華為可靠性基礎(chǔ)[沐風(fēng)書(shū)苑]

1、 可靠性基礎(chǔ)可靠性基礎(chǔ) 1參考幻燈 第一節(jié)第一節(jié) 可靠性定義可靠性定義 n產(chǎn)品的可靠性是指：產(chǎn)品在規(guī)定的條件 下、在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定的功能的 能力。從定義本身來(lái)說(shuō)，它是產(chǎn)品的一 種能力，這是一個(gè)很抽象的概念； n規(guī)定的條件 n 工作條件：電壓，負(fù)載，使用方法，維修方法， 輸出功率等。 n 環(huán)境條件：溫度，濕度，壓力，振動(dòng)，沖擊， 電場(chǎng)，磁場(chǎng)，電 磁場(chǎng)等。 n 儲(chǔ)存條件：運(yùn)輸，保管等 2參考幻燈 規(guī)定的時(shí)間 指產(chǎn)品的生命周期（如交換機(jī)壽命20年，手 機(jī)壽命5年，手機(jī)劃蓋工作壽命6萬(wàn)次，汽車(chē) 壽命30萬(wàn)公里等） 規(guī)定的功能 指產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或產(chǎn)品技術(shù)條件中所規(guī)定的各項(xiàng) 技 術(shù)性能（技術(shù)指標(biāo)）。 3參

2、考幻燈 n對(duì)產(chǎn)品而言，可靠性越高就越好?？煽?性高的產(chǎn)品，可以長(zhǎng)時(shí)間正常工作（這 正是所有消費(fèi)者需要得到的）；從專業(yè) 術(shù)語(yǔ)上來(lái)說(shuō)，就是產(chǎn)品的可靠性越高， 產(chǎn)品可以無(wú)故障工作的時(shí)間就越長(zhǎng)。 4參考幻燈 我國(guó)的可靠性發(fā)展 n我國(guó)的可靠性工作起步較晚，20世紀(jì)70 年代才開(kāi)始在電子工業(yè)和航空工業(yè)中初 步形成可靠性研究體系，并將其應(yīng)用于 軍工產(chǎn)品。其他行業(yè)可靠性工作起步更 晚，差距更大，與先進(jìn)國(guó)家差距2030 年，雖然國(guó)家已制訂可靠性標(biāo)準(zhǔn)，但尚 未引起所有企業(yè)的足夠重視。 5參考幻燈 二、可靠性的重要性二、可靠性的重要性 n調(diào)查結(jié)果顯示（如某公司市場(chǎng)部2001年 調(diào)查記錄）：“對(duì)可靠性的重視度，與 地

3、區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度成正比”。例如， 英國(guó)電訊（BT）關(guān)于可靠性管理/指標(biāo)要 求有產(chǎn)品壽命、MTBF報(bào)告、可靠性框圖、 失效樹(shù)分析（FTA）、可靠性測(cè)試計(jì)劃和 測(cè)試報(bào)告等；泰國(guó)只有MTBF和MTTF的 要求；而厄瓜多爾則未提到，只是提出 環(huán)境適應(yīng)性和安全性的要求。 6參考幻燈 n產(chǎn)品的可靠性很重要，它不僅影響生產(chǎn) 公司的前途，而且影響到使用者的安全 （前蘇聯(lián)的“聯(lián)盟11號(hào)”宇宙飛船返回 時(shí)，因壓力閥門(mén)提前打開(kāi)而造成三名宇 航員全部死亡）?？煽啃院玫漠a(chǎn)品，不 但可以減少公司的維修費(fèi)用，而且可以 很快就打出品牌，大幅度提升公司形象， 增加公司收入。 7參考幻燈 n隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，人們

4、不僅要求產(chǎn)品物美價(jià) 廉，而且十分重視產(chǎn)品的可靠性和安全性。日本的汽車(chē)、家用電 器等產(chǎn)品，雖然在性能、價(jià)格方面與我國(guó)彼此相仿，卻能占領(lǐng)美 國(guó)以及國(guó)際市場(chǎng)。主要的原因就是日本的產(chǎn)品可靠性勝過(guò)我國(guó)一 籌。美國(guó)的康明斯、卡勃彼特柴油機(jī)，大修期為12000小時(shí)，而 我國(guó)柴油機(jī)不過(guò)1000小時(shí)，有的甚至幾十小時(shí)、幾百小時(shí)就出現(xiàn) 故障。我國(guó)生產(chǎn)的電梯，平均使用壽命（指兩次大修期的間隔時(shí) 期）為3年左右，而國(guó)外的電梯平均壽命在10年以上，是我們的3 倍；故障率，國(guó)外平均為0.05次，而我國(guó)為1次以上，高出20倍， 這樣的產(chǎn)品怎么有競(jìng)爭(zhēng)力呢！因此要想在競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地， 就要狠抓產(chǎn)品質(zhì)量，特別是產(chǎn)品可靠性，沒(méi)

5、有可靠性就沒(méi)有質(zhì)量， 企業(yè)就無(wú)法在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中生存和發(fā)展。因此，可靠性問(wèn)題必須 引起政府和企業(yè)的高度重視，抓好可靠性工作，不僅是關(guān)系到企 業(yè)生存和發(fā)展的大問(wèn)題，也是關(guān)系到國(guó)家經(jīng)濟(jì)興衰的大問(wèn)題。 8參考幻燈 三、可靠性指標(biāo)三、可靠性指標(biāo) n衡量產(chǎn)品可靠性水平有好幾種標(biāo)準(zhǔn)，有定量的， 也有定性的，有時(shí)要用幾種標(biāo)準(zhǔn)（指標(biāo)）去度 量一種產(chǎn)品的可靠性，但最基本最常用的有以 下幾種標(biāo)準(zhǔn)。 1.可靠度可靠度R（t）；它是產(chǎn)品在規(guī)定條件和規(guī)定 時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率。一批產(chǎn)品的數(shù)量 為N，從t = 0時(shí)開(kāi)始使用，隨著時(shí)間的推移， 失效的產(chǎn)品件數(shù)逐漸增加，而正常工作的產(chǎn)品 件數(shù)n(t)逐漸減少，用R(t)表示

6、產(chǎn)品在任意時(shí)刻 t的可靠度。 9參考幻燈 2.可靠壽命可靠壽命CR(tr)；它與一般理解的壽 命有不同含義，概念也不同，設(shè)產(chǎn)品的 可靠度為R(t)，使可靠度等于規(guī)定值r時(shí) 的時(shí)間tr的，即被定義為可靠壽命。 3.失效率（故障率）失效率（故障率）（t）；它是指某產(chǎn) 品（零部件）工作到時(shí)間t之后，在單位 時(shí)間t內(nèi)發(fā)生失效的概率。 10參考幻燈 4.有效壽命與平均壽命有效壽命與平均壽命；有效壽命一般是 指產(chǎn)品投入使用后至達(dá)到某規(guī)定失效率 水平之前的一段工作時(shí)間。而平均壽命 MTTF對(duì)于不可修復(fù)產(chǎn)品，指從開(kāi)始使用 直到發(fā)生失效這一段工作時(shí)間的平均值； 對(duì)于可修復(fù)的產(chǎn)品，是指在整個(gè)使用階 段和除維修時(shí)間

7、之后的各段有效工作時(shí) 間的平均值。 11參考幻燈 5.平均無(wú)故障工作時(shí)間平均無(wú)故障工作時(shí)間MTBF；是指相鄰 兩次故障之間的平均工作時(shí)間，也稱為 平均故障間隔。它僅適用于可維修產(chǎn)品。 同時(shí)也規(guī)定產(chǎn)品在總的使用階段累計(jì)工 作時(shí)間與故障次數(shù)的比值為MTBF。 其他如可靠度、有效度、維修度、 平均維修時(shí)間等也是衡量產(chǎn)品可靠性水 平的一種標(biāo)準(zhǔn) 12參考幻燈 重點(diǎn)指標(biāo) 1. 平均故障間隔時(shí)間；平均故障間隔時(shí)間； 可維修的產(chǎn)品，其可靠性主要的參數(shù)是 MTBF（Mean Time Between Fail），即 平均故障間隔時(shí)間，也就是兩次維修間 的平均時(shí)間；不可維修的產(chǎn)品，用MTTF （Mean Time

8、 To Fail）；兩個(gè)參數(shù)的計(jì) 算沒(méi)有區(qū)別，下文只提到MTBF。MTBF 越大，說(shuō)明產(chǎn)品的可靠性越高。 13參考幻燈 n可以用以下理想測(cè)試來(lái)精確測(cè)試一批產(chǎn) 品的MTBF；即將該批產(chǎn)品投入使用，當(dāng) 該批產(chǎn)品全部出現(xiàn)故障以后（假如第1個(gè) 產(chǎn)品的故障時(shí)間為t1，第2個(gè)產(chǎn)品的故障 時(shí)間為t2，第n個(gè)產(chǎn)品的故障時(shí)間為tn）， 計(jì)算發(fā)生故障的平均時(shí)間，則 有公式如下： 14參考幻燈 n n ntMTBF 1 / 15參考幻燈 2、失效密度、失效密度 另外一個(gè)常用的參數(shù)是，它是指在產(chǎn)品 在t時(shí)刻失效的可能性，是失效間隔時(shí)間 的倒數(shù)，也就是：1/MTBF。對(duì)某一 類產(chǎn)品而言，產(chǎn)品在不同的時(shí)刻有不同 的失效率

9、（也就是失效率是時(shí)間的函 數(shù)），對(duì)電子產(chǎn)品而言，其失效率符合 浴盆曲線分布（如下圖）： 16參考幻燈 t t IIIIII 17參考幻燈 n知道了，就可以找到產(chǎn)品連續(xù)工作 了t 時(shí)間后、還正常的概率為R(t)=e- t，此 時(shí)已經(jīng)失效的概率為F(t)1-R(t)1 e- t 。 nR(t)= e- t是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式，一般電子產(chǎn) 品的壽命服從這一指數(shù)分布，其它分布 下文再敘； 18參考幻燈 軟件可靠性 n軟件的可靠性是用以衡量一個(gè)軟件(指計(jì)算機(jī) 程序)好壞很重要的一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。軟件的可 靠性與硬件的可靠性有許多相似之處，更有許 多差別。這種差異是由于軟、硬件故障機(jī)理的 差異造成的，因而使軟件可靠

10、性在術(shù)語(yǔ)內(nèi)涵、 指標(biāo)選擇、設(shè)計(jì)分析手段以及提高軟件可靠性 的方法與途徑等方面具有其自身的特點(diǎn)。然而， 軟件可靠性作為一個(gè)新的研究領(lǐng)域正在發(fā)展和 應(yīng)用。 19參考幻燈 基本概念 n軟件故障及其特征 對(duì)于軟件的不正常，常用三個(gè)術(shù)語(yǔ)來(lái)描述： 缺陷(fault)：指的是軟件的內(nèi)在缺陷。 錯(cuò)誤(error)：缺陷在一定環(huán)境條件下暴露導(dǎo)致 系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)可感知的不正常、不正確和不 按規(guī)范執(zhí)行的狀態(tài)。 故障(failure)：由于對(duì)錯(cuò)誤未作任何糾正而導(dǎo) 致系統(tǒng)的輸出不滿足預(yù)定的要求。 20參考幻燈 n缺陷可能導(dǎo)致錯(cuò)誤并造成系統(tǒng)的故障， 因此，缺陷是一切錯(cuò)誤的根源，故存在 下面的傳遞關(guān)系：缺陷缺陷錯(cuò)誤錯(cuò)誤故故

11、 障。障。 但是發(fā)生過(guò)故障的軟件通常仍然是可用 的。只有當(dāng)軟件頻繁發(fā)生故障，或公認(rèn) 已經(jīng)“陳舊”時(shí)，軟件才被廢棄，這一 版本軟件的壽命也就終結(jié)。 21參考幻燈 n有缺陷的軟件只有在特定條件下才能導(dǎo)致出錯(cuò)， 而在一般情況下是能夠正常工作的。軟 n件缺陷一般有以下特征： 軟件缺陷的固有性。軟件一旦有缺陷，它將潛 伏在軟件中，直到它被發(fā)現(xiàn)和改正。 反之，在一定的環(huán)境下，軟件一旦運(yùn)行是正確 的。它將繼續(xù)保持這種正確性，除非使用環(huán)境 發(fā)生了變化。 22參考幻燈 缺陷對(duì)環(huán)境的敏感性。對(duì)于一個(gè)軟件來(lái) 說(shuō)，它的各部分之間有著密切的聯(lián)系。 軟件的運(yùn)行過(guò)程實(shí)際上是各部分間的一 個(gè)邏輯組合過(guò)程，不同的邏輯組合就可

12、得到不同的程序路徑，而每一次軟件運(yùn) 行或完成某功能都是選擇了某一條程序 路徑。 23參考幻燈 n選什么樣的程序路徑是由軟件自身確定 的輸入環(huán)境決定的。對(duì)于不同的輸入環(huán) 境，軟件的運(yùn)行路徑可能有不同。如果 軟件在某些程序路徑上含有缺陷，那么 在執(zhí)行這些程序路徑時(shí)就有可能發(fā)生錯(cuò) 誤。這就是軟件錯(cuò)誤與輸入環(huán)境的關(guān)系。 24參考幻燈 n對(duì)在一定輸入環(huán)境下工作出錯(cuò)的軟件， 當(dāng)退出該環(huán)境后，對(duì)于其他環(huán)境，此軟 件又可能正常工作。但當(dāng)再次進(jìn)入該環(huán) 境時(shí)，軟件又會(huì)出錯(cuò)。這說(shuō)明缺陷對(duì)環(huán) 境是十分敏感的。 25參考幻燈 軟件錯(cuò)誤的傳染性。任一軟件缺陷，只要未被 排除，始終存在于該軟件中，一旦暴露，處理 過(guò)程就將產(chǎn)

13、生錯(cuò)誤，而這種錯(cuò)誤往往是變化的。 例如，由于某一處錯(cuò)誤處理，使某個(gè)處理變量 C 的值與要求不合，當(dāng)變量C 繼續(xù)參加運(yùn)行時(shí) 會(huì)引起處理過(guò)程中的其他錯(cuò)誤。故這類錯(cuò)誤是 具有“傳染性”的。如果錯(cuò)誤不被糾正，也許 這種錯(cuò)誤就一直存在以至繼續(xù)“傳染”，直到 引起軟件故障。 26參考幻燈 n軟件可靠性定義 軟件可靠性是“軟件在規(guī)定的條件下、 規(guī)定的時(shí)間周期內(nèi)執(zhí)行所要求的功能的 能力”。 軟件可靠性同樣可用可靠度來(lái)衡量，而 軟件的可靠度是“軟件在規(guī)定的條件下、 規(guī)定的時(shí)間周期內(nèi)不引起系統(tǒng)故障的概 率”。 27參考幻燈 常用參數(shù) n軟件的故障與硬件不同，軟件一旦出現(xiàn)故障， 查明原因后相應(yīng)的缺陷就可以得到糾正，

14、以后 不再重復(fù)出現(xiàn)。因此這是一個(gè)可靠性增長(zhǎng)的問(wèn) 題。 n常用的軟件可靠性參數(shù)有以下一些。 系統(tǒng)平均不工作間隔時(shí)間(MTBSD) 設(shè)V T 為軟件正常工作總時(shí)間，d 為軟件系統(tǒng)由 于軟件故障而停止工作的次數(shù)，則定義 28參考幻燈 式中： T BSD 系統(tǒng)平均不工作間隔時(shí)間(MTBSD)。 29參考幻燈 系統(tǒng)不工作次數(shù)(一定時(shí)期內(nèi)) 由于軟件故障停止工作，必須由操作者 介入再起動(dòng)才能繼續(xù)工作的次數(shù)。 可用度( A ) 設(shè)V T 為軟件正常工作總時(shí)間， D T 為 由于軟件故障使系統(tǒng)不工作的時(shí)間，則 定義 30參考幻燈 式中： BD T 平均工作時(shí)間(h)； T DT 平均不工作時(shí)間(h)。 一般情

15、況下，生產(chǎn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要求一般情況下，生產(chǎn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要求A 99.8%99.8%；銀行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要求；銀行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要求A 99.9%99.9%。 31參考幻燈 初期故障率 一般以軟件交付使用方后的三個(gè)月內(nèi)為初期故 障期。初期故障率以每100h 的故障數(shù)為單位。 用它來(lái)評(píng)價(jià)交付使用的軟件的質(zhì)量并預(yù)測(cè)軟件 可靠性何時(shí)基本穩(wěn)定。 偶然故障率 一般以軟件交付給使用方后的四個(gè)月后為偶然 故障期。偶然故障率一般以每千小時(shí)的故障數(shù) 為單位，它反映了軟件處于穩(wěn)定狀態(tài)的質(zhì)量。 32參考幻燈 使用方誤用率 使用方不按照軟件規(guī)范及說(shuō)明等文件來(lái) 使用而造成的錯(cuò)誤叫“使用方誤用”。 在總使用 次數(shù)中，使用方誤用次數(shù)占的

16、百分率叫 “使用方誤用率”。造成使用方誤用的 原因之一是使用方對(duì)說(shuō)明理解不深，操 作不熟練，但也可能是說(shuō)明沒(méi)有講得非 常清楚引起誤解等。 33參考幻燈 軟件可靠性模型 n雖然軟件可靠性與硬件可靠性有相似之 處，都是用出故障的概率來(lái)表示的，但 由于兩者間故障機(jī)理不同，因此可靠性 模型也不一樣。軟件可靠性模型有很多 種，下面介紹常用的三類： 從硬件可靠性理論導(dǎo)出的模型； 根據(jù)程序內(nèi)部特性得到的模型； 用已知錯(cuò)誤植入軟件，經(jīng)過(guò)測(cè)試、分析 比較建立的可靠性模型。 34參考幻燈 n第一種可靠性模型所做的假設(shè)是： 在兩次錯(cuò)誤出現(xiàn)之間的調(diào)試時(shí)間隨錯(cuò)誤 出現(xiàn)率呈現(xiàn)指數(shù)分布，而錯(cuò)誤出現(xiàn)率和 剩余錯(cuò)誤數(shù)成正比；

17、每個(gè)錯(cuò)誤一經(jīng)發(fā)現(xiàn)，立即排除，并使錯(cuò) 誤總數(shù)減1； 產(chǎn)生錯(cuò)誤的速率是個(gè)常數(shù)。 35參考幻燈 n對(duì)軟件來(lái)說(shuō)，上面假設(shè)的合理性可能還 有問(wèn)題，例如，糾正一個(gè)錯(cuò)誤的同時(shí)可 能不小心而引入另一些錯(cuò)誤，這樣第 個(gè)假設(shè)將不成立。 n第二種可靠性模型計(jì)算存在于軟件中的 錯(cuò)誤的預(yù)期數(shù)目，根據(jù)軟件復(fù)雜性度量 函數(shù)導(dǎo)出的定量關(guān)系，這種模型建立了 程序面向代碼的(如操作符的數(shù)目)與程 序中錯(cuò)誤的初始估計(jì)數(shù)字之間的關(guān)系。 36參考幻燈 n奈伯(Naib)在一項(xiàng)利用霍爾斯特德 (Halstead)方法對(duì)軟件出錯(cuò)率估算的研 究中發(fā)現(xiàn)，環(huán)境因素對(duì)軟件出錯(cuò)率的影 響最大，并找出了三個(gè)起決定作用的隨 機(jī)變量，即： 使用過(guò)該軟件的

18、總用戶數(shù)X ； 當(dāng)前用戶人數(shù)Y ； 當(dāng)前用戶中有過(guò)出錯(cuò)歷史的用戶數(shù)Z 。 37參考幻燈 nX 、Y 、Z 為隨機(jī)變量。這樣軟件出錯(cuò)率 可表示為 其中： 式中： 操作符個(gè)數(shù)； 2 操作對(duì)象個(gè)數(shù)； N 2操作 對(duì)象使用次數(shù)； B 3模塊個(gè)數(shù)。 經(jīng)實(shí)驗(yàn)?zāi)尾l(fā)現(xiàn)，該式的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值相關(guān)系數(shù)達(dá)0.92。 38參考幻燈 n第三種可靠性模型是由D.Mills 首先提 出的。這種方法一開(kāi)始用來(lái)估算野外生 活的動(dòng)物數(shù)或一個(gè)池塘內(nèi)魚(yú)的尾數(shù)。比 如，要估算池塘內(nèi)鰱魚(yú)的尾數(shù)N ，可以 先把帶有標(biāo)記的N t尾鰱魚(yú)放入池塘，過(guò) 一段時(shí)間后，從池塘中捕捉鰱魚(yú)。 39參考幻燈 n數(shù)一數(shù)不帶標(biāo)記的鰱魚(yú)有n 尾，帶標(biāo)記的 有nt

19、 尾。如果這些帶與不帶標(biāo)記的鰱魚(yú) 分散均勻，又比較合群，而且捕捉的難 易度相同，那么就可以求得N 為 40參考幻燈 n植入模型就是在軟件中“植入”已知的 錯(cuò)誤，并計(jì)算發(fā)現(xiàn)的植入錯(cuò)誤數(shù)與發(fā)現(xiàn) 的實(shí)際錯(cuò) 誤數(shù)之比而開(kāi)發(fā)出的模型。隨機(jī)將一些 已知的帶標(biāo)記的錯(cuò)誤植入程序。設(shè)程序 中尚未發(fā)現(xiàn)的殘留錯(cuò)誤總數(shù)為N ，植入 的錯(cuò)誤總數(shù)為Nt 。在歷經(jīng)一段時(shí)間的測(cè) 試之后，總共發(fā)現(xiàn)有程序的殘留錯(cuò)誤n 個(gè) 和帶標(biāo)記的植入錯(cuò)誤nt 個(gè)。 41參考幻燈 n假定植入錯(cuò)誤和程序中的殘留錯(cuò)誤都可 以同等難易地被測(cè)試到，就可用上式求 出程序中尚未發(fā)現(xiàn)的殘留錯(cuò)誤總數(shù)N 。 但這種模型依賴于測(cè)試技術(shù)。 n例如，如何判定哪些錯(cuò)誤是程序的殘留 錯(cuò)誤，哪些是植入帶標(biāo)記的錯(cuò)誤，不是 件 容易的事。而且植入帶標(biāo)記的錯(cuò)誤有可 能導(dǎo)致新的錯(cuò)誤。 42參考幻燈 n還有其他一些軟件可靠性模型，例如外 延式。繪制單位時(shí)間內(nèi)已檢測(cè)到錯(cuò)誤數(shù) 目的關(guān)系曲線，然后用最小二乘法將曲 線外延，以此來(lái)估計(jì)程序中尚殘留的錯(cuò) 誤數(shù)目。 43參考幻燈 提高軟件可靠性的途徑 n提高軟件可靠性的根本途徑是開(kāi) 展軟件工程，減少軟件缺陷。另 外還應(yīng)當(dāng)：