康銳，王自力

1. 北京航空航天大學(xué) 可靠性與系統(tǒng)工程學(xué)院，北京 100191 2. 可靠性與環(huán)境工程技術(shù)國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100191

可靠性系統(tǒng)工程的概念誕生于1990年前后，最早見諸文字記載是在文獻(xiàn)[1]中：“1991年11月15日至18日，國防科工委在成都召開十號(hào)工程等8個(gè)武器裝備重點(diǎn)型號(hào)總設(shè)計(jì)師可靠性系統(tǒng)工程研討會(huì)?！钡?篇關(guān)于可靠性系統(tǒng)工程理論的學(xué)術(shù)論文發(fā)表在1995年《航空學(xué)報(bào)》增刊上[2]，這篇論文給出了可靠性系統(tǒng)工程的定義，闡述了其內(nèi)涵，分析了其實(shí)施要素。其后，文獻(xiàn)[3]中則全面闡述了可靠性系統(tǒng)工程理論的創(chuàng)立背景及其在工程系統(tǒng)工程中的地位和作用，特別是將可靠性系統(tǒng)工程與美國的工程專業(yè)綜合、歐洲的可信性等概念并列，作為可靠性、維修性、保障性綜合化的方法之一。2005年，文獻(xiàn)[4]建立了基于故障學(xué)的可靠性系統(tǒng)工程理論與技術(shù)框架。2007年，文獻(xiàn)[5]中對(duì)可靠性系統(tǒng)工程的概念內(nèi)涵進(jìn)行了重大擴(kuò)展?；谖墨I(xiàn)[5]的思想，誕生了武器裝備全系統(tǒng)、全特性、全壽命質(zhì)量管理的“三全質(zhì)量觀”和“通用質(zhì)量特性”的新概念[6]，明確了可靠性系統(tǒng)工程致力于解決專用質(zhì)量特性設(shè)計(jì)和通用質(zhì)量特性設(shè)計(jì)“不均衡、兩張皮”的難題。2008年，文獻(xiàn)[7]建立了可靠性系統(tǒng)工程能力成熟度模型，為可靠性系統(tǒng)工程管理提供了評(píng)價(jià)和改進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，之后這一成果在中國航空工業(yè)開展的研制能力成熟度評(píng)價(jià)活動(dòng)中得到了廣泛的應(yīng)用[8]。2013年，在經(jīng)歷了一系列理論創(chuàng)新、集成平臺(tái)建設(shè)與重大工程實(shí)踐后，可靠性系統(tǒng)工程理論與技術(shù)研究成果獲得國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)[9]。2006年，中國制造可靠性系統(tǒng)工程發(fā)展戰(zhàn)略被納入中國工程院組織的制造強(qiáng)國戰(zhàn)略研究重大咨詢項(xiàng)目并公開出版[10]，標(biāo)志著誕生于航空航天和高新技術(shù)武器裝備領(lǐng)域的可靠性系統(tǒng)工程理論正式推廣到整個(gè)中國制造業(yè)。2019年，中國質(zhì)量協(xié)會(huì)組織制定并頒布了團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《制造業(yè)可靠性系統(tǒng)工程能力成熟度評(píng)價(jià)準(zhǔn)則》[11]，為企業(yè)實(shí)施可靠性系統(tǒng)工程提供了一個(gè)重要的抓手。2020年，確信可靠性理論的建立進(jìn)一步夯實(shí)了可靠性系統(tǒng)工程理論的科學(xué)基礎(chǔ)[12]。2021年，基于模型的可靠性系統(tǒng)工程(Model Based Reliability Systems Engineering，MBRSE)體系以產(chǎn)品、故障、環(huán)境等模型為核心，將通用質(zhì)量特性工作綜合集成，基于模型演化進(jìn)行故障規(guī)律認(rèn)知、運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)故障閉環(huán)消減、控制，并將這一過程融入到產(chǎn)品基于模型的系統(tǒng)工程(Model Based Systems Engineering，MBSE)過程中[13]。MBRSE體系的建立實(shí)現(xiàn)了從文檔驅(qū)動(dòng)到模型與仿真驅(qū)動(dòng)的跨越發(fā)展，標(biāo)志著可靠性系統(tǒng)工程的綜合集成理論已經(jīng)基本成熟[14]。

綜上所述，可靠性系統(tǒng)工程理論研究一直沿著綜合集成和學(xué)科構(gòu)建基礎(chǔ)理論的雙螺旋結(jié)構(gòu)迅速發(fā)展。其中，“綜合集成”側(cè)重對(duì)已經(jīng)成熟或相對(duì)成熟的可靠性、環(huán)境適應(yīng)性、安全性、維修性、測試性、保障性等通用質(zhì)量特性技術(shù)與管理活動(dòng)的綜合、集成與應(yīng)用，強(qiáng)化基于效能仿真的需求集成、基于模型驅(qū)動(dòng)的研制集成和基于健康管理的運(yùn)維集成，構(gòu)建了正向預(yù)防、融合整改、增長補(bǔ)課、審核把關(guān)等4種可靠性系統(tǒng)工程應(yīng)用模式，成功應(yīng)用于飛機(jī)裝備可靠性保證工程、導(dǎo)彈裝備可靠性提升工程、直升機(jī)及其發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性增長工程以及各類武器裝備的定型審核工作等，為大幅提升殲10飛機(jī)、巡航導(dǎo)彈、航母工程等重大裝備的可靠性水平奠定了基礎(chǔ)。“學(xué)科構(gòu)建”則側(cè)重發(fā)展工程故障學(xué)、機(jī)械失效學(xué)、可靠性共性技術(shù)體系、故障物理學(xué)、失敗事理學(xué)和失誤人理學(xué)、確信可靠性理論等基礎(chǔ)理論與方法論。2條線索相互支撐、相互促進(jìn)，發(fā)展至今的研究成果表明可靠性作為一門新興的技術(shù)科學(xué)的知識(shí)體系已初露端倪。

本文將在回顧與總結(jié)可靠性系統(tǒng)工程理論發(fā)展脈絡(luò)的基礎(chǔ)上，探討可靠性系統(tǒng)工程向可靠性系統(tǒng)科學(xué)發(fā)展的新趨勢，并進(jìn)一步提出建立可靠性系統(tǒng)科學(xué)與工程學(xué)科的初步構(gòu)想。

1 可靠性系統(tǒng)工程的概念起源

1.1 可靠性系統(tǒng)工程的定義

1995年，《可靠性系統(tǒng)工程——理論與實(shí)踐》論文發(fā)表在《航空學(xué)報(bào)》增刊上[2]。正如論文標(biāo)題中所指明：可靠性系統(tǒng)工程理論在發(fā)表時(shí)已經(jīng)是經(jīng)歷了實(shí)踐的理論！該論文中首次給出的可靠性系統(tǒng)工程的定義為[2]：“可靠性系統(tǒng)工程是研究產(chǎn)品全壽命過程以及同故障作斗爭的工程技術(shù)。從產(chǎn)品的整體性及其同外界環(huán)境的辨證關(guān)系出發(fā)，用實(shí)驗(yàn)研究、現(xiàn)場調(diào)查、故障或維修活動(dòng)分析等方法，研究產(chǎn)品壽命和可靠性與外界的環(huán)境的相互關(guān)系，研究產(chǎn)品故障的發(fā)生、發(fā)展及其預(yù)防和維修保障直至消滅的規(guī)律，以及增進(jìn)可靠性、延長壽命和提高效能的一系列技術(shù)和管理活動(dòng)?！?/p>

定義中第1句話強(qiáng)調(diào)了，可靠性系統(tǒng)工程是工程技術(shù)。在一般意義上，系統(tǒng)工程被認(rèn)為是組織管理的技術(shù)[15]，組織管理的對(duì)象是“系統(tǒng)”。仔細(xì)分析上述定義，“研究產(chǎn)品全壽命過程以及同故障作斗爭的工程技術(shù)”則指明了可靠性系統(tǒng)工程的研究對(duì)象是“系統(tǒng)的故障”。

那么怎么將“故障”作為對(duì)象相對(duì)獨(dú)立地進(jìn)行研究呢？定義進(jìn)一步闡明了要研究“規(guī)律”以及“技術(shù)和管理活動(dòng)”。所需要研究的“規(guī)律”包括：產(chǎn)品故障發(fā)生的規(guī)律、發(fā)展的規(guī)律、預(yù)防的規(guī)律、維修保障的規(guī)律直至消滅的規(guī)律。所要研究的一系列“技術(shù)和管理活動(dòng)”包括：增進(jìn)可靠性、延長壽命、提高效能。

1.2 可靠性系統(tǒng)工程與醫(yī)學(xué)系統(tǒng)工程

為什么產(chǎn)品的故障可以獨(dú)立地進(jìn)行研究？文獻(xiàn)[2]對(duì)此問題的回答采用了與醫(yī)學(xué)類比的分析方法，即可靠性系統(tǒng)工程就是研究產(chǎn)品“防病、治病”規(guī)律的工程技術(shù)，與研究人類生命過程以及同疾病作斗爭的醫(yī)學(xué)系統(tǒng)工程頗有相似之處。為進(jìn)一步解釋這個(gè)問題，文獻(xiàn)[2]構(gòu)建了醫(yī)學(xué)系統(tǒng)工程與可靠性系統(tǒng)工程的對(duì)比圖，試圖通過借鑒醫(yī)學(xué)這一古老的、已被人們所接受的、專門針對(duì)人的疾病的學(xué)科合法性，來論證可靠性系統(tǒng)工程的學(xué)科合法性：既然人的疾病可以作為獨(dú)立的對(duì)象進(jìn)行組織管理，那么產(chǎn)品的疾病——故障也可以作為獨(dú)立的對(duì)象進(jìn)行組織與管理。

文獻(xiàn)[3]對(duì)人的疾病的“防、診、治”以及“醫(yī)療保障”作了進(jìn)一步的闡述分析，其中最重要的神來之筆，就是給出了醫(yī)學(xué)系統(tǒng)工程的定義：“醫(yī)學(xué)系統(tǒng)工程是研究人類生命過程以及同疾病作斗爭的科學(xué)體系。從人的整體性及其同外界環(huán)境的辯證關(guān)系出發(fā)，用實(shí)驗(yàn)研究、現(xiàn)場調(diào)查、臨床觀察等方法，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，研究人類生命活動(dòng)和外界環(huán)境的相互關(guān)系，研究人類疾病的發(fā)生、發(fā)展及其防治、消滅的規(guī)律，以及增進(jìn)健康、延長壽命和提高勞動(dòng)能力的一系列工作?！?/p>

這個(gè)定義使得可靠性系統(tǒng)工程的概念自誕生伊始，就與醫(yī)學(xué)建立了某種同構(gòu)關(guān)系。按照這個(gè)定義，文獻(xiàn)[3]在論述可靠性、維修性、保障性在可靠性系統(tǒng)工程中的地位時(shí)，繼續(xù)采用醫(yī)學(xué)中的“優(yōu)生”“優(yōu)育”的概念來進(jìn)行類比就順理成章了?！皟?yōu)生”和“優(yōu)育”構(gòu)成了產(chǎn)品的全壽命過程，提高產(chǎn)品的可靠性、維修性、保障性水平，是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品“優(yōu)生”的重要標(biāo)志，而維修和綜合保障則是“優(yōu)育”的核心內(nèi)容。當(dāng)然，產(chǎn)品的“優(yōu)生”和“優(yōu)育”是可以權(quán)衡的，這個(gè)權(quán)衡就是要在“優(yōu)生”(可靠性設(shè)計(jì))和“優(yōu)育”(維修保障)的費(fèi)用和效能之間做出決策。

1.3 可靠性系統(tǒng)工程的研究方法

如何進(jìn)行可靠性系統(tǒng)工程的研究？1.1節(jié)和1.2節(jié)定義從2個(gè)方面進(jìn)行闡述，一是研究的出發(fā)點(diǎn)，要從產(chǎn)品的整體性及其同外界環(huán)境的辨證關(guān)系出發(fā)。二是研究的方法論，要用實(shí)驗(yàn)研究、現(xiàn)場調(diào)查、故障分析、維修活動(dòng)分析等。

可靠性系統(tǒng)工程定義中強(qiáng)調(diào)了研究的出發(fā)點(diǎn)有以下2個(gè)：

1)產(chǎn)品整體性。整體性是指把產(chǎn)品看作由各個(gè)構(gòu)成要素形成的有機(jī)整體，從整體與部分相互依賴、相互制約的關(guān)系中揭示產(chǎn)品的特征、規(guī)律和性質(zhì)。需要指出的是，整體性質(zhì)不等于形成它的各要素性質(zhì)的機(jī)械之和。產(chǎn)品的整體性是由形成它的各要素(或子系統(tǒng))的相互作用決定的。因此它不要求人們事先把產(chǎn)品分成許多簡單部分，分別地進(jìn)行考察，然后再把它們機(jī)械地迭加起來；而是要求把產(chǎn)品作為整體來對(duì)待，從整體與要素的相互依賴、相互聯(lián)系、相互制約的關(guān)系中揭示產(chǎn)品的整體性質(zhì)。

2)強(qiáng)調(diào)僅考慮產(chǎn)品整體性還不夠，還要考慮產(chǎn)品與外界環(huán)境的辯證關(guān)系。任何產(chǎn)品都是有功能的，產(chǎn)品的功能是在與其所存在的外界環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息的交換過程中而存在的。因此，這里的辯證關(guān)系是指產(chǎn)品與環(huán)境之間既相互影響又相互制約的關(guān)系。把握好這種辯證關(guān)系是進(jìn)一步認(rèn)識(shí)產(chǎn)品整體性的普遍方法。

可靠性系統(tǒng)工程研究要用到的方法論包括4個(gè)方面：

1)實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)研究運(yùn)用科學(xué)實(shí)驗(yàn)的原理和方法，建立變量之間的因果關(guān)系。一般做法是研究者預(yù)先提出一種因果關(guān)系的嘗試性假設(shè)，然后通過實(shí)驗(yàn)操作來檢驗(yàn)，是一種受控制的研究方法，即通過一個(gè)或多個(gè)變量的變化來評(píng)估它對(duì)一個(gè)或多個(gè)變量產(chǎn)生的效應(yīng)。這里用的是“實(shí)驗(yàn)”，而不是“試驗(yàn)”。試驗(yàn)指采用測試的手段來獲取或驗(yàn)證某一結(jié)果的行為。在工程中非常熟悉的是可靠性試驗(yàn)，如篩選試驗(yàn)、鑒定試驗(yàn)、驗(yàn)收試驗(yàn)等,而可靠性實(shí)驗(yàn)的提法更強(qiáng)調(diào)對(duì)科學(xué)規(guī)律的認(rèn)知。

2)現(xiàn)場調(diào)查?，F(xiàn)場調(diào)查用一整套完整的、形式化的方法，了解、分析產(chǎn)品在使用、庫存、運(yùn)輸?shù)热珘勖芷趦?nèi)的使用場景下發(fā)生故障的現(xiàn)象和原因。

3)故障分析。故障分析是基于統(tǒng)計(jì)學(xué)和物理學(xué)的分析方法，對(duì)產(chǎn)品發(fā)生故障的時(shí)間、過程、模式、原因、機(jī)理、影響等進(jìn)行規(guī)律性研究。

4)維修活動(dòng)分析。維修活動(dòng)分析用于分析預(yù)防、預(yù)測、診斷和修復(fù)故障的各項(xiàng)工作的邏輯、程序和決策過程，以及配套的各類資源的規(guī)劃。

文獻(xiàn)[2]在進(jìn)一步分析了可靠性系統(tǒng)工程與可信性工程、并行工程和全面質(zhì)量管理的異同后指出：“可靠性系統(tǒng)工程是一個(gè)有機(jī)的整體，它具有統(tǒng)一的目標(biāo)，有共同的研究對(duì)象，既包括管理，又包括技術(shù)，是與故障作斗爭的獨(dú)立的學(xué)科體系。”

文獻(xiàn)[2]的結(jié)束語中指出，中國可靠性系統(tǒng)工程體系破土萌生，將對(duì)中國工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展起到重大的推動(dòng)作用。這個(gè)論述表明作者對(duì)可靠性系統(tǒng)工程這一新生學(xué)科的強(qiáng)大生命力充滿了理論自信！

1.4 可靠性系統(tǒng)工程的實(shí)施要素

文獻(xiàn)[3]論述了可靠性系統(tǒng)工程所具有的4個(gè)方面的系統(tǒng)工程特性：① 整體性，可靠性系統(tǒng)工程是一個(gè)有機(jī)的整體，包含了與故障斗爭的完整的學(xué)科體系，且具有一致的目標(biāo)；② 綜合性，可靠性系統(tǒng)工程在橫向(時(shí)間維)是產(chǎn)品研制壽命周期各階段的綜合，在縱向(專業(yè)維)是各門工程專業(yè)的綜合；③ 擇優(yōu)性，因?yàn)榭煽啃韵到y(tǒng)工程具有可以量化的目標(biāo)(對(duì)武器裝備就是戰(zhàn)備完好性、任務(wù)成功性、壽命周期費(fèi)用等)，故可以進(jìn)行綜合權(quán)衡與優(yōu)化；④ 社會(huì)性，因?yàn)榭煽啃韵到y(tǒng)工程既包括技術(shù)又包括管理，它的工作對(duì)象是物(產(chǎn)品)、事(工作)和人，且與外界環(huán)境有緊密的交聯(lián)與相互影響。這一論述強(qiáng)調(diào)了可靠性系統(tǒng)工程理論涉及了物理、事理和人理。

文獻(xiàn)[2-3]通過“實(shí)施要素”強(qiáng)調(diào)了可靠性系統(tǒng)工程的組織管理，概括起來共8個(gè)方面：① 領(lǐng)導(dǎo)重視、全員負(fù)責(zé)；② 統(tǒng)一計(jì)劃、有機(jī)協(xié)調(diào)；③ 預(yù)防為主、早期投入；④ 系統(tǒng)綜合、并行設(shè)計(jì)；⑤ 信息反饋、閉環(huán)控制；⑥ 產(chǎn)品、特性與過程同步優(yōu)化；⑦ 有機(jī)融入產(chǎn)品系統(tǒng)工程管理；⑧ 建立設(shè)計(jì)、制造和可靠性等結(jié)合的綜合產(chǎn)品研制小組。這8個(gè)方面體現(xiàn)了可靠性系統(tǒng)工程中的物理、事理和人理，奠定了可靠性系統(tǒng)工程理論的實(shí)踐基礎(chǔ)。

2 可靠性系統(tǒng)工程理論的發(fā)展

可靠性系統(tǒng)工程理論的發(fā)展分為3個(gè)方面：① 建立了可靠性系統(tǒng)工程的理論與技術(shù)框架；② 建立了可靠性系統(tǒng)工程的綜合集成理論體系；③ 建立了確信可靠性等基礎(chǔ)理論。

2.1 可靠性系統(tǒng)工程的理論與技術(shù)框架

20世紀(jì)80年代，文獻(xiàn)[16-17]提出了建立工程故障學(xué)理論的一些設(shè)想，文中指出：“故障規(guī)律是系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的一類特殊規(guī)律，最完善的故障學(xué)理論往往在系統(tǒng)科學(xué)的基礎(chǔ)上閃現(xiàn)希望的曙光?！?999年，文獻(xiàn)[18-19]提出了機(jī)械失效學(xué)的發(fā)展構(gòu)想，文中指出：“機(jī)械失效學(xué)是研究機(jī)電裝備(系統(tǒng)、設(shè)備和元器件)的失效分析診斷(簡稱失效診斷)、失效預(yù)測和失效預(yù)防的理論、技術(shù)和方法及其工程應(yīng)用的分支學(xué)科。機(jī)械失效學(xué)體系應(yīng)由失效診斷學(xué)、失效預(yù)測學(xué)和失效預(yù)防學(xué)3個(gè)分支體系組成?！?/p>

工程故障學(xué)和機(jī)械失效學(xué)概念對(duì)可靠性系統(tǒng)工程理論的發(fā)展給予了重要的啟示。2005年，文獻(xiàn)[4]提出了基礎(chǔ)理論、基礎(chǔ)技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)等3個(gè)層次組成的可靠性系統(tǒng)工程理論與技術(shù)框架。

值得指出的是：可靠性系統(tǒng)工程把系統(tǒng)的故障作為研究對(duì)象，因此把以故障認(rèn)知與表征為核心的故障學(xué)作為可靠性系統(tǒng)工程的基礎(chǔ)理論是順理成章的。如果把故障與人的疾病作對(duì)比，故障模式相當(dāng)于病癥，故障機(jī)理相當(dāng)于病理。如果不知道病理，是很難對(duì)癥下藥的。因此，如果沒有對(duì)故障機(jī)理和規(guī)律的認(rèn)識(shí)，是無法進(jìn)行故障預(yù)防、故障預(yù)測、故障診斷與故障修復(fù)的。因此，故障學(xué)理論是對(duì)故障的必然性和規(guī)律性的研究，是認(rèn)識(shí)和表征故障本質(zhì)的通用理論，可以構(gòu)成可靠性學(xué)科的基礎(chǔ)理論之一，主要包括基于載荷響應(yīng)和理化過程的故障物理、基于靜態(tài)動(dòng)態(tài)邏輯和涌現(xiàn)關(guān)系的失敗事理、基于績效影響和能力局限的失誤人理及其“三理融合”故障機(jī)理分析方法，基于可靠性數(shù)學(xué)表征的不確定性理論和基于失效物理的確信故障表征方法等[14]。

可靠性系統(tǒng)工程基礎(chǔ)技術(shù)包括故障預(yù)防技術(shù)、故障預(yù)測技術(shù)、故障診斷技術(shù)和故障修復(fù)技術(shù)。故障預(yù)防技術(shù)主要研究在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和使用等全壽命周期各階段預(yù)防故障的理論與方法；故障預(yù)測技術(shù)主要研究在產(chǎn)品實(shí)際使用條件下準(zhǔn)確地預(yù)測產(chǎn)品的每一個(gè)故障的理論與方法；故障診斷技術(shù)主要研究產(chǎn)品一旦發(fā)生故障即可進(jìn)行及時(shí)檢測與隔離的理論與方法；故障修復(fù)技術(shù)主要研究修復(fù)故障的理論與方法，包括了修復(fù)故障的具體技術(shù)、修復(fù)故障的程序和為修復(fù)故障而需要的備件、工具、設(shè)備、人力、人員的籌措方法。

可靠性系統(tǒng)工程的應(yīng)用技術(shù)是指在基礎(chǔ)理論與基礎(chǔ)技術(shù)之上形成的以全系統(tǒng)對(duì)象、全壽命過程和全特性方法綜合集成的故障防控技術(shù)型譜，包括可靠性、維修性、保障性綜合論證技術(shù)、設(shè)計(jì)與分析技術(shù)、試驗(yàn)與驗(yàn)證技術(shù)等等這些技術(shù)最終為形成武器裝備全系統(tǒng)全壽命可靠性系統(tǒng)工程的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范、工具與設(shè)備、組織與管理方法提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支持。

可靠性系統(tǒng)工程理論與技術(shù)框架的建立表明，可靠性系統(tǒng)工程不僅僅是可靠性、環(huán)境適應(yīng)性、安全性、維修性、測試性、保障性等通用質(zhì)量特性的簡單組合，它具有了從基礎(chǔ)理論、基礎(chǔ)技術(shù)、應(yīng)用技術(shù)到工程應(yīng)用的完整的技術(shù)學(xué)科特征。這是文獻(xiàn)[4]在發(fā)展可靠性系統(tǒng)工程理論過程中的一個(gè)重要貢獻(xiàn)。

2.2 可靠性系統(tǒng)工程的綜合集成理論體系

可靠性系統(tǒng)工程自誕生起，就深深地打上了“綜合集成”的烙印。文獻(xiàn)[3]論述了可靠性、維修性、保障性的綜合化發(fā)展趨勢，即：可靠性、維修性、保障性指標(biāo)的綜合以及工程體系的綜合，并進(jìn)一步指出與美國的工程專業(yè)綜合、并行工程和歐洲的可信性技術(shù)相同，可靠性系統(tǒng)工程是可靠性、維修性、保障性綜合化的發(fā)展趨勢之一。但文獻(xiàn)[3]進(jìn)一步指出：“美國的工程專業(yè)綜合本身沒有一個(gè)統(tǒng)一的目標(biāo)，沒有一個(gè)共同的研究對(duì)象，所以它不能形成一個(gè)獨(dú)立的學(xué)科體系，而可靠性系統(tǒng)工程則是一個(gè)有機(jī)的整體，它具有統(tǒng)一的目標(biāo)，有共同的研究對(duì)象，可以形成與故障作斗爭的獨(dú)立的學(xué)科體系?！?/p>

2007年出版的《中國大百科全書-軍事卷》，收錄了“可靠性系統(tǒng)工程(Reliability Systems Engineering)”詞條[5]，給出了新的定義“運(yùn)用系統(tǒng)工程理論方法，以故障為核心，以效能為目標(biāo)，研究復(fù)雜系統(tǒng)全壽命過程中故障發(fā)生規(guī)律及其預(yù)防、診斷、修復(fù)的綜合交叉技術(shù)和管理”。這個(gè)詞條繼承了楊為民先生定義的重點(diǎn)內(nèi)容，并豐富了10余年的發(fā)展成果，將可靠性、環(huán)境適應(yīng)性、安全性、維修性、測試性、保障性等非功能特性以強(qiáng)耦合方式關(guān)聯(lián)集成為一個(gè)有機(jī)的整體，逐步形成了具有統(tǒng)一目標(biāo)和研制主線、與產(chǎn)品故障缺陷做斗爭的技術(shù)體系。

文獻(xiàn)[5]極大地?cái)U(kuò)充了可靠性系統(tǒng)工程概念的內(nèi)涵與外延，為其學(xué)科化發(fā)展進(jìn)一步指明了方向，也為武器裝備全系統(tǒng)全特性全壽命質(zhì)量觀和通用質(zhì)量特性概念的誕生提供了支撐，更為基于模型的可靠性系統(tǒng)工程體系的建立奠定了基礎(chǔ)。其中，在發(fā)展趨勢中明確指出：可靠性系統(tǒng)工程的研究內(nèi)涵在時(shí)間維、對(duì)象維和目標(biāo)維上將不斷擴(kuò)展和延伸，進(jìn)入21世紀(jì)以后，中國的可靠性系統(tǒng)工程將得到快速、深入、全面的發(fā)展，不斷形成具有中國特色的系統(tǒng)化、綜合化技術(shù)和管理模式。后來的理論研究和應(yīng)用實(shí)踐表明這一預(yù)測是準(zhǔn)確的！

文獻(xiàn)[14]回顧總結(jié)了綜合集成理論體系的發(fā)展。從集成能力來看，綜合集成理論可劃分為通用質(zhì)量特性內(nèi)部綜合(簡稱小綜合)、通用質(zhì)量特性與專用質(zhì)量特性綜合(簡稱大綜合)，以及質(zhì)量全特性技術(shù)與管理綜合3個(gè)層級(jí)，這也與綜合集成理論的發(fā)展周期基本吻合。從集成技術(shù)來看，綜合集成理論又可分為通用/專用質(zhì)量特性的數(shù)據(jù)綜合、流程綜合與特性綜合。從集成模式來看，綜合集成理論已從文檔驅(qū)動(dòng)模式逐漸發(fā)展到模型與仿真驅(qū)動(dòng)模式。

信息化、數(shù)字化一直是可靠性綜合集成理論落地的重要支撐。文獻(xiàn)[13]提出了基于模型的可靠性系統(tǒng)工程，以故障本體為核心，建立了基于模型的可靠性設(shè)計(jì)方法學(xué)，特別是經(jīng)過多年的努力，建成了MBRSE軟件集成系統(tǒng)(設(shè)計(jì)平臺(tái))，使得可靠性系統(tǒng)工程的理論和技術(shù)，尤其是綜合集成的理論體系，以平臺(tái)為載體實(shí)現(xiàn)了裝備通用質(zhì)量特性與專用質(zhì)量特性設(shè)計(jì)一體化。

文獻(xiàn)[13]指出：建立MBRSE的目的是針對(duì)可靠性系統(tǒng)工程實(shí)施過程中面臨的問題：① 缺少一體化的設(shè)計(jì)方法學(xué)，無法建立通用質(zhì)量特性與專用質(zhì)量特性相統(tǒng)一的設(shè)計(jì)過程模型，只能依賴于定性的、繁瑣的、難以同步貫徹實(shí)施的工作大綱；② 缺少貫穿產(chǎn)品研制全過程的通用的統(tǒng)一設(shè)計(jì)理論方法，無法建立通用質(zhì)量特性與專用質(zhì)量特性統(tǒng)一的設(shè)計(jì)方法論；③ 缺乏先進(jìn)的綜合設(shè)計(jì)軟件平臺(tái)，通用質(zhì)量特性軟件工具難以融入產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)字化環(huán)境中。

MBRSE以系統(tǒng)工程“V”模型為基礎(chǔ)，構(gòu)建了“效能仿真需求集成、模型驅(qū)動(dòng)研制集成、健康管理運(yùn)維集成”的綜合集成理論，具體內(nèi)涵如下[13-14]：

1) 效能仿真與需求集成。針對(duì)裝備效能度量分解難題，提出基于多智能體的效能建模技術(shù)，用“群體適應(yīng)性替代整體復(fù)雜性”，構(gòu)建與真實(shí)裝備結(jié)構(gòu)相似、行為等價(jià)的時(shí)空動(dòng)態(tài)高精度仿真模型，實(shí)現(xiàn)與性能同步、快速確定裝備可靠性要求，打破傳統(tǒng)相似法、經(jīng)驗(yàn)法的局限。

2) 模型驅(qū)動(dòng)與研制集成。以效能仿真捕獲的需求為輸入，針對(duì)可靠性設(shè)計(jì)多學(xué)科定量融合難、與功能協(xié)同難等問題，將設(shè)計(jì)要求逐層分解和實(shí)現(xiàn)。構(gòu)建以故障為中心的模型體系與演化機(jī)制，開展基于模型的功能、物理、系統(tǒng)故障的全域識(shí)別與閉環(huán)消減設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，并有機(jī)集成到產(chǎn)品研發(fā)V模型中。

3) 健康管理與運(yùn)維集成。在研制階段開展基于大數(shù)據(jù)、人工智能的PHM(Prognostic and Health Management)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與驗(yàn)證，注重與可靠性工作協(xié)調(diào)；在運(yùn)維階段，基于自主保障理念，以任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，以保持健康狀態(tài)為依據(jù)，基于故障預(yù)測提前合理規(guī)劃視情/事后維修任務(wù)、保障資源及其使用調(diào)度，實(shí)現(xiàn)精確維修保障，降低維護(hù)保障費(fèi)用。

運(yùn)用可靠性模型協(xié)同演化、多線索流程閉環(huán)管控、多類故障仿真驗(yàn)證等模型驅(qū)動(dòng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多層級(jí)產(chǎn)品性能與可靠性綜合設(shè)計(jì)與驗(yàn)證，并通過使用中健康管理來保證?？蓪?shí)現(xiàn)基于模型推送的“性能-故障-健康”三維融合、“裝備-系統(tǒng)-設(shè)備”三級(jí)傳遞、“設(shè)計(jì)分析與仿真驗(yàn)證”協(xié)同互動(dòng)的效能正向設(shè)計(jì)過程，見圖1[14]。這是可靠性系統(tǒng)工程發(fā)展的最新階段。至此，可靠性系統(tǒng)工程的綜合集成理論體系已臻于完善。

2.3 確信可靠性理論

可靠性的概念一經(jīng)誕生，即將概率作為產(chǎn)品可靠性的一種數(shù)學(xué)測度直至今日。但在工程實(shí)踐中，常常出現(xiàn)樣本量無法滿足概率論中大數(shù)定律的情況，此時(shí)使用概率可靠度難以適應(yīng)工程實(shí)踐的需求。為了解決這一問題，前人先后建立了貝葉斯可靠度、區(qū)間可靠度、模糊可靠度、證據(jù)可靠度等各種有益的度量方法，以適應(yīng)工程實(shí)際中的小樣本情況。2013年，文獻(xiàn)[20]基于不確定理論中建立的不確定測度提出了一種新的可靠性測度，并將其命名為確信可靠度(Belief Reliability)。不確定理論[21]是清華大學(xué)劉寶碇教授創(chuàng)立的一種與概率論平行的全新的公理化數(shù)學(xué)系統(tǒng)，其中的不確定測度專門用于度量由于小樣本引起的不確定性。2016年，文獻(xiàn)[22]從可靠性度量的規(guī)范性、可控性和融合性對(duì)貝葉斯可靠度、區(qū)間可靠度、模糊可靠度、證據(jù)可靠度、確信可靠度進(jìn)行了全面的對(duì)比分析，指出確信可靠度是在合理性、有效性方面最有優(yōu)勢、最有發(fā)展?jié)摿Φ目煽啃詼y度。2018年，文獻(xiàn)[23]對(duì)確信可靠度的內(nèi)涵進(jìn)行了重要擴(kuò)充，將概率論中給出的概率測度、不確定理論中給出的不確定測度和機(jī)會(huì)測度統(tǒng)一納入確信可靠性的度量框架中，當(dāng)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)和信息滿足大樣本條件時(shí)采用概率測度，不滿足大樣本條件時(shí)采用不確定測度，這2種情況同時(shí)存在時(shí)則采用二者綜合而成的機(jī)會(huì)測度。因此，概率論和不確定理論共同成為可靠性科學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。2020年，文獻(xiàn)[12]系統(tǒng)總結(jié)了確信可靠性研究的一系列成果，并進(jìn)一步提出了可靠性科學(xué)的3個(gè)基本原理，至此確信可靠性理論框架建立完畢。

確信可靠性理論提出了可靠性科學(xué)的3個(gè)基本原理：

原理1裕量可靠原理，系統(tǒng)的裕量決定著系統(tǒng)的可靠程度。

原理2退化永恒原理，系統(tǒng)的性能隨著時(shí)間不可逆退化。

原理3不確定性原理，系統(tǒng)的裕量和性能退化具有不確定性。

對(duì)應(yīng)這3個(gè)可靠性科學(xué)原理，確信可靠性理論用下列3個(gè)方程表達(dá)可靠度函數(shù)。

裕量方程：M=d(P,Pth)

(1)

(2)

(3)

可靠性實(shí)驗(yàn)可以對(duì)式(2)裕量方程和式(3)退化方程所建立的模型進(jìn)行檢驗(yàn)，這種檢驗(yàn)是普遍可重復(fù)的?；诳煽啃詫?shí)驗(yàn)的結(jié)果，再對(duì)實(shí)驗(yàn)中的相關(guān)變量進(jìn)行不確定性量化，即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可靠性的機(jī)會(huì)預(yù)測——確定可靠度的評(píng)估。

可靠性實(shí)驗(yàn)概念的建立，是可靠性學(xué)科發(fā)展的重要一步。同時(shí)，可靠性實(shí)驗(yàn)也是通向可靠性工程中的各種環(huán)境試驗(yàn)和可靠性試驗(yàn)的橋梁，即各類環(huán)境和可靠性試驗(yàn)不過是可靠性實(shí)驗(yàn)在不同 情況下的特例[24]。

可靠性實(shí)驗(yàn)概念的建立與了文獻(xiàn)[2-3]中給出的可靠性系統(tǒng)工程定義中所提出的“實(shí)驗(yàn)研究”方法遙相呼應(yīng)。

綜上所述，確信可靠性理論的建立進(jìn)一步夯實(shí)了可靠性系統(tǒng)工程的科學(xué)基礎(chǔ)?！翱茖W(xué)原理、數(shù)學(xué)表達(dá)、實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)、機(jī)會(huì)預(yù)測”研究范式的建立標(biāo)志著可靠性從系統(tǒng)工程向系統(tǒng)科學(xué)的前進(jìn)。

3 可靠性系統(tǒng)科學(xué)的討論與探索

關(guān)于可靠性系統(tǒng)工程的科學(xué)本質(zhì)，近年來國際國內(nèi)開展了廣泛的討論，并圍繞可靠性的科學(xué)原理進(jìn)行了深入探索，形成了以確信可靠性理論為代表的一批成果，為可靠性科學(xué)理論的建立奠定了基礎(chǔ)。

2017年，IBM(International Business Machines Corporation)終身名譽(yù)教授保羅·羅基出版了《Reliability is a new science》專著[25]。其主要觀點(diǎn)是：可靠性是一門新的科學(xué)，漸進(jìn)退化是可靠性最基本的科學(xué)原理?；谶@個(gè)科學(xué)原理，文獻(xiàn)[25]進(jìn)行了一系列的數(shù)學(xué)證明和推導(dǎo)，試圖構(gòu)建可靠性科學(xué)的理論體系。

文獻(xiàn)[25]中提到的格涅堅(jiān)科是蘇聯(lián)數(shù)學(xué)家、概率論創(chuàng)立者柯爾莫哥洛夫的學(xué)生。格涅堅(jiān)科曾在專著《Mathematical methods of reliability theory》中指出[26]：“可靠性理論是一門復(fù)雜的科學(xué)，主要與工程師、物理學(xué)家、經(jīng)濟(jì)學(xué)家和化學(xué)家的能力直接相關(guān)。”這是國際上最早的關(guān)于可靠性是一門科學(xué)的提法。文獻(xiàn)通過基于科學(xué)原理的論證，證明了格涅堅(jiān)科關(guān)于可靠性是一門科學(xué)判斷的正確性。但是，文獻(xiàn)[25]的出版卻引發(fā)了國際上持續(xù)2年的關(guān)于可靠性是否是一門科學(xué)的大討論。

2017年在法國舉行的第10屆可靠性中的數(shù)學(xué)方法國際會(huì)議上，針對(duì)文獻(xiàn)[25]的出版舉辦了一次題為“Is Reliability a New Science?”的專題研討會(huì)(Panel discussion)。之后在會(huì)議討論的基礎(chǔ)上，國際期刊AppliedStochasticModelsinBusinessandIndustry組織了主題為“Is Reliability a New Science”的特刊，并于2019年4月出版。特刊中匯總了2017年討論會(huì)上發(fā)表的4篇論文，并補(bǔ)充了5篇新發(fā)表的論文。在這9篇論文中，有2篇明確表示可靠性不是一門獨(dú)立的科學(xué)，僅僅是某些科學(xué)的應(yīng)用；有3篇認(rèn)為可靠性是科學(xué)，只是其科學(xué)原理尚未建立完善；有3篇對(duì)此未下定論，認(rèn)為在目前的發(fā)展階段可靠性具有科學(xué)、工程、技術(shù)等多重屬性，不易判別。

在上述討論中，文獻(xiàn)[27]是唯一1篇中國學(xué)者的論文，其從哲學(xué)角度論證了可靠性科學(xué)的合法性。文獻(xiàn)[27]指出可靠性理論與實(shí)踐具有真理和價(jià)值的科學(xué)自足性以及專屬的話語體系，能夠構(gòu)成一門科學(xué)。

可靠性理論與實(shí)踐體現(xiàn)了科學(xué)的真理自足性，反映了客觀世界的吁求?？煽啃詫W(xué)科是一個(gè)新興的交叉學(xué)科，它的理論與實(shí)踐沒有固定的母體，它的對(duì)象、方法都是獨(dú)一無二的，其面向的核心對(duì)象世界是客觀的故障世界?？煽啃岳碚撆c實(shí)踐的價(jià)值自足性訴諸人的主體世界，既要合理化解人的實(shí)踐的非確定性，又要準(zhǔn)確優(yōu)化人的實(shí)踐的確定性。

可靠性科學(xué)的專屬話語體系分為歷史話語、理論話語和實(shí)踐話語3個(gè)方面。從歷史話語來看，可靠性理論與實(shí)踐具有自身獨(dú)立的發(fā)展史、科學(xué)概念和理論自覺，在不斷“與故障作斗爭”過程中進(jìn)入了科學(xué)發(fā)展時(shí)期；同時(shí)，在發(fā)展演化過程中逐漸形成了獨(dú)有的研究范式，這種研究范式立足于系統(tǒng)思維(復(fù)雜性思維)，指導(dǎo)系統(tǒng)工程實(shí)踐，逐漸向多領(lǐng)域社會(huì)實(shí)踐延伸。從理論話語來看，可靠性科學(xué)闡述的是與故障相關(guān)的一般性和特殊性規(guī)律，可靠性系統(tǒng)工程理論的研究與發(fā)展，極大地豐富了可靠性理論話語。從實(shí)踐話語來看，可靠性科學(xué)的實(shí)踐話語實(shí)際上是處理故障及其不確定性的一套完整技術(shù)方法，是人們在同故障作斗爭的長期實(shí)踐中總結(jié)而來的?？梢钥吹剑煽啃钥茖W(xué)的話語體系既符合若干基本的科學(xué)原理，又有其獨(dú)立的運(yùn)行機(jī)理，是其他科學(xué)無法生成也不能替代的。

文獻(xiàn)[27]最后指出：作為一門新興的交叉學(xué)科，可靠性科學(xué)仍然存在著不完備性，可靠性科學(xué)體系尚處于建構(gòu)狀態(tài)而非成熟狀態(tài)。從哲學(xué)的觀點(diǎn)看，可靠性科學(xué)是一門生成性的科學(xué)，而非靜止的現(xiàn)成性的科學(xué)，需要不斷進(jìn)行完善；從科學(xué)自身發(fā)展規(guī)律看，可靠性科學(xué)反映了人類希望高水平高安全生存質(zhì)量的訴求，順應(yīng)了時(shí)代文明進(jìn)步的趨勢，因而必將具有光輝的未來。

4 可靠性系統(tǒng)科學(xué)與工程學(xué)科發(fā)展展望

綜上所述，在可靠性系統(tǒng)工程理論研究中，工程故障學(xué)、綜合集成理論已形成技術(shù)科學(xué)的基本特征，確信可靠性理論的建立，從科學(xué)原理上進(jìn)一步夯實(shí)了可靠性系統(tǒng)工程的科學(xué)基礎(chǔ)。上述發(fā)展表明：可靠性是一門技術(shù)科學(xué)早在21世紀(jì)初已經(jīng)成為中國學(xué)術(shù)界、工程界的共識(shí)。因此，我們認(rèn)為，可靠性這一誕生于20世紀(jì)40年代的工程專業(yè)發(fā)展成一門新的獨(dú)立學(xué)科的機(jī)遇已經(jīng)到來。我們把這門初露端倪的新學(xué)科命名為：可靠性系統(tǒng)科學(xué)與工程(Reliability Systems Science and Engineering，RSSE)，并將之建立在現(xiàn)有的系統(tǒng)科學(xué)一級(jí)學(xué)科之下。之所以這樣設(shè)置，有以下3方面的考慮。

1) 面向國家發(fā)展的戰(zhàn)略需求。到21世紀(jì)中葉，我國將實(shí)現(xiàn)第2個(gè)100年的戰(zhàn)略目標(biāo)，中國制造業(yè)將完成轉(zhuǎn)型升級(jí)、高科技產(chǎn)業(yè)將實(shí)現(xiàn)涅槃重生，在這一個(gè)偉大的歷史進(jìn)程中，隨著人民對(duì)美好生活向往的日益增長，對(duì)產(chǎn)品和系統(tǒng)的可靠性需求將進(jìn)一步突顯。

2) 面向系統(tǒng)復(fù)雜性的挑戰(zhàn)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，信息化、智能化的產(chǎn)品和系統(tǒng)將越來越復(fù)雜，現(xiàn)有的可靠性理論難以有效解決這些復(fù)雜的產(chǎn)品和系統(tǒng)的可靠性問題，必須研究和發(fā)展新理論、新方法。而應(yīng)對(duì)這種復(fù)雜性問題的有效理論則是系統(tǒng)科學(xué)。

3) 面向未來的繼承與發(fā)展。如本文所述，一系列可靠性系統(tǒng)工程理論的研究成果表明，可靠性的技術(shù)科學(xué)的特征越來越明顯。然而，要將可靠性發(fā)展成一門新的學(xué)科，這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。只有將可靠性這一門新科學(xué)扎根于系統(tǒng)科學(xué)這個(gè)一級(jí)學(xué)科的沃土，才既能適應(yīng)未來科技、社會(huì)發(fā)展的戰(zhàn)略需求，又能繼承和融合可靠性這一概念誕生以來的理論成果，還能為未來的發(fā)展留下了豐富的想象空間。

在系統(tǒng)科學(xué)一級(jí)學(xué)科下設(shè)可靠性系統(tǒng)工程和可靠性系統(tǒng)科學(xué)2個(gè)二級(jí)學(xué)科：可靠性系統(tǒng)工程屬于工學(xué)，培養(yǎng)的學(xué)生授工學(xué)學(xué)位；可靠性系統(tǒng)科學(xué)屬于理學(xué)，培養(yǎng)的學(xué)生授理學(xué)學(xué)位。2個(gè)二級(jí)學(xué)科相互支撐、融合發(fā)展，將極大地豐富和發(fā)展可靠性科學(xué)的內(nèi)涵。在這樣的學(xué)科構(gòu)架下，除了已經(jīng)初步建立的工程故障學(xué)理論、可靠性系統(tǒng)工程綜合集成理論、確信可靠性理論外，還可以按照故障“防”“診”“治”的體系架構(gòu)，進(jìn)一步發(fā)展出故障預(yù)防理論、故障診斷理論和故障治/自愈理論；綜合運(yùn)用控制論、信息論、黑箱認(rèn)識(shí)論和工程事理學(xué)，進(jìn)一步發(fā)展故障物理學(xué)、失敗事理學(xué)和失誤人理學(xué)理論；運(yùn)用理論物理的研究成果，發(fā)展形成量子可靠性理論[28-29]；結(jié)合軟件、智能系統(tǒng)、人體系統(tǒng)的特殊規(guī)律，進(jìn)一步揭示、凝練可靠性科學(xué)原理,生成新的可靠性理論；甚至融合概率論、不確定理論、機(jī)會(huì)理論等公理化數(shù)學(xué)，發(fā)展出更符合可靠性工程實(shí)踐需求的變動(dòng)統(tǒng)計(jì)學(xué)。以上種種將極大地豐富可靠性學(xué)科大圖景。

5 結(jié)束語

綜上所述，經(jīng)過近40年的發(fā)展，具有中國特色的可靠性系統(tǒng)科學(xué)與工程學(xué)科的建立已具備天時(shí)、地利、人和，一個(gè)新的學(xué)科體系已初露端倪。

謹(jǐn)以此文紀(jì)念國防科技界、教育界著名專家、可靠性系統(tǒng)工程理論的創(chuàng)立者北京航空航天大學(xué)楊為民教授(1935—2002)。