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解密工程設(shè)計(jì)的"六性"：大開(kāi)眼界！
所屬地區(qū)：北京 - 北京 發(fā)布日期：2025-07-07發(fā)布地址: 北京
在科技產(chǎn)品深度融入生活的今天，或許我們都經(jīng)歷過(guò)類(lèi)似困擾：新買(mǎi)的智能手機(jī)使用一段時(shí)間后頻繁死機(jī)，維修時(shí)卻發(fā)現(xiàn)需拆解整個(gè)手機(jī)才能更換電池；家用汽車(chē)在高溫下儀表盤(pán)突然報(bào)警，卻找不到故障原因，只能返廠檢修；醫(yī)療呼吸機(jī)在停電時(shí)無(wú)法自動(dòng)切換備用電源，危及患者生命……這些都指向了一個(gè)核心問(wèn)題——在工程設(shè)計(jì)中，產(chǎn)品是否全面考慮了“可靠性、維修性、保障性、測(cè)試性、安全性和環(huán)境適應(yīng)性”。這“六性”就像產(chǎn)品的健康指標(biāo)，決定了它能否在真實(shí)環(huán)境中長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?
可靠性：確保產(chǎn)品穩(wěn)定運(yùn)行
可靠性（Reliability）是指產(chǎn)品在規(guī)定條件下、規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。其中，規(guī)定條件包含使用環(huán)境、操作方式、負(fù)載等多方面因素，規(guī)定時(shí)間明確了產(chǎn)品有效工作的時(shí)長(zhǎng)范圍，規(guī)定功能是產(chǎn)品設(shè)計(jì)之初賦予的核心使命，比如手機(jī)的通信、拍照、數(shù)據(jù)處理功能，汽車(chē)的運(yùn)輸載人功能等。簡(jiǎn)單理解，可靠性就是產(chǎn)品能使用多久不出故障。
↓什么是可靠性？（參考視頻）↓
衡量可靠性的指標(biāo)眾多，平均故障間隔時(shí)間（MTBF）是常用指標(biāo)之一，它通過(guò)計(jì)算設(shè)備在兩次故障之間的平均工作時(shí)間，反映設(shè)備的可靠性水平，MTBF值越高，設(shè)備可靠性越強(qiáng)；可靠度（R(t)）是指產(chǎn)品在規(guī)定條件和時(shí)間內(nèi)，無(wú)故障地完成規(guī)定功能的概率；失效率（λ）則是指工作到某時(shí)刻尚未失效的產(chǎn)品，在該時(shí)刻后單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生失效的概率。
常見(jiàn)的可靠性衡量指標(biāo)
在工程設(shè)計(jì)中，工程師們研發(fā)出多種可靠性設(shè)計(jì)方法，包括冗余設(shè)計(jì)、降額設(shè)計(jì)、容錯(cuò)設(shè)計(jì)、簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、熱設(shè)計(jì)等，旨在提升產(chǎn)品或系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行能力。
?? 冗余設(shè)計(jì)：通過(guò)增加額外的功能相同組件來(lái)提高系統(tǒng)可靠性的方法。當(dāng)主用組件發(fā)生故障時(shí)，備用組件能夠立即接替工作，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。例如，在航空航天領(lǐng)域，飛機(jī)的飛控系統(tǒng)通常采用三余度或四余度設(shè)計(jì)，即配備三個(gè)或四個(gè)相同的飛控計(jì)算機(jī)，當(dāng)其中一個(gè)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，其他正常工作的計(jì)算機(jī)可以繼續(xù)控制飛機(jī)飛行，確保飛行安全。
↓冗余設(shè)計(jì)（參考視頻）↓
???降額設(shè)計(jì)：讓元器件或設(shè)備在低于其額定參數(shù)的條件下工作，從而降低其失效率，提高產(chǎn)品的可靠性。以電子電路中的電阻器為例，若其額定功率為 1 瓦，在設(shè)計(jì)電路時(shí)，讓它在 0.5?瓦甚至更低的功率下工作，就能有效降低電阻器發(fā)熱和老化速度，提高其可靠性。汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)，也會(huì)通過(guò)降低壓縮比、限制最大功率輸出等方式進(jìn)行降額設(shè)計(jì)，使發(fā)動(dòng)機(jī)在各種工況下都能穩(wěn)定運(yùn)行，減少故障發(fā)生概率。
常用元器件的降額參數(shù)
???容錯(cuò)設(shè)計(jì)：通過(guò)系統(tǒng)性架構(gòu)和算法，使產(chǎn)品在發(fā)生故障時(shí)仍能維持規(guī)定性能或降級(jí)運(yùn)行的能力。其核心在于主動(dòng)檢測(cè)、隔離故障，并通過(guò)冗余或替代機(jī)制恢復(fù)功能，而非單純依賴事后修正。例如，在分布式計(jì)算系統(tǒng)中，部分節(jié)點(diǎn)故障時(shí)，容錯(cuò)設(shè)計(jì)能讓其他節(jié)點(diǎn)自動(dòng)接管故障節(jié)點(diǎn)的任務(wù)，維持整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。再如，航電系統(tǒng)綜合核心處理機(jī)的電源容錯(cuò)設(shè)計(jì)采用了雙電源模塊并聯(lián)供電及1+1余度設(shè)計(jì)，同時(shí)具備智能管理與故障隔離能力，能及時(shí)關(guān)閉異常接口，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。
???簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)：在滿足產(chǎn)品功能的前提下，盡量減少零部件的數(shù)量和復(fù)雜度，降低故障發(fā)生的可能性。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，去除冗余功能和復(fù)雜的連接，使用標(biāo)準(zhǔn)化、通用化的零部件，既方便生產(chǎn)制造，也便于后期維護(hù)和更換。例如，猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)是航天發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)的郵箱范例，通過(guò)內(nèi)化管路、集成冷卻系統(tǒng)等，大幅減少零部件數(shù)量與復(fù)雜結(jié)構(gòu)，如取消熱防護(hù)罩及滅火系統(tǒng)，降低故障風(fēng)險(xiǎn)，提升可靠性與生產(chǎn)效率。
↓猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)化之路（參考視頻）↓
???熱設(shè)計(jì)：由于熱量是影響電子設(shè)備可靠性的重要因素，過(guò)高的溫度會(huì)加速電子元件的老化和失效。熱設(shè)計(jì)就是通過(guò)合理的散熱結(jié)構(gòu)和散熱方式，將設(shè)備產(chǎn)生的熱量及時(shí)散發(fā)出去，保證設(shè)備在適宜的溫度范圍內(nèi)工作。例如，在筆記本電腦中，通常會(huì)配備散熱風(fēng)扇和導(dǎo)熱銅管，風(fēng)扇加速空氣流動(dòng)，導(dǎo)熱銅管將CPU和GPU等發(fā)熱大戶產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)到散熱片上，再通過(guò)風(fēng)扇將熱量散發(fā)到外界。在大型通信基站中，會(huì)采用液冷散熱技術(shù)，利用冷卻液循環(huán)帶走設(shè)備熱量，確?；緝?nèi)的電子設(shè)備在高溫環(huán)境下也能可靠運(yùn)行。
某浸沒(méi)液冷服務(wù)器的熱仿真設(shè)計(jì)圖（來(lái)源：云道智造）
維修性：保障產(chǎn)品快速修復(fù)
維修性（Maintainability）是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，按規(guī)定的程序和方法進(jìn)行維修時(shí)，保持或恢復(fù)其規(guī)定功能的能力。“規(guī)定條件”、“規(guī)定時(shí)間”、“規(guī)定程序和方法”是維修性定義中的關(guān)鍵要素。其中，規(guī)定條件指維修的機(jī)構(gòu)和場(chǎng)所，以及相應(yīng)的人員與設(shè)備、設(shè)施、工具、備件、技術(shù)資料等資源。規(guī)定時(shí)間指對(duì)直接完成維修工作需用時(shí)間所規(guī)定的限度，是衡量產(chǎn)品維修性好壞的主要度量尺度。規(guī)定程序和方法指按技術(shù)文件規(guī)定的工作類(lèi)型、步驟、方法。
維修性的指標(biāo)用于衡量產(chǎn)品維修的難易程度和效率，常見(jiàn)的指標(biāo)包括平均修復(fù)時(shí)間（MTTR）、修復(fù)率（μ）、維修停機(jī)時(shí)間、維修度（M (t)）、首次故障前平均時(shí)間（MTTFF）、維修成本。
常見(jiàn)的維修性衡量指標(biāo)
維修性基于科學(xué)的設(shè)計(jì)和規(guī)劃，在各個(gè)行業(yè)中發(fā)揮著重要作用，保障了工程系統(tǒng)在出現(xiàn)故障后能迅速恢復(fù)正常運(yùn)行，減少停機(jī)時(shí)間和經(jīng)濟(jì)損失。例如，在航空領(lǐng)域，飛機(jī)的外場(chǎng)可更換單元（LRU）設(shè)計(jì)充分體現(xiàn)了維修性理念。LRU 將飛機(jī)上復(fù)雜的系統(tǒng)劃分成一個(gè)個(gè)相對(duì)獨(dú)立的模塊，如航空電子設(shè)備中的通信模塊、導(dǎo)航模塊等。一旦某個(gè)模塊出現(xiàn)故障，地勤人員可以快速拆卸并更換新的模塊，無(wú)需深入排查內(nèi)部復(fù)雜線路和零件，極大提高了維修效率。此外，飛機(jī)的維修通道設(shè)計(jì)也考慮了可達(dá)性，在機(jī)身結(jié)構(gòu)上設(shè)置了專(zhuān)門(mén)的檢修口和維護(hù)平臺(tái)，方便維修人員對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、起落架等關(guān)鍵部位進(jìn)行檢查和維護(hù)。
↓發(fā)動(dòng)機(jī)LPT單元體的分解（參考視頻）↓? ??在汽車(chē)行業(yè)，模塊化設(shè)計(jì)是提升維修性的典型方式。如今許多汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)、車(chē)載娛樂(lè)系統(tǒng)等都采用模塊化結(jié)構(gòu)。比如新能源汽車(chē)的動(dòng)力電池組，由多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化電池模塊組成，當(dāng)某個(gè)模塊出現(xiàn)故障時(shí)，維修人員無(wú)需對(duì)整個(gè)電池組進(jìn)行復(fù)雜的拆解和維修，僅需更換故障模塊即可，大大縮短了維修時(shí)間，降低了維修成本。同時(shí)，汽車(chē)零部件的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，使得不同車(chē)型之間的部分零件可以通用，在維修時(shí)更容易找到合適的替換件。
汽車(chē)的模塊化設(shè)計(jì)（來(lái)源：達(dá)索系統(tǒng)百世慧）
在消費(fèi)電子領(lǐng)域，智能手機(jī)的設(shè)計(jì)也越來(lái)越注重維修性。部分手機(jī)廠商采用了可快速拆卸的后蓋和模塊化的內(nèi)部組件布局，用戶或維修人員可以輕松打開(kāi)手機(jī)，更換損壞的電池、屏幕等部件。例如，某品牌手機(jī)的屏幕采用磁吸式連接，更換時(shí)只需輕輕揭開(kāi)舊屏幕，吸附上新屏幕即可，無(wú)需復(fù)雜的工具和專(zhuān)業(yè)技能，有效降低了維修門(mén)檻和維修時(shí)間。
↓谷歌曾推出的基于模塊化設(shè)計(jì)的手機(jī)（參考視頻）↓
保障性：確保產(chǎn)品持續(xù)運(yùn)行
保障性（Supportability）是指系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特性和計(jì)劃的保障資源能滿足使用要求的能力。保障性是裝備系統(tǒng)的固有屬性，包括兩方面含義，與裝備保障有關(guān)的設(shè)計(jì)特性和保障資源的充足與適用程度。設(shè)計(jì)特性是指與保障有關(guān)的設(shè)計(jì)特性，如與可靠性和維修性等有關(guān)的，以及保障資源要求裝備所具有的設(shè)計(jì)特性，這些設(shè)計(jì)特性可以通過(guò)設(shè)計(jì)直接影響裝備的硬件和軟件，使設(shè)計(jì)的裝備便于操作、檢測(cè)、維修、裝卸、運(yùn)輸、消耗品補(bǔ)給等。
保障性衡量指標(biāo)用于評(píng)估產(chǎn)品或系統(tǒng)在全壽命周期內(nèi)獲得保障資源以維持規(guī)定功能的能力，常見(jiàn)的指標(biāo)包括保障設(shè)備完好率、保障任務(wù)完成率、保障資源配置率等。此外，由于維修性直接影響裝備或系統(tǒng)獲取保障資源的效率與效果，與保障性高度關(guān)聯(lián)，因此維修性指標(biāo)常被納入保障性衡量體系。為避免內(nèi)容重復(fù)，相關(guān)維修性指標(biāo)已在維修性章節(jié)中詳細(xì)闡述，此處不再贅述。
常見(jiàn)的保障性衡量指標(biāo)
保障性在眾多工程設(shè)計(jì)行業(yè)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，直接關(guān)系到系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行與全生命周期成本。在航空航天領(lǐng)域，以首都航天機(jī)械有限公司四車(chē)間為例，其設(shè)備種類(lèi)多、老舊非標(biāo)設(shè)備占比大，在高強(qiáng)度運(yùn)轉(zhuǎn)下故障頻發(fā)，人員能力與動(dòng)力不足、數(shù)據(jù)管理缺失、制度與現(xiàn)場(chǎng)管理缺陷等問(wèn)題突出，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。該企業(yè)從保障性角度出發(fā)，以TPM自主保全為目標(biāo)，依 “一會(huì)二標(biāo)一板一庫(kù)二機(jī)制” 的PDCA循環(huán)思路，完善人員培訓(xùn)、信息管理、維修保障等設(shè)計(jì)，構(gòu)建快速保障管理機(jī)制。實(shí)施后，設(shè)備故障維修響應(yīng)時(shí)間大幅縮短，故障數(shù)減少，利用率和產(chǎn)品質(zhì)量提升，還建立了立體化培訓(xùn)與自主管理機(jī)制，為后續(xù)持續(xù)優(yōu)化設(shè)備保障體系提供支撐。
↓航空維修保障體系建模與仿真評(píng)估案例（參考視頻）↓
在武器裝備領(lǐng)域，傳統(tǒng)武器裝備保障存在特性設(shè)計(jì)不協(xié)同、試驗(yàn)鑒定不充分等問(wèn)題。數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)的武器裝備智能保障技術(shù)，以數(shù)字化構(gòu)建虛擬模型，實(shí)現(xiàn)保障體系全要素的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、分析與決策。它通過(guò)虛實(shí)交互、效能評(píng)估等模式，應(yīng)用于裝備保障性設(shè)計(jì)、試驗(yàn)鑒定、運(yùn)維保障、虛擬訓(xùn)練和保障任務(wù)規(guī)劃推演等方面。如在設(shè)計(jì)中協(xié)同保障特性、并行設(shè)計(jì)與驗(yàn)證；試驗(yàn)鑒定形成設(shè)計(jì)閉環(huán)；運(yùn)維保障提升裝備反應(yīng)能力；虛擬訓(xùn)練解決傳統(tǒng)難題；保障任務(wù)規(guī)劃與推演完成戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知、任務(wù)規(guī)劃與推演。
測(cè)試性：及時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品故障
測(cè)試性（Testability）是產(chǎn)品能及時(shí)、準(zhǔn)確地確定其狀態(tài)（可工作、不可工作或性能下降）并隔離其內(nèi)部故障的一種特性。測(cè)試性工作的目標(biāo)是確保系統(tǒng)和設(shè)備達(dá)到規(guī)定的測(cè)試性要求，以提高系統(tǒng)和設(shè)備的戰(zhàn)備完好性和任務(wù)成功性、減少對(duì)維修人力和其他資源的要求，降低壽命周期費(fèi)用，并為管理提供必要的信息。
測(cè)試性的目標(biāo)通常有兩個(gè)：確定產(chǎn)品的運(yùn)行狀態(tài)；二是判斷故障隔離能力。測(cè)試性設(shè)計(jì)考慮因素：涵蓋硬件和軟件方面。硬件上，合理布局電路和選用合適元器件，便于測(cè)試信號(hào)的接入和傳輸；軟件上，設(shè)計(jì)診斷程序和算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)功能和狀態(tài)的監(jiān)測(cè)與分析。常見(jiàn)的測(cè)試性指標(biāo)包括故障檢測(cè)率、故障隔離率、虛警率、測(cè)試時(shí)間、測(cè)試覆蓋率等。
常見(jiàn)的測(cè)試性衡量指標(biāo)
在工程設(shè)計(jì)中，常見(jiàn)的測(cè)試性技術(shù)主要包括固有測(cè)試性，機(jī)內(nèi)測(cè)試，外部自動(dòng)測(cè)試，人工測(cè)試，綜合診斷和健康等管理技術(shù)。
測(cè)試性技術(shù)組成
?? 固有測(cè)試性：固有測(cè)試性是產(chǎn)品的一種固有屬性，它取決于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和構(gòu)造，反映了產(chǎn)品本身便于進(jìn)行測(cè)試的能力。例如，在電路設(shè)計(jì)中采用標(biāo)準(zhǔn)化的接口和模塊化設(shè)計(jì)，使得各個(gè)模塊能夠獨(dú)立進(jìn)行測(cè)試，減少了測(cè)試的復(fù)雜性；在軟件設(shè)計(jì)中使用清晰的結(jié)構(gòu)和注釋?zhuān)奖銣y(cè)試人員理解代碼邏輯，從而更高效地進(jìn)行測(cè)試。
???機(jī)內(nèi)測(cè)試（BIT）：是指系統(tǒng)或設(shè)備內(nèi)部設(shè)置的自動(dòng)測(cè)試功能。它可以在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)自身的工作狀態(tài)，快速檢測(cè)和隔離故障。例如，現(xiàn)代飛機(jī)的航空電子系統(tǒng)中，機(jī)內(nèi)測(cè)試功能能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)各個(gè)傳感器、計(jì)算機(jī)等部件的工作參數(shù)，一旦發(fā)現(xiàn)異常，會(huì)立即發(fā)出警報(bào)并指示可能的故障位置，大大提高了系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性。
機(jī)載顯控設(shè)備CPU模塊BIT檢測(cè)流程
???外部自動(dòng)測(cè)試（ATE）：是利用外部的測(cè)試設(shè)備對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試的技術(shù)。這些測(cè)試設(shè)備可以模擬各種輸入信號(hào)，測(cè)量產(chǎn)品的輸出響應(yīng)，從而判斷產(chǎn)品是否正常工作。例如，在集成電路測(cè)試中，使用自動(dòng)測(cè)試設(shè)備可以對(duì)芯片的各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行全面測(cè)試，包括電氣特性、功能完整性等。ATE能夠快速、準(zhǔn)確地完成大量測(cè)試任務(wù)，提高測(cè)試效率和質(zhì)量。
↓常見(jiàn)的ATE設(shè)備（參考視頻）↓
???人工測(cè)試：指由測(cè)試人員通過(guò)手動(dòng)操作測(cè)試設(shè)備或直接觀察產(chǎn)品的工作狀態(tài)來(lái)進(jìn)行測(cè)試的方法。雖然自動(dòng)化測(cè)試技術(shù)越來(lái)越普及，但人工測(cè)試仍具有不可替代的作用。例如，在一些復(fù)雜的系統(tǒng)中，人工測(cè)試可以對(duì)系統(tǒng)的功能和性能進(jìn)行全面、細(xì)致的檢查，發(fā)現(xiàn)一些自動(dòng)化測(cè)試難以發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題；在產(chǎn)品的研發(fā)初期，人工測(cè)試可以幫助測(cè)試人員更好地理解產(chǎn)品的功能和需求，為后續(xù)的自動(dòng)化測(cè)試提供基礎(chǔ)。
某顯控設(shè)備人工檢測(cè)流程
???綜合診斷：綜合診斷技術(shù)是將多種診斷方法和手段相結(jié)合，以提高故障診斷的準(zhǔn)確性和效率。它綜合運(yùn)用了基于模型的診斷、基于知識(shí)的診斷、基于數(shù)據(jù)的診斷等多種方法，對(duì)產(chǎn)品的故障進(jìn)行全面、深入的分析。例如，在大型機(jī)械設(shè)備中，綜合診斷技術(shù)可以結(jié)合振動(dòng)監(jiān)測(cè)、溫度監(jiān)測(cè)、油液分析等多種監(jiān)測(cè)手段，利用專(zhuān)家系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析算法，對(duì)設(shè)備的故障進(jìn)行準(zhǔn)確診斷和預(yù)測(cè)，及時(shí)采取維修措施，避免設(shè)備故障的擴(kuò)大化。
???健康管理技術(shù)：是對(duì)產(chǎn)品的健康狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、評(píng)估和預(yù)測(cè)的技術(shù)。它通過(guò)對(duì)產(chǎn)品運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，評(píng)估產(chǎn)品的健康狀況，預(yù)測(cè)產(chǎn)品可能出現(xiàn)的故障，并提前采取維護(hù)措施。例如，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理中，通過(guò)安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上的各種傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度、壓力、振動(dòng)等參數(shù)，利用數(shù)據(jù)分析算法對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的健康狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估和預(yù)測(cè)，為發(fā)動(dòng)機(jī)的維護(hù)決策提供依據(jù)，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性和使用壽命。
↓使用人工智能進(jìn)行設(shè)備檢查和監(jiān)控（參考視頻）↓
安全性：筑牢產(chǎn)品的生命線
安全性（Safety）是指產(chǎn)品在制造、使用、儲(chǔ)存和運(yùn)輸過(guò)程中，不發(fā)生導(dǎo)致人員傷亡、設(shè)備損壞或環(huán)境破壞等事故的能力。安全性實(shí)質(zhì)上是一種風(fēng)險(xiǎn)控制能力，強(qiáng)調(diào)通過(guò)設(shè)計(jì)、冗余、防護(hù)等措施，將事故發(fā)生的概率和后果降低到可接受范圍。對(duì)于汽車(chē)、軌道交通、飛機(jī)、核電站等行業(yè)，一旦產(chǎn)品失效可能會(huì)導(dǎo)致重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，因此這些行業(yè)對(duì)安全性的要求極高。
安全性的衡量指標(biāo)兼具定量精確性（如失效概率數(shù)值）和定性系統(tǒng)性（如安全等級(jí)認(rèn)證），核心是通過(guò) “風(fēng)險(xiǎn)量化-措施設(shè)計(jì)-驗(yàn)證達(dá)標(biāo)” 的邏輯，確保高風(fēng)險(xiǎn)行業(yè)的失效后果可控。例如，汽車(chē)行業(yè)的ASIL D、核電行業(yè)的SIL 4等指標(biāo)，均是該行業(yè)安全性的硬門(mén)檻，直接決定產(chǎn)品能否上市或運(yùn)行。
常見(jiàn)的安全性衡量指標(biāo)
以汽車(chē)行業(yè)為例，安全性一直是消費(fèi)者關(guān)注的核心重點(diǎn)。例如，長(zhǎng)城汽車(chē)在車(chē)身設(shè)計(jì)上大量運(yùn)用高強(qiáng)度鋼材，部分車(chē)型高強(qiáng)度鋼占比達(dá)82%，關(guān)鍵受力部位抗拉強(qiáng)度超2000MPa，如一體化籠式車(chē)身、合理傳力通道及部件連接設(shè)計(jì)，可有效分散碰撞力，保障駕駛艙剛度。其主動(dòng)安全配置豐富，有自適應(yīng)巡航、車(chē)道偏離預(yù)警等，還采用5毫米波雷達(dá)+12超聲波雷達(dá)+8攝像頭異構(gòu)方案，實(shí)現(xiàn)360°無(wú)死角監(jiān)測(cè)。此外，在研發(fā)測(cè)試階段，長(zhǎng)城汽車(chē)構(gòu)建貫穿全周期的安全體系，投資5億建成亞洲最大獨(dú)立安全試驗(yàn)室，滿足全球最高安全評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，還在極端環(huán)境進(jìn)行測(cè)試?，為汽車(chē)安全設(shè)計(jì)提供支撐。
↓高山車(chē)型60km/h側(cè)撞試驗(yàn)（參考視頻）↓
在核電行業(yè)，核安全是核事業(yè)發(fā)展的生命線。技術(shù)層面，核電站廣泛應(yīng)用先進(jìn)的三代核電技術(shù)，以 “華龍一號(hào)” 為例，其安全系統(tǒng)融合能動(dòng)與非能動(dòng)技術(shù)，可有效應(yīng)對(duì)全廠斷電等極端工況，經(jīng)測(cè)算，堆芯熔毀概率被控制在一百萬(wàn)堆年以下。設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)嚴(yán)格遵循縱深防御原則，設(shè)置五道安全屏障，并通過(guò)壓力測(cè)試、抗震模擬等方式驗(yàn)證系統(tǒng)可靠性。管理方面，嚴(yán)格對(duì)標(biāo)國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）安全標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)施核安全許可證制度，要求運(yùn)營(yíng)單位每 18?個(gè)月開(kāi)展應(yīng)急演練。此外，全國(guó)統(tǒng)一的核安全監(jiān)管體系由國(guó)家核安全局主導(dǎo)，對(duì)核電站設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行全流程進(jìn)行監(jiān)督管理，確保核電項(xiàng)目安全可控。
在航空行業(yè)，飛機(jī)的安全性是決定飛機(jī)效能和壽命周期費(fèi)用的重要因素。以民用飛機(jī)機(jī)載系統(tǒng)為例，其安全性通過(guò)多層次技術(shù)體系和嚴(yán)格流程保障。設(shè)計(jì)階段依據(jù) ARP4754A標(biāo)準(zhǔn)，采用功能危害分析（FHA）和系統(tǒng)安全評(píng)估（SSA）方法，將失效條件按嚴(yán)重程度分級(jí)，并匹配概率要求。架構(gòu)設(shè)計(jì)采用多重冗余技術(shù)，如電傳操縱系統(tǒng)常配置三重或四重獨(dú)立通道，液壓、電氣系統(tǒng)也設(shè)置備份回路，同時(shí)通過(guò)非相似冗余降低共因故障風(fēng)險(xiǎn)。制造過(guò)程遵循嚴(yán)格的過(guò)程控制，包括需求確認(rèn)、構(gòu)型管理和審定流程，確保設(shè)計(jì)與適航標(biāo)準(zhǔn)完全一致。驗(yàn)證環(huán)節(jié)采用 V 模型，覆蓋飛機(jī)級(jí)、系統(tǒng)級(jí)、設(shè)備級(jí)的多層次測(cè)試，包括模擬極端環(huán)境、故障注入和壓力測(cè)試，確保系統(tǒng)在復(fù)雜場(chǎng)景下的可靠性。此外，機(jī)載系統(tǒng)還集成實(shí)時(shí)監(jiān)控與告警機(jī)制，結(jié)合飛行員訓(xùn)練和應(yīng)急程序，形成人機(jī)協(xié)同的安全閉環(huán)。
SAE ARP4754A中的V模型
環(huán)境適應(yīng)性應(yīng)對(duì)產(chǎn)品復(fù)雜環(huán)境挑戰(zhàn)
在工程設(shè)計(jì)中，環(huán)境適應(yīng)性的衡量指標(biāo)通常圍繞產(chǎn)品或系統(tǒng)在目標(biāo)環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行的能力，涵蓋氣候、機(jī)械、化學(xué)、電磁等多維度環(huán)境因素。常見(jiàn)的衡量指標(biāo)及具體說(shuō)明見(jiàn)下表。
常見(jiàn)的環(huán)境適應(yīng)性衡量指標(biāo)
當(dāng)前工程設(shè)計(jì)中環(huán)境適應(yīng)性發(fā)展呈現(xiàn) “軍用體系成熟、民用快速推進(jìn)、技術(shù)融合創(chuàng)新” 的特點(diǎn)。在標(biāo)準(zhǔn)體系層面，以GJB 4239《裝備環(huán)境工程通用要求》為核心的軍用環(huán)境工程規(guī)范已形成完整框架，明確將環(huán)境適應(yīng)性作為產(chǎn)品質(zhì)量特性，覆蓋裝備全壽命周期管理，并通過(guò)環(huán)境分析、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)等流程確保實(shí)施。其他行業(yè)借鑒此方法，通過(guò)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)推進(jìn)規(guī)范化，推動(dòng)產(chǎn)品性能的進(jìn)一步提升。
在軍用電子設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)中，針對(duì)氣候、力學(xué)、電磁等惡劣環(huán)境，設(shè)計(jì)貫穿研制全程。熱設(shè)計(jì)方面，通過(guò)填加導(dǎo)熱介質(zhì)、優(yōu)化冷板材質(zhì)與結(jié)構(gòu)、合理選擇機(jī)箱散熱方式，提升散熱效率；抗振動(dòng)沖擊設(shè)計(jì)從剛性設(shè)計(jì)和減振設(shè)計(jì)入手，增強(qiáng)抗振能力；電磁兼容設(shè)計(jì)涵蓋屏蔽、濾波、接地，如采用蜂窩波導(dǎo)、導(dǎo)電膠條、合理安裝濾波器等。通過(guò)仿真分析與試驗(yàn)驗(yàn)證，確保設(shè)計(jì)有效性。
軍用電子設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)流程
在艦船風(fēng)浪環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)案例中，針對(duì)艦船在復(fù)雜海洋環(huán)境下的適應(yīng)性問(wèn)題，通過(guò)分析艦船在風(fēng)浪中的受力情況和運(yùn)動(dòng)特性，建立了風(fēng)浪環(huán)境適應(yīng)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。設(shè)計(jì)中，重點(diǎn)考慮了增加水線面系數(shù)、調(diào)整浮心位置和優(yōu)化線型等措施，以提升艦船的穩(wěn)性和耐波性。該案例將環(huán)境仿真技術(shù)用于預(yù)測(cè)和評(píng)估設(shè)計(jì)方案的有效性，將模型試驗(yàn)用于驗(yàn)證仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性和設(shè)計(jì)的可行性。
↓洶涌海面上的船舶模擬（參考視頻）↓
筆者認(rèn)為，工程設(shè)計(jì)的“六性”緊密關(guān)聯(lián)、相輔相成，共同構(gòu)成產(chǎn)品全生命周期的質(zhì)量根基。其中，可靠性是基礎(chǔ)，確保設(shè)備在規(guī)定條件和時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能，為其他“五性”提供穩(wěn)定的運(yùn)行保障。維修性與可靠性形成互補(bǔ)閉環(huán)，高可靠性可減少維修需求，良好的維修性又能提升可靠性。保障性則是資源樞紐，通過(guò)精準(zhǔn)配置人力、物資與技術(shù)支持，為可靠性與維修性的落地提供支撐。測(cè)試性如同“健康檢測(cè)儀”，加速維修響應(yīng)，同時(shí)提前消除潛在隱患，進(jìn)一步鞏固可靠性。安全性貫穿始終，是工程設(shè)計(jì)的底線，保障人員、設(shè)備和環(huán)境安全，其他“五性”的實(shí)現(xiàn)都需以安全為前提。環(huán)境適應(yīng)性賦予設(shè)備應(yīng)變能力，使其能在復(fù)雜工況與極端環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，“六性”應(yīng)當(dāng)全面統(tǒng)籌、相互協(xié)調(diào)、相互促進(jìn)，才能實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)在功能、成本、壽命與風(fēng)險(xiǎn)間的最優(yōu)解，最終達(dá)成“安全可靠、長(zhǎng)周期服役、全域適應(yīng)”的工程目標(biāo)。
需要指出的是，企業(yè)可借助多種軟件實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)的“六性”目標(biāo)。
? 在可靠性分析方面，國(guó)際上可選用英國(guó)的Isograph軟件，其以產(chǎn)品故障為中心，利用概率和數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論，集成多種功能，為可靠性提供綜合解決方案；美國(guó)的ReliaSoft軟件也是可靠性分析的佼佼者，它提供了包括Weibull分析、加速壽命測(cè)試分析等在內(nèi)的多種功能，廣泛應(yīng)用于不同行業(yè)的可靠性設(shè)計(jì)和分析。在國(guó)內(nèi)，廣五所的CARMES軟件能進(jìn)行故障模式模擬與量化評(píng)估，滿足多行業(yè)可靠性工程應(yīng)用需求。
??在維修性設(shè)計(jì)方面，國(guó)際上可利用達(dá)索系統(tǒng)的DELMIA軟件，模擬設(shè)備的維修過(guò)程，對(duì)維修空間、維修工具可達(dá)性等進(jìn)行評(píng)估。西門(mén)子的JACK軟件可評(píng)估維修姿勢(shì)舒適度并預(yù)測(cè)平均修復(fù)時(shí)間，適用于復(fù)雜裝備的維修性優(yōu)化。在國(guó)內(nèi)，一些企業(yè)也在開(kāi)發(fā)適用于本土復(fù)雜工況的維修性分析工具，如樹(shù)根互聯(lián)的根云-設(shè)備數(shù)字運(yùn)維系統(tǒng)（EDM）基于根云平臺(tái)的IoT數(shù)據(jù)及報(bào)警數(shù)據(jù)，通過(guò)手機(jī)APP進(jìn)行維護(hù)作業(yè)，通過(guò)大數(shù)據(jù)的收集進(jìn)行設(shè)備健康庫(kù)的評(píng)估，并進(jìn)行預(yù)防性的維修保養(yǎng)。
??在保障性管理方面，國(guó)際上可依托SAP?ERP等軟件構(gòu)建全球化資源調(diào)度體系，其S/4HANA維護(hù)模塊支持人力、物資的全流程數(shù)字化管理，滿足ISO 41001資產(chǎn)管理標(biāo)準(zhǔn)。在國(guó)內(nèi)，瑞風(fēng)協(xié)同形成專(zhuān)業(yè)保障工具鏈，其中WILSIMU裝備保障仿真系統(tǒng)符合GJB 3872標(biāo)準(zhǔn)，支持裝備保障要素的可視化建模與仿真推演，已應(yīng)用于航天火箭發(fā)射保障、陸軍裝甲集群運(yùn)維等場(chǎng)景；ISEMS在役裝備運(yùn)維保障系統(tǒng)集成IoT數(shù)據(jù)，支撐預(yù)測(cè)性維護(hù)策略制定，助力軍工裝備實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)保障。
??在測(cè)試性方面，國(guó)際上，美國(guó)DSI的eXpress通過(guò)層次化建模支持航空電子系統(tǒng)的測(cè)試性設(shè)計(jì)，QSI的TEAMS提供全生命周期故障診斷，澳大利亞MADe側(cè)重機(jī)械系統(tǒng)的預(yù)測(cè)性健康管理，瑞典RODON擅長(zhǎng)動(dòng)態(tài)故障樹(shù)分析。在國(guó)內(nèi)，中國(guó)航空工業(yè)綜合所RAMIDS.Teslab支持航空裝備的多信號(hào)流測(cè)試性建模；經(jīng)緯恒潤(rùn)研發(fā)的TVM軟件面向智能駕駛領(lǐng)域，支持將待測(cè)算法無(wú)縫集成，并同步接入整整車(chē)模型、場(chǎng)景模型、感知模型，實(shí)現(xiàn)算法在虛擬環(huán)境中的閉環(huán)功能測(cè)試。
??在安全性分析，國(guó)際上，汽車(chē)、軌道交通領(lǐng)域可采用Medini Analyze軟件生成FTA和FMEDA報(bào)告，滿足ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)；在化工行業(yè)，Sphera公司的PHA-Pro軟件基于自定義風(fēng)險(xiǎn)分析方法，幫助企業(yè)配置符合自身特點(diǎn)的模板；Exida公司的exSILentia軟件遵循IEC 61508/61511標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)置馬爾可夫模型與儀表數(shù)據(jù)庫(kù)。在國(guó)內(nèi)，上海歌略研發(fā)的RiskCloud軟件，可配置企業(yè)專(zhuān)屬風(fēng)險(xiǎn)分析方法，適用于化工、制藥等行業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)分析。
??在環(huán)境適應(yīng)性評(píng)估方面，國(guó)際上，Ansys、西門(mén)子、達(dá)索系統(tǒng)等公司的仿真工具，覆蓋氣動(dòng)加熱、振動(dòng)、腐蝕等極端環(huán)境分析，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、航空航天領(lǐng)域。在國(guó)內(nèi)，一些企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)也在開(kāi)發(fā)適合本土環(huán)境的仿真工具，如安世亞太開(kāi)發(fā)的PERA SIM支持GJB150標(biāo)準(zhǔn)，提供包括靜強(qiáng)度試驗(yàn)、振動(dòng)模態(tài)試驗(yàn)、隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)、正弦振動(dòng)試驗(yàn)、離心加速度試驗(yàn)以及沖擊試驗(yàn)等的虛擬試驗(yàn)工況。中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心的空間環(huán)境效應(yīng)分析軟件包（SEEAP），可用于航天產(chǎn)品抗輻射設(shè)計(jì)、空間環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)和在軌故障診斷。
圖文來(lái)源：本文由e-works編輯部吳星星原創(chuàng)發(fā)布。
編輯：李麗審核：劉楊
工程設(shè)計(jì)并非簡(jiǎn)單的功能實(shí)現(xiàn)，而是要在復(fù)雜多變的現(xiàn)實(shí)世界中經(jīng)受考驗(yàn)：
01
可靠性確保產(chǎn)品經(jīng)久耐用，減少故障風(fēng)險(xiǎn)；
02維修性讓設(shè)備快速修復(fù)，降低停機(jī)損失；
03保障性優(yōu)化后勤支持，提升使用效率；
04測(cè)試性幫助提前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，避免災(zāi)難性故障；
05安全性守護(hù)用戶生命財(cái)產(chǎn)，規(guī)避重大風(fēng)險(xiǎn)；
06環(huán)境適應(yīng)性則讓產(chǎn)品在極端條件下依然可靠。
從手機(jī)、汽車(chē)到醫(yī)療設(shè)備，“六性”貫穿所有工程領(lǐng)域。忽視其中任何一環(huán)，都可能讓產(chǎn)品從創(chuàng)新標(biāo)桿變成召回典型。本文系統(tǒng)解析工程設(shè)計(jì)"六性"的核心要義，圍繞定義、衡量指標(biāo)、設(shè)計(jì)方法展開(kāi)剖析，并分享了航空航天、汽車(chē)、電子電器等行業(yè)的典型案例，為工程設(shè)計(jì)人員提供參考。可靠性（Reliability）是指產(chǎn)品在規(guī)定條件下、規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。其中，規(guī)定條件包含使用環(huán)境、操作方式、負(fù)載等多方面因素，規(guī)定時(shí)間明確了產(chǎn)品有效工作的時(shí)長(zhǎng)范圍，規(guī)定功能是產(chǎn)品設(shè)計(jì)之初賦予的核心使命，比如手機(jī)的通信、拍照、數(shù)據(jù)處理功能，汽車(chē)的運(yùn)輸載人功能等。簡(jiǎn)單理解，可靠性就是產(chǎn)品能使用多久不出故障。
↓什么是可靠性？（參考視頻）↓
衡量可靠性的指標(biāo)眾多，平均故障間隔時(shí)間（MTBF）是常用指標(biāo)之一，它通過(guò)計(jì)算設(shè)備在兩次故障之間的平均工作時(shí)間，反映設(shè)備的可靠性水平，MTBF值越高，設(shè)備可靠性越強(qiáng)；可靠度（R(t)）是指產(chǎn)品在規(guī)定條件和時(shí)間內(nèi)，無(wú)故障地完成規(guī)定功能的概率；失效率（λ）則是指工作到某時(shí)刻尚未失效的產(chǎn)品，在該時(shí)刻后單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生失效的概率。
常見(jiàn)的可靠性衡量指標(biāo)
在工程設(shè)計(jì)中，工程師們研發(fā)出多種可靠性設(shè)計(jì)方法，包括冗余設(shè)計(jì)、降額設(shè)計(jì)、容錯(cuò)設(shè)計(jì)、簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、熱設(shè)計(jì)等，旨在提升產(chǎn)品或系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行能力。
?? 冗余設(shè)計(jì)：通過(guò)增加額外的功能相同組件來(lái)提高系統(tǒng)可靠性的方法。當(dāng)主用組件發(fā)生故障時(shí)，備用組件能夠立即接替工作，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。例如，在航空航天領(lǐng)域，飛機(jī)的飛控系統(tǒng)通常采用三余度或四余度設(shè)計(jì)，即配備三個(gè)或四個(gè)相同的飛控計(jì)算機(jī)，當(dāng)其中一個(gè)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，其他正常工作的計(jì)算機(jī)可以繼續(xù)控制飛機(jī)飛行，確保飛行安全。
↓冗余設(shè)計(jì)（參考視頻）↓
???降額設(shè)計(jì)：讓元器件或設(shè)備在低于其額定參數(shù)的條件下工作，從而降低其失效率，提高產(chǎn)品的可靠性。以電子電路中的電阻器為例，若其額定功率為 1 瓦，在設(shè)計(jì)電路時(shí)，讓它在 0.5?瓦甚至更低的功率下工作，就能有效降低電阻器發(fā)熱和老化速度，提高其可靠性。汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)，也會(huì)通過(guò)降低壓縮比、限制最大功率輸出等方式進(jìn)行降額設(shè)計(jì)，使發(fā)動(dòng)機(jī)在各種工況下都能穩(wěn)定運(yùn)行，減少故障發(fā)生概率。
常用元器件的降額參數(shù)
???容錯(cuò)設(shè)計(jì)：通過(guò)系統(tǒng)性架構(gòu)和算法，使產(chǎn)品在發(fā)生故障時(shí)仍能維持規(guī)定性能或降級(jí)運(yùn)行的能力。其核心在于主動(dòng)檢測(cè)、隔離故障，并通過(guò)冗余或替代機(jī)制恢復(fù)功能，而非單純依賴事后修正。例如，在分布式計(jì)算系統(tǒng)中，部分節(jié)點(diǎn)故障時(shí)，容錯(cuò)設(shè)計(jì)能讓其他節(jié)點(diǎn)自動(dòng)接管故障節(jié)點(diǎn)的任務(wù)，維持整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。再如，航電系統(tǒng)綜合核心處理機(jī)的電源容錯(cuò)設(shè)計(jì)采用了雙電源模塊并聯(lián)供電及1+1余度設(shè)計(jì)，同時(shí)具備智能管理與故障隔離能力，能及時(shí)關(guān)閉異常接口，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。
???簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)：在滿足產(chǎn)品功能的前提下，盡量減少零部件的數(shù)量和復(fù)雜度，降低故障發(fā)生的可能性。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，去除冗余功能和復(fù)雜的連接，使用標(biāo)準(zhǔn)化、通用化的零部件，既方便生產(chǎn)制造，也便于后期維護(hù)和更換。例如，猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)是航天發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)的郵箱范例，通過(guò)內(nèi)化管路、集成冷卻系統(tǒng)等，大幅減少零部件數(shù)量與復(fù)雜結(jié)構(gòu)，如取消熱防護(hù)罩及滅火系統(tǒng)，降低故障風(fēng)險(xiǎn)，提升可靠性與生產(chǎn)效率。
↓猛禽發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)化之路（參考視頻）↓
???熱設(shè)計(jì)：由于熱量是影響電子設(shè)備可靠性的重要因素，過(guò)高的溫度會(huì)加速電子元件的老化和失效。熱設(shè)計(jì)就是通過(guò)合理的散熱結(jié)構(gòu)和散熱方式，將設(shè)備產(chǎn)生的熱量及時(shí)散發(fā)出去，保證設(shè)備在適宜的溫度范圍內(nèi)工作。例如，在筆記本電腦中，通常會(huì)配備散熱風(fēng)扇和導(dǎo)熱銅管，風(fēng)扇加速空氣流動(dòng)，導(dǎo)熱銅管將CPU和GPU等發(fā)熱大戶產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)到散熱片上，再通過(guò)風(fēng)扇將熱量散發(fā)到外界。在大型通信基站中，會(huì)采用液冷散熱技術(shù)，利用冷卻液循環(huán)帶走設(shè)備熱量，確?；緝?nèi)的電子設(shè)備在高溫環(huán)境下也能可靠運(yùn)行。
維修性（Maintainability）是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，按規(guī)定的程序和方法進(jìn)行維修時(shí)，保持或恢復(fù)其規(guī)定功能的能力。“規(guī)定條件”、“規(guī)定時(shí)間”、“規(guī)定程序和方法”是維修性定義中的關(guān)鍵要素。其中，規(guī)定條件指維修的機(jī)構(gòu)和場(chǎng)所，以及相應(yīng)的人員與設(shè)備、設(shè)施、工具、備件、技術(shù)資料等資源。規(guī)定時(shí)間指對(duì)直接完成維修工作需用時(shí)間所規(guī)定的限度，是衡量產(chǎn)品維修性好壞的主要度量尺度。規(guī)定程序和方法指按技術(shù)文件規(guī)定的工作類(lèi)型、步驟、方法。
維修性的指標(biāo)用于衡量產(chǎn)品維修的難易程度和效率，常見(jiàn)的指標(biāo)包括平均修復(fù)時(shí)間（MTTR）、修復(fù)率（μ）、維修停機(jī)時(shí)間、維修度（M (t)）、首次故障前平均時(shí)間（MTTFF）、維修成本。
常見(jiàn)的維修性衡量指標(biāo)
維修性基于科學(xué)的設(shè)計(jì)和規(guī)劃，在各個(gè)行業(yè)中發(fā)揮著重要作用，保障了工程系統(tǒng)在出現(xiàn)故障后能迅速恢復(fù)正常運(yùn)行，減少停機(jī)時(shí)間和經(jīng)濟(jì)損失。例如，在航空領(lǐng)域，飛機(jī)的外場(chǎng)可更換單元（LRU）設(shè)計(jì)充分體現(xiàn)了維修性理念。LRU 將飛機(jī)上復(fù)雜的系統(tǒng)劃分成一個(gè)個(gè)相對(duì)獨(dú)立的模塊，如航空電子設(shè)備中的通信模塊、導(dǎo)航模塊等。一旦某個(gè)模塊出現(xiàn)故障，地勤人員可以快速拆卸并更換新的模塊，無(wú)需深入排查內(nèi)部復(fù)雜線路和零件，極大提高了維修效率。此外，飛機(jī)的維修通道設(shè)計(jì)也考慮了可達(dá)性，在機(jī)身結(jié)構(gòu)上設(shè)置了專(zhuān)門(mén)的檢修口和維護(hù)平臺(tái)，方便維修人員對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、起落架等關(guān)鍵部位進(jìn)行檢查和維護(hù)。
↓發(fā)動(dòng)機(jī)LPT單元體的分解（參考視頻）↓? ??在汽車(chē)行業(yè)，模塊化設(shè)計(jì)是提升維修性的典型方式。如今許多汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)、車(chē)載娛樂(lè)系統(tǒng)等都采用模塊化結(jié)構(gòu)。比如新能源汽車(chē)的動(dòng)力電池組，由多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化電池模塊組成，當(dāng)某個(gè)模塊出現(xiàn)故障時(shí)，維修人員無(wú)需對(duì)整個(gè)電池組進(jìn)行復(fù)雜的拆解和維修，僅需更換故障模塊即可，大大縮短了維修時(shí)間，降低了維修成本。同時(shí)，汽車(chē)零部件的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，使得不同車(chē)型之間的部分零件可以通用，在維修時(shí)更容易找到合適的替換件。
在消費(fèi)電子領(lǐng)域，智能手機(jī)的設(shè)計(jì)也越來(lái)越注重維修性。部分手機(jī)廠商采用了可快速拆卸的后蓋和模塊化的內(nèi)部組件布局，用戶或維修人員可以輕松打開(kāi)手機(jī)，更換損壞的電池、屏幕等部件。例如，某品牌手機(jī)的屏幕采用磁吸式連接，更換時(shí)只需輕輕揭開(kāi)舊屏幕，吸附上新屏幕即可，無(wú)需復(fù)雜的工具和專(zhuān)業(yè)技能，有效降低了維修門(mén)檻和維修時(shí)間。
↓谷歌曾推出的基于模塊化設(shè)計(jì)的手機(jī)（參考視頻）↓
保障性（Supportability）是指系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特性和計(jì)劃的保障資源能滿足使用要求的能力。保障性是裝備系統(tǒng)的固有屬性，包括兩方面含義，與裝備保障有關(guān)的設(shè)計(jì)特性和保障資源的充足與適用程度。設(shè)計(jì)特性是指與保障有關(guān)的設(shè)計(jì)特性，如與可靠性和維修性等有關(guān)的，以及保障資源要求裝備所具有的設(shè)計(jì)特性，這些設(shè)計(jì)特性可以通過(guò)設(shè)計(jì)直接影響裝備的硬件和軟件，使設(shè)計(jì)的裝備便于操作、檢測(cè)、維修、裝卸、運(yùn)輸、消耗品補(bǔ)給等。
保障性衡量指標(biāo)用于評(píng)估產(chǎn)品或系統(tǒng)在全壽命周期內(nèi)獲得保障資源以維持規(guī)定功能的能力，常見(jiàn)的指標(biāo)包括保障設(shè)備完好率、保障任務(wù)完成率、保障資源配置率等。此外，由于維修性直接影響裝備或系統(tǒng)獲取保障資源的效率與效果，與保障性高度關(guān)聯(lián)，因此維修性指標(biāo)常被納入保障性衡量體系。為避免內(nèi)容重復(fù)，相關(guān)維修性指標(biāo)已在維修性章節(jié)中詳細(xì)闡述，此處不再贅述。
常見(jiàn)的保障性衡量指標(biāo)
保障性在眾多工程設(shè)計(jì)行業(yè)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，直接關(guān)系到系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行與全生命周期成本。在航空航天領(lǐng)域，以首都航天機(jī)械有限公司四車(chē)間為例，其設(shè)備種類(lèi)多、老舊非標(biāo)設(shè)備占比大，在高強(qiáng)度運(yùn)轉(zhuǎn)下故障頻發(fā)，人員能力與動(dòng)力不足、數(shù)據(jù)管理缺失、制度與現(xiàn)場(chǎng)管理缺陷等問(wèn)題突出，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。該企業(yè)從保障性角度出發(fā)，以TPM自主保全為目標(biāo)，依 “一會(huì)二標(biāo)一板一庫(kù)二機(jī)制” 的PDCA循環(huán)思路，完善人員培訓(xùn)、信息管理、維修保障等設(shè)計(jì)，構(gòu)建快速保障管理機(jī)制。實(shí)施后，設(shè)備故障維修響應(yīng)時(shí)間大幅縮短，故障數(shù)減少，利用率和產(chǎn)品質(zhì)量提升，還建立了立體化培訓(xùn)與自主管理機(jī)制，為后續(xù)持續(xù)優(yōu)化設(shè)備保障體系提供支撐。
↓航空維修保障體系建模與仿真評(píng)估案例（參考視頻）↓
在武器裝備領(lǐng)域，傳統(tǒng)武器裝備保障存在特性設(shè)計(jì)不協(xié)同、試驗(yàn)鑒定不充分等問(wèn)題。數(shù)字孿生驅(qū)動(dòng)的武器裝備智能保障技術(shù)，以數(shù)字化構(gòu)建虛擬模型，實(shí)現(xiàn)保障體系全要素的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、分析與決策。它通過(guò)虛實(shí)交互、效能評(píng)估等模式，應(yīng)用于裝備保障性設(shè)計(jì)、試驗(yàn)鑒定、運(yùn)維保障、虛擬訓(xùn)練和保障任務(wù)規(guī)劃推演等方面。如在設(shè)計(jì)中協(xié)同保障特性、并行設(shè)計(jì)與驗(yàn)證；試驗(yàn)鑒定形成設(shè)計(jì)閉環(huán)；運(yùn)維保障提升裝備反應(yīng)能力；虛擬訓(xùn)練解決傳統(tǒng)難題；保障任務(wù)規(guī)劃與推演完成戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知、任務(wù)規(guī)劃與推演。
測(cè)試性（Testability）是產(chǎn)品能及時(shí)、準(zhǔn)確地確定其狀態(tài)（可工作、不可工作或性能下降）并隔離其內(nèi)部故障的一種特性。測(cè)試性工作的目標(biāo)是確保系統(tǒng)和設(shè)備達(dá)到規(guī)定的測(cè)試性要求，以提高系統(tǒng)和設(shè)備的戰(zhàn)備完好性和任務(wù)成功性、減少對(duì)維修人力和其他資源的要求，降低壽命周期費(fèi)用，并為管理提供必要的信息。
測(cè)試性的目標(biāo)通常有兩個(gè)：確定產(chǎn)品的運(yùn)行狀態(tài)；二是判斷故障隔離能力。測(cè)試性設(shè)計(jì)考慮因素：涵蓋硬件和軟件方面。硬件上，合理布局電路和選用合適元器件，便于測(cè)試信號(hào)的接入和傳輸；軟件上，設(shè)計(jì)診斷程序和算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)功能和狀態(tài)的監(jiān)測(cè)與分析。常見(jiàn)的測(cè)試性指標(biāo)包括故障檢測(cè)率、故障隔離率、虛警率、測(cè)試時(shí)間、測(cè)試覆蓋率等。
在工程設(shè)計(jì)中，常見(jiàn)的測(cè)試性技術(shù)主要包括固有測(cè)試性，機(jī)內(nèi)測(cè)試，外部自動(dòng)測(cè)試，人工測(cè)試，綜合診斷和健康等管理技術(shù)。
?? 固有測(cè)試性：固有測(cè)試性是產(chǎn)品的一種固有屬性，它取決于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和構(gòu)造，反映了產(chǎn)品本身便于進(jìn)行測(cè)試的能力。例如，在電路設(shè)計(jì)中采用標(biāo)準(zhǔn)化的接口和模塊化設(shè)計(jì)，使得各個(gè)模塊能夠獨(dú)立進(jìn)行測(cè)試，減少了測(cè)試的復(fù)雜性；在軟件設(shè)計(jì)中使用清晰的結(jié)構(gòu)和注釋?zhuān)奖銣y(cè)試人員理解代碼邏輯，從而更高效地進(jìn)行測(cè)試。
???機(jī)內(nèi)測(cè)試（BIT）：是指系統(tǒng)或設(shè)備內(nèi)部設(shè)置的自動(dòng)測(cè)試功能。它可以在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)自身的工作狀態(tài)，快速檢測(cè)和隔離故障。例如，現(xiàn)代飛機(jī)的航空電子系統(tǒng)中，機(jī)內(nèi)測(cè)試功能能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)各個(gè)傳感器、計(jì)算機(jī)等部件的工作參數(shù)，一旦發(fā)現(xiàn)異常，會(huì)立即發(fā)出警報(bào)并指示可能的故障位置，大大提高了系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性。
???外部自動(dòng)測(cè)試（ATE）：是利用外部的測(cè)試設(shè)備對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試的技術(shù)。這些測(cè)試設(shè)備可以模擬各種輸入信號(hào)，測(cè)量產(chǎn)品的輸出響應(yīng)，從而判斷產(chǎn)品是否正常工作。例如，在集成電路測(cè)試中，使用自動(dòng)測(cè)試設(shè)備可以對(duì)芯片的各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行全面測(cè)試，包括電氣特性、功能完整性等。ATE能夠快速、準(zhǔn)確地完成大量測(cè)試任務(wù)，提高測(cè)試效率和質(zhì)量。
↓常見(jiàn)的ATE設(shè)備（參考視頻）↓
???人工測(cè)試：指由測(cè)試人員通過(guò)手動(dòng)操作測(cè)試設(shè)備或直接觀察產(chǎn)品的工作狀態(tài)來(lái)進(jìn)行測(cè)試的方法。雖然自動(dòng)化測(cè)試技術(shù)越來(lái)越普及，但人工測(cè)試仍具有不可替代的作用。例如，在一些復(fù)雜的系統(tǒng)中，人工測(cè)試可以對(duì)系統(tǒng)的功能和性能進(jìn)行全面、細(xì)致的檢查，發(fā)現(xiàn)一些自動(dòng)化測(cè)試難以發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題；在產(chǎn)品的研發(fā)初期，人工測(cè)試可以幫助測(cè)試人員更好地理解產(chǎn)品的功能和需求，為后續(xù)的自動(dòng)化測(cè)試提供基礎(chǔ)。
???綜合診斷：綜合診斷技術(shù)是將多種診斷方法和手段相結(jié)合，以提高故障診斷的準(zhǔn)確性和效率。它綜合運(yùn)用了基于模型的診斷、基于知識(shí)的診斷、基于數(shù)據(jù)的診斷等多種方法，對(duì)產(chǎn)品的故障進(jìn)行全面、深入的分析。例如，在大型機(jī)械設(shè)備中，綜合診斷技術(shù)可以結(jié)合振動(dòng)監(jiān)測(cè)、溫度監(jiān)測(cè)、油液分析等多種監(jiān)測(cè)手段，利用專(zhuān)家系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析算法，對(duì)設(shè)備的故障進(jìn)行準(zhǔn)確診斷和預(yù)測(cè)，及時(shí)采取維修措施，避免設(shè)備故障的擴(kuò)大化。
???健康管理技術(shù)：是對(duì)產(chǎn)品的健康狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、評(píng)估和預(yù)測(cè)的技術(shù)。它通過(guò)對(duì)產(chǎn)品運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，評(píng)估產(chǎn)品的健康狀況，預(yù)測(cè)產(chǎn)品可能出現(xiàn)的故障，并提前采取維護(hù)措施。例如，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)健康管理中，通過(guò)安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上的各種傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度、壓力、振動(dòng)等參數(shù)，利用數(shù)據(jù)分析算法對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的健康狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估和預(yù)測(cè)，為發(fā)動(dòng)機(jī)的維護(hù)決策提供依據(jù)，提高發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性和使用壽命。
↓使用人工智能進(jìn)行設(shè)備檢查和監(jiān)控（參考視頻）↓
安全性（Safety）是指產(chǎn)品在制造、使用、儲(chǔ)存和運(yùn)輸過(guò)程中，不發(fā)生導(dǎo)致人員傷亡、設(shè)備損壞或環(huán)境破壞等事故的能力。安全性實(shí)質(zhì)上是一種風(fēng)險(xiǎn)控制能力，強(qiáng)調(diào)通過(guò)設(shè)計(jì)、冗余、防護(hù)等措施，將事故發(fā)生的概率和后果降低到可接受范圍。對(duì)于汽車(chē)、軌道交通、飛機(jī)、核電站等行業(yè)，一旦產(chǎn)品失效可能會(huì)導(dǎo)致重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，因此這些行業(yè)對(duì)安全性的要求極高。
安全性的衡量指標(biāo)兼具定量精確性（如失效概率數(shù)值）和定性系統(tǒng)性（如安全等級(jí)認(rèn)證），核心是通過(guò) “風(fēng)險(xiǎn)量化-措施設(shè)計(jì)-驗(yàn)證達(dá)標(biāo)” 的邏輯，確保高風(fēng)險(xiǎn)行業(yè)的失效后果可控。例如，汽車(chē)行業(yè)的ASIL D、核電行業(yè)的SIL 4等指標(biāo)，均是該行業(yè)安全性的硬門(mén)檻，直接決定產(chǎn)品能否上市或運(yùn)行。
常見(jiàn)的安全性衡量指標(biāo)
以汽車(chē)行業(yè)為例，安全性一直是消費(fèi)者關(guān)注的核心重點(diǎn)。例如，長(zhǎng)城汽車(chē)在車(chē)身設(shè)計(jì)上大量運(yùn)用高強(qiáng)度鋼材，部分車(chē)型高強(qiáng)度鋼占比達(dá)82%，關(guān)鍵受力部位抗拉強(qiáng)度超2000MPa，如一體化籠式車(chē)身、合理傳力通道及部件連接設(shè)計(jì)，可有效分散碰撞力，保障駕駛艙剛度。其主動(dòng)安全配置豐富，有自適應(yīng)巡航、車(chē)道偏離預(yù)警等，還采用5毫米波雷達(dá)+12超聲波雷達(dá)+8攝像頭異構(gòu)方案，實(shí)現(xiàn)360°無(wú)死角監(jiān)測(cè)。此外，在研發(fā)測(cè)試階段，長(zhǎng)城汽車(chē)構(gòu)建貫穿全周期的安全體系，投資5億建成亞洲最大獨(dú)立安全試驗(yàn)室，滿足全球最高安全評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，還在極端環(huán)境進(jìn)行測(cè)試?，為汽車(chē)安全設(shè)計(jì)提供支撐。
↓高山車(chē)型60km/h側(cè)撞試驗(yàn)（參考視頻）↓
在核電行業(yè)，核安全是核事業(yè)發(fā)展的生命線。技術(shù)層面，核電站廣泛應(yīng)用先進(jìn)的三代核電技術(shù)，以 “華龍一號(hào)” 為例，其安全系統(tǒng)融合能動(dòng)與非能動(dòng)技術(shù)，可有效應(yīng)對(duì)全廠斷電等極端工況，經(jīng)測(cè)算，堆芯熔毀概率被控制在一百萬(wàn)堆年以下。設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)嚴(yán)格遵循縱深防御原則，設(shè)置五道安全屏障，并通過(guò)壓力測(cè)試、抗震模擬等方式驗(yàn)證系統(tǒng)可靠性。管理方面，嚴(yán)格對(duì)標(biāo)國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）安全標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)施核安全許可證制度，要求運(yùn)營(yíng)單位每 18?個(gè)月開(kāi)展應(yīng)急演練。此外，全國(guó)統(tǒng)一的核安全監(jiān)管體系由國(guó)家核安全局主導(dǎo)，對(duì)核電站設(shè)計(jì)、建造、運(yùn)行全流程進(jìn)行監(jiān)督管理，確保核電項(xiàng)目安全可控。
在航空行業(yè)，飛機(jī)的安全性是決定飛機(jī)效能和壽命周期費(fèi)用的重要因素。以民用飛機(jī)機(jī)載系統(tǒng)為例，其安全性通過(guò)多層次技術(shù)體系和嚴(yán)格流程保障。設(shè)計(jì)階段依據(jù) ARP4754A標(biāo)準(zhǔn)，采用功能危害分析（FHA）和系統(tǒng)安全評(píng)估（SSA）方法，將失效條件按嚴(yán)重程度分級(jí)，并匹配概率要求。架構(gòu)設(shè)計(jì)采用多重冗余技術(shù)，如電傳操縱系統(tǒng)常配置三重或四重獨(dú)立通道，液壓、電氣系統(tǒng)也設(shè)置備份回路，同時(shí)通過(guò)非相似冗余降低共因故障風(fēng)險(xiǎn)。制造過(guò)程遵循嚴(yán)格的過(guò)程控制，包括需求確認(rèn)、構(gòu)型管理和審定流程，確保設(shè)計(jì)與適航標(biāo)準(zhǔn)完全一致。驗(yàn)證環(huán)節(jié)采用 V 模型，覆蓋飛機(jī)級(jí)、系統(tǒng)級(jí)、設(shè)備級(jí)的多層次測(cè)試，包括模擬極端環(huán)境、故障注入和壓力測(cè)試，確保系統(tǒng)在復(fù)雜場(chǎng)景下的可靠性。此外，機(jī)載系統(tǒng)還集成實(shí)時(shí)監(jiān)控與告警機(jī)制，結(jié)合飛行員訓(xùn)練和應(yīng)急程序，形成人機(jī)協(xié)同的安全閉環(huán)。
在工程設(shè)計(jì)中，環(huán)境適應(yīng)性的衡量指標(biāo)通常圍繞產(chǎn)品或系統(tǒng)在目標(biāo)環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行的能力，涵蓋氣候、機(jī)械、化學(xué)、電磁等多維度環(huán)境因素。常見(jiàn)的衡量指標(biāo)及具體說(shuō)明見(jiàn)下表。
常見(jiàn)的環(huán)境適應(yīng)性衡量指標(biāo)
當(dāng)前工程設(shè)計(jì)中環(huán)境適應(yīng)性發(fā)展呈現(xiàn) “軍用體系成熟、民用快速推進(jìn)、技術(shù)融合創(chuàng)新” 的特點(diǎn)。在標(biāo)準(zhǔn)體系層面，以GJB 4239《裝備環(huán)境工程通用要求》為核心的軍用環(huán)境工程規(guī)范已形成完整框架，明確將環(huán)境適應(yīng)性作為產(chǎn)品質(zhì)量特性，覆蓋裝備全壽命周期管理，并通過(guò)環(huán)境分析、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)等流程確保實(shí)施。其他行業(yè)借鑒此方法，通過(guò)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)推進(jìn)規(guī)范化，推動(dòng)產(chǎn)品性能的進(jìn)一步提升。
在軍用電子設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)中，針對(duì)氣候、力學(xué)、電磁等惡劣環(huán)境，設(shè)計(jì)貫穿研制全程。熱設(shè)計(jì)方面，通過(guò)填加導(dǎo)熱介質(zhì)、優(yōu)化冷板材質(zhì)與結(jié)構(gòu)、合理選擇機(jī)箱散熱方式，提升散熱效率；抗振動(dòng)沖擊設(shè)計(jì)從剛性設(shè)計(jì)和減振設(shè)計(jì)入手，增強(qiáng)抗振能力；電磁兼容設(shè)計(jì)涵蓋屏蔽、濾波、接地，如采用蜂窩波導(dǎo)、導(dǎo)電膠條、合理安裝濾波器等。通過(guò)仿真分析與試驗(yàn)驗(yàn)證，確保設(shè)計(jì)有效性。
在艦船風(fēng)浪環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)案例中，針對(duì)艦船在復(fù)雜海洋環(huán)境下的適應(yīng)性問(wèn)題，通過(guò)分析艦船在風(fēng)浪中的受力情況和運(yùn)動(dòng)特性，建立了風(fēng)浪環(huán)境適應(yīng)性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。設(shè)計(jì)中，重點(diǎn)考慮了增加水線面系數(shù)、調(diào)整浮心位置和優(yōu)化線型等措施，以提升艦船的穩(wěn)性和耐波性。該案例將環(huán)境仿真技術(shù)用于預(yù)測(cè)和評(píng)估設(shè)計(jì)方案的有效性，將模型試驗(yàn)用于驗(yàn)證仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性和設(shè)計(jì)的可行性。
↓洶涌海面上的船舶模擬（參考視頻）↓
筆者認(rèn)為，工程設(shè)計(jì)的“六性”緊密關(guān)聯(lián)、相輔相成，共同構(gòu)成產(chǎn)品全生命周期的質(zhì)量根基。其中，可靠性是基礎(chǔ)，確保設(shè)備在規(guī)定條件和時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能，為其他“五性”提供穩(wěn)定的運(yùn)行保障。維修性與可靠性形成互補(bǔ)閉環(huán)，高可靠性可減少維修需求，良好的維修性又能提升可靠性。保障性則是資源樞紐，通過(guò)精準(zhǔn)配置人力、物資與技術(shù)支持，為可靠性與維修性的落地提供支撐。測(cè)試性如同“健康檢測(cè)儀”，加速維修響應(yīng)，同時(shí)提前消除潛在隱患，進(jìn)一步鞏固可靠性。安全性貫穿始終，是工程設(shè)計(jì)的底線，保障人員、設(shè)備和環(huán)境安全，其他“五性”的實(shí)現(xiàn)都需以安全為前提。環(huán)境適應(yīng)性賦予設(shè)備應(yīng)變能力，使其能在復(fù)雜工況與極端環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，“六性”應(yīng)當(dāng)全面統(tǒng)籌、相互協(xié)調(diào)、相互促進(jìn)，才能實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)在功能、成本、壽命與風(fēng)險(xiǎn)間的最優(yōu)解，最終達(dá)成“安全可靠、長(zhǎng)周期服役、全域適應(yīng)”的工程目標(biāo)。
需要指出的是，企業(yè)可借助多種軟件實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)的“六性”目標(biāo)。
? 在可靠性分析方面，國(guó)際上可選用英國(guó)的Isograph軟件，其以產(chǎn)品故障為中心，利用概率和數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論，集成多種功能，為可靠性提供綜合解決方案；美國(guó)的ReliaSoft軟件也是可靠性分析的佼佼者，它提供了包括Weibull分析、加速壽命測(cè)試分析等在內(nèi)的多種功能，廣泛應(yīng)用于不同行業(yè)的可靠性設(shè)計(jì)和分析。在國(guó)內(nèi)，廣五所的CARMES軟件能進(jìn)行故障模式模擬與量化評(píng)估，滿足多行業(yè)可靠性工程應(yīng)用需求。
??在維修性設(shè)計(jì)方面，國(guó)際上可利用達(dá)索系統(tǒng)的DELMIA軟件，模擬設(shè)備的維修過(guò)程，對(duì)維修空間、維修工具可達(dá)性等進(jìn)行評(píng)估。西門(mén)子的JACK軟件可評(píng)估維修姿勢(shì)舒適度并預(yù)測(cè)平均修復(fù)時(shí)間，適用于復(fù)雜裝備的維修性優(yōu)化。在國(guó)內(nèi)，一些企業(yè)也在開(kāi)發(fā)適用于本土復(fù)雜工況的維修性分析工具，如樹(shù)根互聯(lián)的根云-設(shè)備數(shù)字運(yùn)維系統(tǒng)（EDM）基于根云平臺(tái)的IoT數(shù)據(jù)及報(bào)警數(shù)據(jù)，通過(guò)手機(jī)APP進(jìn)行維護(hù)作業(yè)，通過(guò)大數(shù)據(jù)的收集進(jìn)行設(shè)備健康庫(kù)的評(píng)估，并進(jìn)行預(yù)防性的維修保養(yǎng)。
??在保障性管理方面，國(guó)際上可依托SAP?ERP等軟件構(gòu)建全球化資源調(diào)度體系，其S/4HANA維護(hù)模塊支持人力、物資的全流程數(shù)字化管理，滿足ISO 41001資產(chǎn)管理標(biāo)準(zhǔn)。在國(guó)內(nèi)，瑞風(fēng)協(xié)同形成專(zhuān)業(yè)保障工具鏈，其中WILSIMU裝備保障仿真系統(tǒng)符合GJB 3872標(biāo)準(zhǔn)，支持裝備保障要素的可視化建模與仿真推演，已應(yīng)用于航天火箭發(fā)射保障、陸軍裝甲集群運(yùn)維等場(chǎng)景；ISEMS在役裝備運(yùn)維保障系統(tǒng)集成IoT數(shù)據(jù)，支撐預(yù)測(cè)性維護(hù)策略制定，助力軍工裝備實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)保障。
??在測(cè)試性方面，國(guó)際上，美國(guó)DSI的eXpress通過(guò)層次化建模支持航空電子系統(tǒng)的測(cè)試性設(shè)計(jì)，QSI的TEAMS提供全生命周期故障診斷，澳大利亞MADe側(cè)重機(jī)械系統(tǒng)的預(yù)測(cè)性健康管理，瑞典RODON擅長(zhǎng)動(dòng)態(tài)故障樹(shù)分析。在國(guó)內(nèi)，中國(guó)航空工業(yè)綜合所RAMIDS.Teslab支持航空裝備的多信號(hào)流測(cè)試性建模；經(jīng)緯恒潤(rùn)研發(fā)的TVM軟件面向智能駕駛領(lǐng)域，支持將待測(cè)算法無(wú)縫集成，并同步接入整整車(chē)模型、場(chǎng)景模型、感知模型，實(shí)現(xiàn)算法在虛擬環(huán)境中的閉環(huán)功能測(cè)試。
??在安全性分析，國(guó)際上，汽車(chē)、軌道交通領(lǐng)域可采用Medini Analyze軟件生成FTA和FMEDA報(bào)告，滿足ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)；在化工行業(yè)，Sphera公司的PHA-Pro軟件基于自定義風(fēng)險(xiǎn)分析方法，幫助企業(yè)配置符合自身特點(diǎn)的模板；Exida公司的exSILentia軟件遵循IEC 61508/61511標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)置馬爾可夫模型與儀表數(shù)據(jù)庫(kù)。在國(guó)內(nèi)，上海歌略研發(fā)的RiskCloud軟件，可配置企業(yè)專(zhuān)屬風(fēng)險(xiǎn)分析方法，適用于化工、制藥等行業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)分析。
??在環(huán)境適應(yīng)性評(píng)估方面，國(guó)際上，Ansys、西門(mén)子、達(dá)索系統(tǒng)等公司的仿真工具，覆蓋氣動(dòng)加熱、振動(dòng)、腐蝕等極端環(huán)境分析，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、航空航天領(lǐng)域。在國(guó)內(nèi)，一些企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)也在開(kāi)發(fā)適合本土環(huán)境的仿真工具，如安世亞太開(kāi)發(fā)的PERA SIM支持GJB150標(biāo)準(zhǔn)，提供包括靜強(qiáng)度試驗(yàn)、振動(dòng)模態(tài)試驗(yàn)、隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)、正弦振動(dòng)試驗(yàn)、離心加速度試驗(yàn)以及沖擊試驗(yàn)等的虛擬試驗(yàn)工況。中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心的空間環(huán)境效應(yīng)分析軟件包（SEEAP），可用于航天產(chǎn)品抗輻射設(shè)計(jì)、空間環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)和在軌故障診斷。
圖文來(lái)源：本文由e-works編輯部吳星星原創(chuàng)發(fā)布。
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