可靠性基礎(chǔ)華為可靠性基礎(chǔ)第一節(jié)可靠性定義

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；規(guī)定的條件

工作條件：電壓，負(fù)載，使用方法，維修方法，輸出功率等。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。儲(chǔ)存條件：運(yùn)輸，保管等華為可靠性基礎(chǔ)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)）。華為可靠性基礎(chǔ)對(duì)產(chǎn)品而言，可靠性越高就越好?？煽啃愿叩漠a(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(zhuān)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)。華為可靠性基礎(chǔ)我國(guó)的可靠性發(fā)展我國(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20～30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。華為可靠性基礎(chǔ)二、可靠性的重要性

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。華為可靠性基礎(chǔ)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。華為可靠性基礎(chǔ)隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，人們不僅要求產(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)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。華為可靠性基礎(chǔ)三、可靠性指標(biāo)

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)表示產(chǎn)品在任意時(shí)刻t的可靠度。華為可靠性基礎(chǔ)2.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）λ（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。華為可靠性基礎(chǔ)4.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)間之后的各段有效工作時(shí)間的平均值。華為可靠性基礎(chǔ)5.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(chēng)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)華為可靠性基礎(chǔ)重點(diǎn)指標(biāo)1.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（MeanTimeBetweenFail），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（MeanTimeToFail）；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。華為可靠性基礎(chǔ)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：華為可靠性基礎(chǔ)華為可靠性基礎(chǔ)2、失效密度λ

另外一個(gè)常用的參數(shù)是λ，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：λ＝1/MTBF。對(duì)某一類(lèi)產(chǎn)品而言，產(chǎn)品在不同的時(shí)刻有不同的失效率（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）：華為可靠性基礎(chǔ)λttIIIIII華為可靠性基礎(chǔ)知道了λ，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-λt，此時(shí)已經(jīng)失效的概率為F(t)＝1-R(t)＝1－e-λt

。R(t)=e-λt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；華為可靠性基礎(chǔ)軟件可靠性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。華為可靠性基礎(chǔ)基本概念

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：①缺陷(fault)：指的是軟件的內(nèi)在缺陷。②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)。③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(mǎn)足預(yù)定的要求。華為可靠性基礎(chǔ)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→錯(cuò)誤→故障。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)。華為可靠性基礎(chǔ)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。軟件缺陷一般有以下特征：①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。華為可靠性基礎(chǔ)②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。華為可靠性基礎(chǔ)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。華為可靠性基礎(chǔ)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。華為可靠性基礎(chǔ)③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)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(lèi)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。華為可靠性基礎(chǔ)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”。

華為可靠性基礎(chǔ)常用參數(shù)

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，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。常用的軟件可靠性參數(shù)有以下一些。①系統(tǒng)平均不工作間隔時(shí)間(MTBSD)設(shè)VT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)，則定義華為可靠性基礎(chǔ)式中：TBSD——系統(tǒng)平均不工作間隔時(shí)間(MTBSD)。華為可靠性基礎(chǔ)②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)。③可用度(A)

設(shè)VT為軟件正常工作總時(shí)間，DT為由于軟件故障使系統(tǒng)不工作的時(shí)間，則定義華為可靠性基礎(chǔ)式中：BDT

——平均工作時(shí)間(h)；TDT

——平均不工作時(shí)間(h)。一般情況下，生產(chǎn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要求A≥99.8%；銀行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要求A≥99.9%。華為可靠性基礎(chǔ)④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。⑤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。華為可靠性基礎(chǔ)⑥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。華為可靠性基礎(chǔ)軟件可靠性模型

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(lèi)：①?gòu)挠布煽啃岳碚搶?dǎo)出的模型；②根據(jù)程序內(nèi)部特性得到的模型；③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。華為可靠性基礎(chǔ)第一種可靠性模型所做的假設(shè)是：①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；②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；③產(chǎn)生錯(cuò)誤的速率是個(gè)常數(shù)。華為可靠性基礎(chǔ)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②個(gè)假設(shè)將不成立。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。華為可靠性基礎(chǔ)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：①使用過(guò)該軟件的總用戶(hù)數(shù)X；②當(dāng)前用戶(hù)人數(shù)Y；③當(dāng)前用戶(hù)中有過(guò)出錯(cuò)歷史的用戶(hù)數(shù)Z。華為可靠性基礎(chǔ)X、Y、Z為隨機(jī)變量。這樣軟件出錯(cuò)率可表示為其中：式中：η——操作符個(gè)數(shù)；η2

——操作對(duì)象個(gè)數(shù)；

N2——操作對(duì)象使用次數(shù)；

B3——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。華為可靠性基礎(chǔ)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Nt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)。華為可靠性基礎(chǔ)數(shù)一數(shù)不帶標(biāo)記的鰱魚(yú)有n尾，帶標(biāo)記的有nt

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為華為可靠性基礎(chǔ)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)。華為可靠性基礎(chǔ)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(lài)于測(cè)試技術(shù)。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。華為可靠性基礎(chǔ)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。華為可靠性基礎(chǔ)提高軟件可靠性的途徑

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)：華為可