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●深耕專業(yè)45載——中航工業(yè)綜合所業(yè)務系列報道

在經(jīng)濟全球化的今天，產(chǎn)品質(zhì)量已成為制造業(yè)乃至國家核心競爭力的象征之一。國務院發(fā)布“中國制造2025”發(fā)展規(guī)劃，明確指出必須攻克一批困擾產(chǎn)品質(zhì)量提升的關鍵共性質(zhì)量技術，特別是加強可靠性設計、分析與驗證技術的開發(fā)與應用。

在當前經(jīng)濟高速發(fā)展的大背景下，產(chǎn)品流通范圍不斷擴大、產(chǎn)品功能集成化程度越來越高、產(chǎn)品研制的更新?lián)Q代加快。與之相應的，產(chǎn)品的研制手段也產(chǎn)生了重大變革，數(shù)字化、信息化、智能化的制造方式大量應用，引發(fā)了制造業(yè)發(fā)展理念、技術體系、制造模式和價值鏈的重大變革。可靠性工程技術作為實現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量最重要的使能技術之一，必將隨之產(chǎn)生新的技術需求，帶來新的發(fā)展機遇。

1.可靠性工程技術的轉變

產(chǎn)品的可靠性工作是一項貫穿產(chǎn)品全壽命周期的復雜系統(tǒng)工程。作為一門邊緣性學科，可靠性技術的發(fā)展和進步離不開工程、物理、數(shù)學、統(tǒng)計、計算機等基礎學科的哺育。近年來，隨著故障基礎理論、基礎材料學以及信息技術等基礎學科的不斷發(fā)展，可靠性工程技術的理念、方法和手段均發(fā)生了一定改變。

首先，對故障認識的加深推動可靠性理論和方法的創(chuàng)新。可靠性工程是跟產(chǎn)品故障做斗爭的學科，早期可靠性工作者基于對故障外在統(tǒng)計規(guī)律性的認識，采用數(shù)理統(tǒng)計方法發(fā)展出一套成體系的可靠性工程技術。隨著對故障的認識從外在深入到本質(zhì)，人們逐漸意識到可靠性工作的核心在于掌握和利用故障機理，因此，在失效物理學基礎上發(fā)展出了基于故障物理的可靠性技術，要求在弄清產(chǎn)品故障機理的前提下，制定相應設計、維修和保障措施。

其次，基礎材料、元器件和工藝等的進步促進了可靠性工程的發(fā)展。產(chǎn)品可靠性的不斷提升得益于材料、零部件、元器件以及制造工藝的不斷進步，伴隨基礎材料學研究的不斷深入，人們對各種材料的故障機理的研究和驗證手段不斷完善，各種材料在不同應用條件下的故障機理早在投入應用以前已經(jīng)掌握，并可以基于仿真模型進行定量化的分析，這為開展基于故障物理的可靠性設計工作提供了準確的輸入。

最后，產(chǎn)品的信息化和數(shù)字化設計技術的發(fā)展為可靠性技術的研究和工程應用提供了新的技術手段。在計算機、網(wǎng)絡通訊、數(shù)字化仿真等相關技術的支持下，歐美發(fā)達國家率先實現(xiàn)了裝備研制全過程的數(shù)字化，提高了裝備的質(zhì)量、可靠性和性能穩(wěn)定性。我國通過多年的探索，特別是伴隨著國家信息化帶動工業(yè)化戰(zhàn)略的實施以及各軍工行業(yè)數(shù)字化建設的迅猛推進，數(shù)字化設計制造的研究和應用進入了一個新的階段，這為可靠性工程技術創(chuàng)新和集成創(chuàng)新提供了有利條件。

2.數(shù)字化研制模式下的可靠性工程技術

數(shù)字化技術的普及和推廣對于可靠性工程技術的推動作用主要體現(xiàn)在：一是大幅提升了可靠性設計工作的效率和精細化程度，尤其是CAE技術的發(fā)展使得在可靠性工程中廣泛應用CFD、FEA等大規(guī)模數(shù)值計算方法成為可能；二是將可靠性設計的重心轉移到各種數(shù)字化樣機（包括幾何、功能、性能樣機等）或模型上來，從而可以方便地實現(xiàn)與產(chǎn)品設計的“同數(shù)據(jù)源、同設計、同改進”。在數(shù)字化研制背景下，近些年涌現(xiàn)的可靠性工程新技術包括：

“系統(tǒng)功能可靠性設計分析技術”，主要基于系統(tǒng)的功能/性能模型，開展故障建模、故障注入與仿真分析及可靠性評估等工作，發(fā)現(xiàn)影響系統(tǒng)關鍵功能的故障模式集合，指出系統(tǒng)設計的薄弱環(huán)節(jié)，評估可靠性水平，從而支持系統(tǒng)功能邏輯和架構設計的優(yōu)化。

“結構可靠性設計分析技術”，基于故障物理原理，通過數(shù)字樣機和應力損傷模型，將產(chǎn)品預期承受的環(huán)境應力與產(chǎn)品物理載體各微觀點潛在故障的發(fā)生發(fā)展過程聯(lián)系起來，計算產(chǎn)品的潛在故障時間，發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，從而采取針對性的改進措施提高可靠性水平。

“電路功能可靠性設計分析技術”，以電路功能模型為基礎，進行可靠性信息集成建模，仿真計算在元器件參數(shù)容差、工作溫度、激勵和負載波動等因素影響下產(chǎn)品電路能否穩(wěn)定工作，分析潛在故障及造成故障的設計因素，從而采取必要的設計改進措施，優(yōu)化電路設計，提高電子產(chǎn)品的可靠性。

“耐久性仿真分析技術”，通過在產(chǎn)品數(shù)字樣機上施加產(chǎn)品所經(jīng)歷的載荷，并逐級分解到產(chǎn)品的零件、部件上，通過應力分析和累積損傷分析，從而找出產(chǎn)品的耐久性薄弱環(huán)節(jié)，并結合失效物理模型計算產(chǎn)品各零組件的耗損型失效時間，評估產(chǎn)品的耐久性指標。

3.可靠性工程技術的發(fā)展

產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性是“中國制造”賴以生存和發(fā)展的生命線，努力提升“中國制造”的可靠性是我國實現(xiàn)從“制造大國”向“制造強國”跨越的必經(jīng)之路。過去幾十年，數(shù)字化研制技術的蓬勃發(fā)展賦予了可靠性專業(yè)新的內(nèi)涵和手段，使得可靠性這一傳統(tǒng)專業(yè)煥發(fā)了新的活力；進入新世紀，產(chǎn)品數(shù)字化技術發(fā)展的腳步依然沒有停歇，以MB鄄SE（基于模型的系統(tǒng)工程）技術、智能制造技術為代表的新一代數(shù)字化研制新技術正在逐步深入工程領域，對于可靠性工作者而言，如何抓住新的發(fā)展契機，加強數(shù)字化環(huán)境下的可靠性理論、工具和應用創(chuàng)新研究、建立規(guī)范、標準的可靠性工作新模式是需要重點關注的問題。