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●深耕專業45載——中航工業綜合所業務系列報道

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

在當前經濟高速發展的大背景下，產品流通范圍不斷擴大、產品功能集成化程度越來越高、產品研制的更新換代加快。與之相應的，產品的研制手段也產生了重大變革，數字化、信息化、智能化的制造方式大量應用，引發了制造業發展理念、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產品質量最重要的使能技術之一，必將隨之產生新的技術需求，帶來新的發展機遇。

1.可靠性工程技術的轉變

產品的可靠性工作是一項貫穿產品全壽命周期的復雜系統工程。作為一門邊緣性學科，可靠性技術的發展和進步離不開工程、物理、數學、統計、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展，可靠性工程技術的理念、方法和手段均發生了一定改變。

首先，對故障認識的加深推動可靠性理論和方法的創新。可靠性工程是跟產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計規律性的認識，采用數理統計方法發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，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展出了基于故障物理的可靠性技術，要求在弄清產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展。產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，產品的信息化和數字化設計技術的發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、網絡通訊、數字化仿真等相關技術的支持下，歐美發達國家率先實現了裝備研制全過程的數字化，提高了裝備的質量、可靠性和性能穩定性。我國通過多年的探索，特別是伴隨著國家信息化帶動工業化戰略的實施以及各軍工行業數字化建設的迅猛推進，數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新和集成創新提供了有利條件。

2.數字化研制模式下的可靠性工程技術

數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技術的發展使得在可靠性工程中廣泛應用CFD、FEA等大規模數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與產品設計的“同數據源、同設計、同改進”。在數字化研制背景下，近些年涌現的可靠性工程新技術包括：

“系統功能可靠性設計分析技術”，主要基于系統的功能/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，發現影響系統關鍵功能的故障模式集合，指出系統設計的薄弱環節，評估可靠性水平，從而支持系統功能邏輯和架構設計的優化。

“結構可靠性設計分析技術”，基于故障物理原理，通過數字樣機和應力損傷模型，將產品預期承受的環境應力與產品物理載體各微觀點潛在故障的發生發展過程聯系起來，計算產品的潛在故障時間，發現薄弱環節，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容差、工作溫度、激勵和負載波動等因素影響下產品電路能否穩定工作，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，優化電路設計，提高電子產品的可靠性。

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

3.可靠性工程技術的發展

產品質量與可靠性是“中國制造”賴以生存和發展的生命線，努力提升“中國制造”的可靠性是我國實現從“制造大國”向“制造強國”跨越的必經之路。過去幾十年，數字化研制技術的蓬勃發展賦予了可靠性專業新的內涵和手段，使得可靠性這一傳統專業煥發了新的活力；進入新世紀，產品數字化技術發展的腳步依然沒有停歇，以MB鄄SE（基于模型的系統工程）技術、智能制造技術為代表的新一代數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，如何抓住新的發展契機，加強數字化環境下的可靠性理論、工具和應用創新研究、建立規范、標準的可靠性工作新模式是需要重點關注的問題。