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”。