产品设计五性：可靠性、维修性、安全性、测试性与保障性
军用电子设备结构设计“六性”
军用电子设备结构设计“六性”摘要：六性，即可靠性、保障性、维修性、安全性、测试性和环境适应性。
随着当今社会科学技术的不断发展，军用设备的性能和使用要求越来越高，为适应现代化作战的高标准，高要求，科学家们对军用电子设备的性能不断进行优化。
基于此，本文将对军用电子设备的“六性”问题进行简要阐述并提出自己的看法。
关键词：军用电子设备；结构设计；环境适应性随着科技的不断进步，各种设备在日常生活中的应用越来越广泛，军用电子设备相较于其他设备，不仅在设备制造过程中有着严格的要求，而且由于军事信息安全的特殊性和机密性，对军用设备各方面的性能也有着超高的标准。
产品指标在军用电子设备的研发过程中十分重要，社会的不断发展也使得军用设备的“六性”逐渐拥有与产品指标同等重要的地位。
军用电子设备使用的特殊性，内容应用的广泛性，以及信息的安全性等问题，都要求产品的生产达到更高标准。
所以明确军用电子产品结构设计工作，注重“六性”问题，是科学家们关心的重点内容。
1 “六性”的产生2011年11月1日《武器装备质量管理条例》正式颁布，其中第二十条提出军用电子设备的保障性、测试性、安全性、可靠性以及维修性等五项内容。
而在GJB 9001《质量管理体系要求》中，相对于《武器装备质量管理条例》多增加一项性能，即环境适应性。
此外，除去本文所说“六性”中的测试性，另外有军用电子产品的稳定性、电磁兼容性，互换性和运输性等均在GJB 6000《标准编写规定》中出现。
本文中只对军用电子设备的“六性”进行分析。
2 结构设计中的“六性”2.1可靠性根据GJB 450中可靠性定义，我们可以将可靠性理解为所用设备的系统，零部件等各个组成部分，在一定时间内根据不同工作要求，完成要求任务的基本能力。
而可靠度作为衡量设备可靠性的重要标准，指的是设备在规定时间和条件下完成工作要求的概率。
为了使军用设备高标准产生，我们要从源头提高产品的可靠性，通过采用成熟的加工工艺，将新工艺，新材料融入到设备生产，在设计上减少操作步骤，并选择优秀的组装原件，可靠的电路等等，这些符合要求的生产过程都可以大大提高军用电子设备的性能。
RAMS培训教材之一RAMS概念及参数
第3页，共54页。
故障
故障－不能满足规定的功能
性能界限
故障的种类：
功能丧失 功能降低 Surprise ！
破坏极限 工作极限
过应力
故障的可恢复性
第29页，共54页。
有何问题 Questions ?
第30页，
RAMS 相互关系
3
RAMS 工作意义
4
RAMS 参数体系
第31页，共54页。
4
RAMS 参数体系
对于铁路产品的“系统要求”阶段，需要提出并确定系统RAMS技术要求，并 形成文档，随后将系统要求分配到分系统和设备中去。
铁路产品各级产品的RAMS 活动都是围绕RAMS要求进行的，包括定义、分配、实现
、评估和验证等活动。
RAMS要求分类：
• 定性要求－提出了应当开展的RAMS 的工作项目和工作要求，通常采用评审的方法进 行确认；
• 定量要求－是基于RAMS的技术参数提出的，一般通过评估和验证的方法进行确认。
第32页，共54页。
软故障－没有物理损伤
硬故障－有物理损伤
技术规范
设计裕度
规定功能常用故障判据逆向 表达
正常工作区
第4页，共54页。
故障类别－EN50126
序号 故障分类 系统故障模式
运行影响
1
重大
完全失效
铁路产品不能运行
2
主要
致命 性功能失 紧急运行 1 效
3
较小
非致 命性功能 紧急运行 2 失效
可以 忽略的功 正常运行
产品设计的五大维度
产品设计的五大维度1.引言1.1 概述产品设计的五大维度是一个全面考虑产品质量和用户体验的框架。
在产品设计过程中，我们需要关注五个关键维度，分别是功能性、可用性、可靠性、可维护性和可扩展性。
通过从这五个维度进行综合考虑，我们可以设计出更具吸引力和价值的产品。
首先，功能性是产品设计的基本要素之一。
产品的功能性指的是产品在满足用户需求和目标的能力。
一个好的产品应该能够提供有效的解决方案，并满足用户对产品功能的期望。
因此，在产品设计过程中，需求分析和功能规划是非常重要的环节。
其次，可用性是指产品在使用过程中的用户友好性和易用性。
一个具有良好可用性的产品可以减少用户的学习成本和操作难度，提高用户的满意度和忠诚度。
在产品设计中，我们应该注重用户界面的设计，保证产品的操作流程简单明了，符合用户的使用习惯和期望。
第三，可靠性是指产品在长时间使用过程中的稳定性和可信赖性。
用户希望产品在各种条件下都能够正常运行，不频繁出现故障和问题。
因此，在产品设计中，我们应该注重产品的稳定性和可靠性，进行充分的测试和质量保证，确保产品在不同环境下都能够正常运行。
第四，可维护性是指产品在使用过程中的维护和修复的便捷性。
一个具有良好可维护性的产品可以降低维护成本和维修时间，提高产品的可持续性和可操作性。
在产品设计中，我们应该考虑产品的模块化和易维护性，确保产品可以方便地进行维护和升级。
最后，可扩展性是指产品在满足用户当前需求的基础上，能够方便地进行功能扩展和升级。
一个具有良好可扩展性的产品可以充分考虑用户未来的需求，提高产品的生命周期和可持续发展性。
在产品设计中，我们应该注重产品的灵活性和可定制性，为用户提供不同的功能和配置选项。
综上所述，对于产品设计而言，功能性、可用性、可靠性、可维护性和可扩展性是五个非常重要的维度。
只有在这五个维度上进行全面的考虑和优化，我们才能设计出更加出色的产品，满足用户的需求和期望。
在接下来的文章中，我们将详细介绍每个维度的特点和重要性，以及如何在实际产品设计中应用这些维度。
轨道交通产品RAMS
涉及到在各种环境条件和工作条件下，在运营、维护和维修过程中发 生的所有危险；
故障是危险的主要来源，危险性故障是全部故障的子集。
Yuntong
Forever
RAMS 技术讲义
10
11.1 RAMS 基本概念
环境应力对可靠性的影响
环境越恶劣可靠性越差
RAMS是系统工程技术之一，也是世界先进轨道交通行业普遍采用的关键技 术，法国、日本、英国、德国、美国等发达国家和地区均在轨道机车车辆 方面成功地实施了RAMS工程，其中以欧洲国家为代表，不仅建立了RAMS 系列标准，使RAMS工程实现了系统化的发展，还在很大程度上推广了 RAMS工程，使轨道交通的可靠性、维修性和安全性等指标得到了显著的提 高。
11 RAMS 技术基础
RAMS 基本概念
R eliability － 可靠性 A vailability － 可用性 M aintainability － 维修性 S afety － 安全性
“五性”＝可靠性＋维修性＋保障性＋测试性＋安全性
Yuntong
Forever
RAMS 技术讲义
3
11.1 RAMS 基本概念
常州轨道车辆牵引传动工程技术研究中心
北京运通恒达科技有限公司
轨道交通产品
RAMS 工程技术
陈晓彤 首席咨询师 2021年4月
1
内容安排
1
RAMS 技术基础
2
RAMS 技术要求
3
RAMS 体系框架
4
RAMS 关键技术
RAMS 基本概念 RAMS 工程意义 RAMS 标准体系
25
21.1 RAMS 指标要求
装备保障性设计
装备保障性设计一、引言装备保障性设计是确保装备在各种条件下正常运行的重要环节。
它涵盖了可靠性设计、维修性设计、测试性设计、安全性设计、保障资源设计、包装与运输设计以及训练与培训设计等多个方面。
本文档将详细介绍这些内容，以便为装备保障性设计提供全面的参考。
二、可靠性设计可靠性设计是提高装备可靠性的关键环节。
可靠性是指装备在规定条件下，无故障地执行预定功能的能力。
为了实现这一目标，我们需要在设计阶段充分考虑以下方面：1.选用高质量的元器件和材料，降低故障率。
2.采用冗余设计，提高装备的容错能力。
3.优化装备的散热、电磁兼容等性能，减少外部环境对装备的影响。
4.制定严格的品质控制流程，确保装备的生产和组装过程符合要求。
三、维修性设计维修性设计是指装备应易于维修和保养，以便在发生故障时迅速恢复到正常状态。
为了实现这一目标，我们需要考虑以下方面：1.模块化设计：将装备划分为易于更换的模块，便于快速维修。
2.易损件清单：制定易损件清单，以便在故障发生时迅速找到并更换部件。
3.标准化接口：采用标准化的接口设计，便于维修工具的接入。
4.故障诊断指南：为常见故障编写诊断指南，降低对专业人员的依赖。
四、测试性设计测试性设计是指装备应具备可测试性，以便在生产、调试和使用过程中进行准确的质量控制。
为了实现这一目标，我们需要考虑以下方面：1.测试策略：制定针对不同阶段的测试策略，如功能测试、性能测试和兼容性测试等。
2.测试标准：制定详细的测试标准，确保每个测试环节的准确性和可重复性。
3.测试报告：为每个测试环节编写测试报告，记录测试结果和问题，以便进行质量分析和改进。
五、安全性设计安全性设计是指装备应具备保障人员和装备本身安全的能力。
为了实现这一目标，我们需要考虑以下方面：1.防护措施：针对可能出现的风险因素，如电磁辐射、机械损伤等，采取相应的防护措施。
2.安全规范：制定安全规范，明确使用和维护过程中的注意事项和操作规程。
产品关重特性和六性
产品关重特性和六性
1、可靠性，产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。
为了确定和达到产品的可靠性要求而展开的一系列技术和管理活动被称为可靠性工程。
2、维修性，产品在规定的条件下和规定的时间内，按规定的程序和方法进行维修时，保持或回复到规定状态的能力。
维修工作与故障的检测、产品的测试紧密相关，所以把及时并准确地确定产品的状态，并隔离其内部故障的能力成为测试性。
3、保障性，装备的设计特性和计划的保障资源满足婆娘更是战备和战时使用要求的能力。
保障性也是产品的一种质量特性，为确定和达到产品保障性要求而开展的一系列技术和管理活动就是综合保障工作，或称保障性工程。
“好保障”、“保障好”六个字是综合保障问题的简单概括。
4、测试性，产品能及时、准确地确定其状态(可工作、不可工作或性能下降)并隔离其内部故障的一种设计特性。
测试性已发展为一项专门的工程技术，有事我们一般地说维修性时也包含测试性。
不同的装备可以提出不同的维修性定性要求和定量要求。
5、安全性，不导致人员伤亡、危害健康及环境，不给设备或损失能力。
如果我们吧危及安全的时间是为特殊的故障，安全性就可理解为可靠性的特例。
6、环境适应性，装备(产品)在其寿命期预计可能遇到的各种环境的作用下能实现其所有预定功能和性能和(或)不被破坏的能力。
是装备(产品)的重要质量特性之一。
可靠地实现产品规定任务的前提下，产品对环境的适应能力，包括产品能承受的若干环境参数的变化范围。
产品质量鉴定标准
产品质量鉴定标准是产品生产、检验和评定质量的技术依据，它包括性能、寿命（耐用性）、可靠性、维修性、安全性、适应性、经济性等方面的指标。
性能指的是产品的主要功能特性，例如机械产品的机械性能、电气产品的电气性能等。
性能指标可以通过具体的数值或技术参数来衡量，例如产品的尺寸、重量、速度、效率等。
寿命（耐用性）指的是产品的使用寿命，即产品在正常工作条件下的预期寿命。
对于一些高价值或长期使用的产品，耐用性是一个非常重要的质量指标。
可靠性指的是产品在正常工作条件下能够无故障运行的能力，以及在出现故障时能够快速修复的能力。
可靠性通常通过产品的故障率、平均无故障时间等指标来衡量。
维修性指的是产品在发生故障后能够快速、方便地进行维修的能力。
维修性的好坏直接影响到产品的使用成本和企业的售后服务成本。
安全性指的是产品在使用、储运、销售等过程中，保障人体健康和人身、财产安全的能力。
安全性是非常重要的质量指标，
涉及到产品的合规性和用户的生命财产安全。
适应性指的是产品在不同环境、不同条件下的适应能力。
一些产品需要在不同的温度、湿度、压力等条件下工作，适应性好的产品能够更好地适应这些变化。
经济性指的是产品的设计、制造、使用等各方面所付出或所消耗成本的程度。
产品的经济性不仅涉及到企业的经济效益，也涉及到消费者的购买成本和使用成本。
为了统一产品质量鉴定的标准，各国政府和国际组织制定了一系列的产品质量标准和规范，例如我国的《产品质量法》和ISO 9000系列质量管理体系标准等。
这些标准和规范为企业的产品生产和质量控制提供了指导和依据，保证了产品质量的一致性和可靠性。
军工产品的可靠性等六性的策划与设计
可靠性大纲
方案设计审查意见
可靠性设计报告
可靠性设计报告评审（与初样机设计审查同时进行）（204）
环境应力筛选试验（401） 正样机研制
初样机设计审查意见
环境应力筛选试验大纲
环境应力筛选试验报告
可靠性鉴定试验大纲
可靠性鉴定试验（404）
设计定型 可靠性分析评价（406） 可靠性设计定型评审（与设计定型审查同时进行）（204）
确定“六性”要求
• “六性”要求包括定量要求和定性要求。 • 依据研制总要求、研制合同或相关文件。 • 依据GJB 1909A-2009《装备可靠性维修性保障性要求论证》 等对项目“六性”的定量与定性要求进行补充。
可靠性要求
• 定量要求：通常包括基本可靠性要求和任务可靠性要求。
– 基本可靠性：产品在规定的条件下，规定的时间内，无故障工作 的能力。常见参数如平均故障前时间（MTTF）（不可修复产品）、 平均故障间隔时间（MTBF）（可修复产品）等。 – 任务可靠性：产品在规定的任务剖面内完成规定功能的能力。常 见参数如平均严重故障间隔时间（MTBCF）、任务可靠度（R(t)） 等。
“六性”工作框图
项目策划 项目 策划 阶段 输出 质量保证大纲 技术设计 输出 技术设计报告 设计定型 输出 设计定型文件 六性策划 输出 六性大纲 六性设计 输出 六性设计报告 六性评估 输出 六性评估报告 19个附件之一
项目 设计 阶段
设计 定型 阶段
依据GJB 1362A-2007《军工产品定型程序和要求》
2 “六性”策划
“六性”策划
• 依据GJB 9001B-2009《质量管理体系要求》 • 7.1“产品实现的策划”：“组织应确定产品可靠性、维 修性、保障性、测试性、安全性和环境适应性等要求。”
武器装备“五性”发展趋势及问题解决策略
可靠性缺 陷， 设计水平对设计师要求 比较高 ， 设计 师在设计初期就需要 充分进行论证 ， 在设计 中期要严格按照科研程序进行 ， 在设计末期要及 时进行总结 ， 减少设计失误 。 三是元器件水 平 ， 元器件一种是我 国产 品
条件 下 ， 完成规 定功 能的能力 ， 可靠性主要取决于设计水平 ，同时和使 用因素有关 。 维修性是规定的时间内和条件下 ， 恢复装备功能的手段和 能力 。 测试性是装备能及时并准确的确定其状态 ， 并隔离其 内部故障能 力， 要求装备 自身具有一定的 自检 。 保 障性是装备设计特性和保 障资源 的能力能够满足战备使用要求的能力。安全性 是指装备 在生产 、 运输 、 储存 和使用 过程中对人 、 物或环境的危害性的防范能力 。 这五性贯穿设 计、 生产 、 运输 、 使用各个阶段 ， 在武器系统特别是陆军主力装 甲装备
“ 五性 ”已深入 武器装 备的海 陆空天测各 大领域 ， 在装 甲领域 ，装备的
员 的基本素质 。
３ 、测要求。 要求设计师在设计初期就
要考虑测试 的准确性 、 便利性。 测试 性是更换单元 的前提 ， 不能一味的 降低报警 门限提高报警概率 ， 这样 只会人为增加Ｔ作量 ， 如果精度达不 到 的情况下提高 门限 ， 又无法准确发现故障 ， 所 以只有设计水平高才能 准确对故障进行定位。另外 ， 便利 性也是不得不提及 的问题 ， 昨一看便 利性 的技术含量不高 ，但是在实际应用 中发现 ，设计师的小小的细心 ，
段存在 问题的分析 ，提 出 解 决的策略，以供相关单位共勉。
一
、
前 言
二是需要提高设计水平 ， 可靠性很大一方 面是 由于设计水平不够导致的
军用装备中电子系统的五性是指可靠性 、 维修性 、 测试性 、 保 障性
六性的定义和解释
是否有批生产条件。
可靠性释义可靠性反映的是装备无故障持续工作的能力，是体现装备持续执行作战任务的极限能力的关键指标，也是装备技术能力以及成熟、完备水平的重要体现。
可靠性通常分为基本可靠性和任务可靠性。
基本可靠性是指产品在规定的条件下，规定的时间内，无故障工作的能力。
基本可靠性反映产品对维修资源的要求，确定基本可靠性值时，应统计产品的所有工作时间和所有的关联故障。
任务可靠性是指产品在规定的任务剖面内完成规定功能的能力。
不同的装备可以提出不同的可靠性定性要求和定量要求。
可靠性定性要求是为了获得可靠的产品，对产品设计、工艺、软件及其他方面提出的非量化要求。
可靠性定量要求通常可选择的参数和指标有：可靠度R（t）、平均故障前时间（MTTF）、平均故障间隔时间（MTBF）、故障率（λ）等。
维修性释义维修性反映的是装备通过维修恢复功能的能力，是提高装备特别是大型信息化主战装备战备完好性的重要因素。
其中“规定的条件”主要是指维修机构和场所，以及相应的人员、设备、设施、工具、备件、技术资料等资源；“规定的程序和方法”是指按照技术文件规定的维修工作内容、步骤和方法，在这些约束条件下，能否按时完成维修，恢复产品规定的功能。
维修性是装备的设计特性之一，是由设计赋予的使产品维修简便、迅速、经济的固有特性。
维修性表现在装备的维修过程中，这里的维修包括预防性维修、修复性维修、战场损伤修复以及软件维护。
预防性维修是指通过系统检查、检测和消除装备的故障征兆，使其保持在规定状态所进行的全部活动。
包括预先维修、定时维修、视情维修和故障检查等。
修复性维修是指装备发生故障后，使其恢复到规定状态所进行的全部活动。
它可以包括下述一个或多个步骤：故障定位、故障隔离、分解、更换、组装、调校及检测等。
战场损伤修复是指在战场环境中将损伤的装备迅速恢复到能执行全部或部分任务的工作状态或自救的一系列活动。
不同的装备可以提出不同的维修性定性要求和定量要求。
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3 “五性”的定义、联系及区别
3.1 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。
可靠性的概率度量称为可靠度(GJB451-90)。
可靠性工程：为达到产品的可靠性要求而进行的一套设计、研制、生产和试验工作。
(GJB451-90) 显然，这个定义适用于各种装备、设备、系统直至零部件的各个产品层次。
可靠性是产品的一种能力，持续地完成规定功能的能力，因此，它强调“在规定时间内”；同时，产品能否可靠地完成规定功能与使用条件有关，所以，必须强调“在规定的条件下”。
为了使产品达到规定的可靠性要求，需要在产品研制、使用开展一系列技术和管理活动，这些工程活动就是可靠性工程。
即：可靠性工程是为了达到产品的可靠性要求而进行的一套设计、研制、生产和试验工作。
(GJB451-90)。
实际上，可靠性工程还应当包含产品使用、储存、维修过程中的各种保持和提高可靠性的活动。
3.1.1可靠性要求
3.1.1.1 定性要求
对产品的可靠性要求可以用定性方式来表达，满足这些要求使用中故障少、即使发生故障影响小即可靠。
例如，耐环境特别是耐热设计，防潮、防盐雾、防腐蚀设计，抗冲击、振动和噪声设计，抗辐射、电磁兼容性，冗余设计、降额设计等。
其中冗余设计可以在部件（单元）可靠性水平较低的情况下，使系统（设备）达到比较高的可靠性水平。
比如，采用并联系统、冷储备系统等。
除硬件外，还要考虑软件的可靠性。
3.1.1.2 定量要求
可靠性定量要求就是产品的可靠性指标。
产品的可靠性水平用可靠性参数来表达，而可靠性参数的要求值就是可靠性指标。
常用的产品可靠性参数有故障率、平均故障间隔时间以及可靠度。
故障率是在规定的条件下和规定的时间内，产品的故障总数与时间（寿命单位总数）之比。
即平均使用或储存一个小时（发射一次或行驶100km）发生的故障次数。
平均故障间隔时间（MTBF）是在规定的条件下和规定的时间内，产品寿命单位（时间）总数与故障总次数之比。
即平均多少时间发生一次故障。
通常可以用故障率的倒数表示。
可靠度R(t)是可靠性的概率表示。
即在规定的条件下和规定时间内，产品完成规定功能的概率。
即：
R(t)=P{T>t}
⏹可靠度R（t）
⏹平均故障前时间（MTTF）
⏹平均故障间隔时间（MTBF）
⏹平均严重故障间隔时间（MTBCF）
⏹故障率（λ）
⏹使用寿命、贮存寿命、总寿命、首次大修期限等耐
久性指标
相关定义和统计评估方法可参考GJB451A《可靠性维修性保障性术语》
3.2 安全性
安全性描述装备对人员及其它装备或设备所具有的潜在危险。
它是评价装备的效能需考虑的因素，通常用危险的严重性等级和危险的可能性等级来综合衡量。
装备的安全性与可靠性是密切相关的，可靠性是安全性的基础和前提，但一个可靠的系统不一定是安全的。
因此，安全性成为装备的又一重要特性。
3.3 维修性
维修与维修性是两个完全不同的概念。
维修是一个很广的概念，是指保持和恢复产品规定状态的技术与管理活动。
通常包
括修复性维修、预防性维修，以及日常保养等，其目的就是保持和恢复产品规定状态，能够完成规定的功能。
产品在规定的条件和规定的时间内，按规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复到其规定状态的能力，其概率度量亦称维修度(GJB451-90、GJB/Z91-97)。
这里的规定条件是规定的维修条件，如维修场所、设备、人员、器材、资料等；这里的规定时间是指规定的维修时间限度；同时，还要强调按规定的程序和方法，在这些前提下产品是否能够完成规定的维修任务，保持或恢复到规定状态取决于产品，是产品的一种能力，即产品的维修性。
维修性工程是为了达到产品的维修性要求而进行的一套设计、研制、生产和试验工作。
(GJB451-90)同样，维修性还应包含使用、维修过程的有关活动。
维修性与可靠性一样是产品的设计特性，维修性的好坏直接影响产品的维修工作量、维修工时和费用、维修测试设备的设计策略及对维修人员的要求。
从装备（使用）完好性及寿命周期费用的观点出发，仅提高可靠性不是一种最有效的方法，必须综合考虑可靠性与维修性才能获得更好的结果。
3.3.1维修性（含测试性）要求
3.3.1.1 定性要求
要使维修简便、迅速、经济，需要在产品结构、连接等各方面
采取措施，这就对产品设计提出了若干定性要求。
例如：产品简化设计，维修时的可达性，检测诊断迅速简便，互换性与标准化，具有完善的防差错措施和识别标记，维修的安全性，贵重件的可修复性，符合人机工程要求等。
3.5.1.2 定量要求
保障性参数包含一些综合参数、设计参数、保障系统参数。
最重要的是可用度、能执行任务率等。
可用度是装备在任一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概率。
就是可工作或可使用时间与总时间的比值。
产品可靠性好（故障少，停机少），维修性好（维修时间短），保障资源充分、适用，可用度就高。
所以，它是最常用的保障性的综合参数。
度量系统的保障性还有关于保障系统和资源方面的参数，如平均延误时间、备件的保障概率和利用率等。
3.6 可靠性维修性和保障性的重要性
可靠性维修性保障性是重要的装（设）备质量特性；可靠性维修性保障性是装（设）备效能的重要影响因素；可靠性维修性保障性是寿命周期费用的重要影响因素。
可靠性维修性保障性的作用；
提高武器装备的出动强度；是武器装备战斗力的“倍增器”；提
高武器装备的机动性和部署能力；提高武器装备的效能、降低寿命周期费用；装备尽快形成战斗力的基础。