简化的可靠性逻辑方法

　　要计算由多个零部件组成的系统的可靠度或失效概率，不仅要运用可靠性统计方法，还要运用可靠性逻辑方法。可靠性逻辑方法按照系统的功能逻辑关系或故障逻辑关系建立相应的模型，依据模型计算系统的可靠度或失效概率。
　　运用可靠性逻辑方法时，要把系统分解成子系统、设备、零部件等多个层级，零部件的可靠度或失效概率用可靠性统计方法得到，系统的可靠度或失效概率用系统的可靠性模型计算得到。系统可靠性建模方法，我把它称为可靠性逻辑方法。
　　可靠性逻辑方法可以分为功能逻辑法和故障逻辑法两大类。
　　功能逻辑法以系统成功为导向，建立从零部件正常到设备正常、再到子系统正常、直至系统成功的逻辑关系模型，并以此模型为基础进行可靠度计算。*基础、*常用的功能逻辑法是可靠性框图（Reliability Block Diagram, RBD）方法和GO流法。当然，还有很多别的方法。
　　可靠性框图方法利用串联、并联、旁联、k/n等若干种典型的基本逻辑关系，来建立系统的可靠性模型。可靠性框图方法有两个基本假设：一是组成系统的各层次产品只具有正常和故障两种状态，且这两种状态之间是互斥的；二是组成系统的各层次产品，其“功能正常”事件的发生是彼此独立的，即系统的功能正常只取决于组成系统的各层次产品的功能正常及框图模型中给出的几种典型逻辑关系。
　　GO流方法与可靠性框图方法的区别是：用GO流方法建立系统的可靠性模型时，系统的组成单元是多状态的，且单元与单元之间有时序关系，系统的成功取决于每个单元正常和单元之间的时序正常。GO流方法在描述系统功能成功的逻辑关系时，显然比可靠性框图方法要丰富。Go流方法常用于核电站、化工系统等运行时序要求高的系统。
　　故障逻辑方法以系统失败或系统故障为导向，建立从零部件故障到设备故障、再到子系统故障、直至系统故障的逻辑关系模型，并以此为模型进行系统失效概率的计算。*基础、*常用的故障逻辑方法是故障模式影响及危害性分析（FMECA）、故障树分析（FTA）和事件树分析（ETA）。
　　FMECA方法从零部件的故障模式开始，沿着系统的层次结构自下而上，分析故障原因、故障影响，FMECA的结果构成从零部件故障到设备故障、再到子系统故障、直至系统故障等多层次、多分支的故障逻辑关系链条。
　　FTA方法以*不希望出现的故障事件为顶事件，运用逻辑门符号和事件符号刻画导致这一故障事件的各层次原因及其原因的组合，逐层展开至不再分解的底事件。在系统的研发阶段使用FTA方法，一般要建立一系列顶事件构成的故障树集，即建立很多棵至上而下的故障树。
　　ETA方法从一个初因事件开始，按时序逻辑横向罗列后续事件直至*终的各种严重程度的后果事件。事件树中的每一个事件只有发生或不发生两种状态，这样构成一棵从左向右横向展开的树状分支结构。
　　在任何经典的可靠性教科书中，都会花费大量的篇幅介绍这些可靠性逻辑方法，但是可靠性工程师在运用这些方法解决实际问题时，往往会发现这些方法并不是万能的。例如，在运用可靠性框图方法计算系统可靠度时，经常要面临这样的困惑：
　　一是如果组成系统的单元之间是独立的，则从零部件的可靠度计算到系统的可靠度就会迅速衰减。考虑一个由30个单元组成的串联系统，假设每个单元的可靠度都是0.9，那么，根据概率乘积运算法则，系统的可靠度为0.04，显然这个计算结果的实用意义不大。
　　二是在工程实际中广泛存在着这样的现象：即组成系统的单元都正常，但系统会发生故障，可靠性逻辑方法无法准确描述这种情况。
　　三是如果系统复杂，则运用可靠性逻辑方法建立系统的可靠性模型往往依赖于建模人员对系统功能逻辑或故障逻辑关系的认知程度，存在着不确定性。
　　30多年前，我刚参加工作，在学会可靠性框图方法时，曾经接受一个任务：构建某型飞机电源系统的可靠性模型，并计算其可靠度。一开始我信心满满，但仔细分析后发现用可靠性框图方法完全不能完成这个任务。
　　这个系统的基本原理是：飞机电源系统，需要向全机用电设备进行可靠供电。机载用电设备所需电功率之和为P。为保证飞机正常运行时供电可靠、应急状态时供电安全，电源系统设计成双余度加应急电源组成。
　　双余度电源中每一路都能输出供电功率1.1P，即满足全机用电设备的功率需求；并联工作时进行负载均担，即各承担用电量的一半0.5P；应急电源由蓄电池组成，能满足全机应急用电设备的需求，这一需求功率为0.4P。
　　当双余度电源工作时，持续向蓄电池充电，当其中任一支路发生故障后，另一支路自动承担全机用电设备的供电，并持续向蓄电池充电；当双余度电源均故障后，应急电源能向应急用电设备供电40分钟后电量耗尽。这个40分钟是留给飞机应急着陆的安全裕量。
　　我用可靠性框图方法建立了这个电源系统的可靠性模型见下图，显然这个模型已经对系统的功能逻辑关系做了大量的简化，但即使简化后，要计算这个系统的可靠度，也无法直接套用可靠性框图模型给出的算法。因为我当时只学习了这样一种可靠性建模方法，不知有它，遇到这种情况，可以想象我当时的挫败感有多强。
　　所以，可靠性工程师仅仅掌握可靠性统计方法和可靠性逻辑方法，仍然不能完全解决复杂系统的可靠性建模与可靠度计算问题。
　　可靠性逻辑方法对复杂系统内部逻辑关系的简化处理方式，经常会让你怀疑人生。
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