛的概念，使用“持续时间”把它指标化，即“持续时间”就是“能力”。

可靠性是产品处于正常状态的能力，也就是产品处于正常状态的持续时间。

参见图3。

正常
故障
正常
正常
故障
失效
失效恢复
恢复
图3 RAM 时间图
得到了衡量RAM 的指标。

可靠性：MTTF （平均失效前时间）=(T tf1+T tf2+…+ T tfn )/n 可用性：A= MTTF/MTBF;
其中，MTBF （平均失效间隔时间）=(T bf1+T bf2+…+ T bfn )/n
可维护性：MTTR （平均恢复前时间）=(T tr1+T tr2+…+ T trn )/n
可靠性也可使用失效率λ评价（对于恒定失效率，λ=1/MTTF ）。

可维护性也可使用维护率μ评价（对于恒定维护率μ=1/MTTR ）。

3.2 S
图4 S 状态图1
安全性的描述与具体的领域相关，也就是说产品的输出将产生安全和危险两种结果，而那些输出产生安全结果，那些输出产生危险结果是和具体的应用领域相关（安全性上未考虑产品正常状态下带来的危险，如误用）。

控制领域中一种普遍的模式是：开关闭合代表危险侧（y=1）、开关断开代表安全侧（y=0）。

将RAM 状态图的故障状态进一步分解为安全故障子状态和危险故障子状态。

与RAM 相同，产品使用中只能处于两个状态，见图4：
1. y =f (x )的正常状态，
2. y ≠f (x )的故障状态。

不同的是：
处于正常状态时，如果产品发生安全失效，则会进入安全故障子状态；
如果产品发生危险失效，则会进入危险故障子状态；
处于危险故障子状态，如果危险得到拒绝，导向安全，则会进入安全故障子状态。

产品的S
（安全性）即与这三个状态有关。

假设外部条件一致并恒定的情况下：
安全性即是产品处于正常状态和安全故障子状态的能力； 如果合并正常状态和安全故障子状态，则得到图5，
图5 S 状态图2
同样，使用“持续时间”把“能力”指标化。

见图6。

安全
危险
安全
安全
危险危险失效
危险失效导向安全
导向安全
图6 S 时间图
得到了衡量S 的指标。

对于连续要求或高要求模式，安全性体现在安全状态的持续时间： MTTFD (Mean Time to Fail Dangerous) =(T tfd1+T tfd2+…+ T tfdn )/n 或危险失效率λd 评价（对于恒定危险失效率λd =1/MTTFD ），
或PFH (Probability of Dangerous Failure per Hour)评价（对于恒定PFH ，PFH=λd =1/MTTFD ）。

对于低要求模式，安全性体现在每次安全要求时的不可用性： PFD(Probability of failure on demand)= SDT/(MTTFS+SDT) 上文对安全性的描述只是原理性的，更精确的描述应该包含安全失效与非安全失效的比例（SFF ）、故障诊断（DC ）、故障检测（Proof Test ）等等，详见IEC-61508、EN50129等标准。

更精确的S 状态图详见“IEC61508-2010-6 公式解释”。