專業認知實習報告一、綜述航空航天等高科技產品的高質量要求，使得與故障作斗爭、以提高產品質量為目的的可靠性與系統工程，在產品研制中扮演著舉足輕重的角色，并已發展成為一門有綜合性、交叉型的新興學科。可靠性，指的是產品在規定的條件下和規定的時間內，完成規定功能的能力。通俗地說，可靠性就是產品無故障完成任務的能力，可靠性系統工程是一門與故障作斗爭的學問。可靠性的概念最早來源于航空領域，在兩次世界大戰期間，飛機已經成為一種交通工具，空中飛行事故不斷增加，要求計算出飛機一臺發動機的故障概率以及在一段飛行時間內不發生故障的概率，這就是可靠性的初始概念。我國的可靠性工程研究是在20世紀60年代中期開始的，主要在電子、航空、航天、核能、通訊等領域得到應用。產品可靠性工程學的內容很廣，概括起來就是兩個方面的內容：確定產品的可靠性和獲得產品的可靠性。確定產品的可靠性就是通過各種途徑，如預計、試驗、系統分析等來確定產品的失效機理、失效模式以及各種可靠性特征量的數值或范圍等；獲得產品的可靠性就是通過產品的壽命循環期，即從構想、審查、研制、生產、使用、維修等一系列活動中的各種獲得并提高可靠性的各項措施，得到最優化的可靠性。可靠性與系統工程專業的知識范疇包括質量工程、質量管理、可靠性、安全性、維修性、測試性、保障性的設計分析、試驗與評價，以及軟件、元器件等特殊產品的可靠性。所以，該專業要求學生既掌握可靠性專門知識，又要具備寬廣的工程基礎知識。比如，統計學是可靠性工作的基本方法之一，所以可靠性與系統工程專業對數理統計的基礎非常重視；可靠性工作的核心是故障，而對故障的預測、預防、測試、維修、保障都需要對故障發生、發展的規律有深刻了解，而振動、溫度等環境應力引起的故障都可以歸結為力學原因，所以可靠性系統工程對力學基礎有很高的要求；研究軟件的可靠性，又需要一定的軟件開發經驗、軟件工程知識等等。可靠性與系統工程學院，即可靠性工程研究所，掛靠有“總裝備部武器裝備可靠性工程技術中心、國防科技工業可靠性工程技術研究中心、中國航空學會可靠性工程專業委員會”等多個可靠性技術與管理機構，同時建立有可靠性與環境工程技術國防科技重點實驗室、總裝備部軍用電子元器件DPA實驗室、航空工業可靠性綜合重點實驗室、中航第一集團及第二集團軟件可靠性管理和測評中心、中航第一集團及第二集團元器件管理中心檢驗站等國內試驗設備與綜合試驗研究能力一流的國家級和部委級重點實驗和評價機構。可靠性與環境工程實驗室環境可靠性試驗室可靠性試驗中很重要的一部分，在可靠性評估中占有很大的比重。可靠性環境條件包括溫度、濕度、振動、低氣壓、炮振、霉菌、鹽霧等。國內外故障統計表明，航空機載設備有52%左右的故障是由環境因素引起的。而其中溫度占42%，振動占27%，濕度占19%。這三種應力引起的故障占環境因素引起故障（52%）的82%左右，故一般可靠性試驗常采用上述三種環境應力，若需要還可以加低氣壓應力。可靠性環境實驗的實施過程如下：實驗場所的選取可靠性驗證試驗試驗場所可按下列優先順序原則選擇，并經使用方認可。（1）在獨立于承制方的實驗室中進行；（2）在使用方監督下，委托承制方對其轉承制方的產品進行試驗；（3）在使用方或使用方委托的代表嚴格監督下，允許在承制方的實驗室中對其產品進行試驗。2、可靠性試驗前應具備的條件（1)試驗大綱（2)試驗程序（3)可靠性預計（4)FMECA（5)環境試驗（6)環境應力篩選（7)溫度測定（8)振動測定（9)故障報告，分析和糾正措施系統（FRACAS）（10)試驗質量控制和保證措施（11)試驗前準備工作評審3、試驗前準備工作（1）試驗設備的運行調試（2）受試產品的外觀和質量證明文件的檢查、登記（3）受試產品振動夾具的安裝、測定（4）受試產品的安裝調試（5）受試產品的性能參數測量4、試驗期間有關工作（1）性能參數測量及功能檢查的時機和次數（2）故障判據（3）預防性維修項目、時機和實施方法（4）試驗中出現故障時的中斷處理方法5）應填寫的各種記錄表和試驗日志5、試驗后應完成的工作（1）受試產品性能參數測量及功能檢查（2）拆除試驗樣機時的注意事項（3）整理試驗記錄（4）編寫試驗報告試驗期間需要注意以下幾點：環境應力篩選其目的在于發現和排除由于不良零件、元器件、工 藝缺陷和其它原因所造成的早期故障。用于產品研制階段和生產階段。故障報告，分析和糾正措施系統（FRACAS）建立故障報告，分析和糾正措施系統的目的是保證故障信息的正確性和完整性，并及時利用故障信息對產品進行分析、改進，實現可靠性增長。可靠性試驗應使用閉環系統來收集試驗期間出現的所有故障數據，分析這些故障發生的原因，采取糾正措施，并做好記錄。3、試驗質量控制和保證措施健全試驗質量控制和保證措施的目的是貫徹全面質量管理的方針，對影響試驗質量的諸因素進行有效的控制，確保試驗的質量和試驗能正常進行。該實驗室可進行包括振動試驗、沖擊試驗、噪聲試驗、結構模態試驗、高溫試驗、低溫試驗、濕熱試驗鹽霧試驗、低氣壓試驗、振動試驗、沖擊試驗、恒定加速度、靜強度試驗、熱環境試驗、熱強度試驗、特種環境試驗（微重力）等試驗。電子元器件實驗室電子元器件可靠性的基本概念是在規定的時間內和規定的條件下完成規定的電子元器件功能的能力。規定的條件包括：使用條件和環境條件。使用條件為進入元器件內部而起作用的應力條件，包括：電應力、化學應力、物理應力。包括一下狀態的應力：熱狀態，內部的溫度分布及熱對流狀態；化學狀態，在元器件內部所引起的化學變化狀態；電磁狀態，元器件在恒定或交變的電磁場中工作時產生的影響；流變狀態，流體和流動黏態對元器件的影響；構造狀態，固體材料內部存在的內應力；疲勞狀態，因內應力而產生的變形；電化學狀態，與電腐蝕和接觸腐蝕有關的化學過程。環境條件則包括：氣候條件，機械條件，生物條件，輻射條件，電磁條件，人為因素等等。所謂的能力，也是一種定量的元器件可靠性程度，主要的元器件可靠性指標有：可靠度，平均壽命及失效率等。元器件可靠性試驗的目的為：1、保證元器件的可靠性；2、對新材料、新工藝、新產品、新設計進行評價；3、研究新試驗方法（如加速試驗方法及其加速系數的確定，試驗應力的種類及其量值、循環次數、試驗時間的確定，抽樣方案選擇等）；4、暴露使用過程中可能出現的不安全因素；5研究預防故障發生的措施（如故障的再現性，故障分析，措施效果的驗證等）；6、研究元器件失效分布規律（如元器件在壽命不同階段的失效分布情況、失效模式分布等）；7、為進行有效的可靠性管理提供依據。電子元器件可靠性試驗可分為以下幾種實驗：環境試驗：考察元器件在各種環境（振動、沖擊、離心、溫度、熱沖擊、濕熱、鹽霧、低氣壓等）條件下的適應能力，是評價產品可靠性的重要試驗方法之一；壽命試驗：研究元器件壽命特征的方法，這種方法可在試驗室模擬各種使用條件來進行。在于了解元器件的壽命特征量、失效規律、失效率、平均壽命及在壽命試驗過程中可能出現的失效模式，對元器件的可靠性水平進行評價，并通過質量反饋來提高元器件可靠性水平；篩選試驗：對元器件進行全數檢驗的非破壞性試驗。目的為選擇具有一定特性的元器件或剔除早期失效的元器件，以提高元器件批使用可靠性；電子元器件篩選試驗就是設法在一批元器件中剔除那些由于原材料、設備、工藝等(包括人的因素)方面潛在的不良因素所造成的有缺陷元器件——早期失效元器件，而把具有一定特性的合格元器件挑選出來。可靠性篩選意義在于一批元器件由于通過篩選剔除了早期失效的產品，就可提高該批產品的可靠性水平。在正常情況下，失效率可以降低半個到一個數量級，個別的甚至可降低兩個數量級。現場使用試驗：使用現場進行試驗，評價元器件的可靠性試驗計劃、驗證可靠性試驗方法和評價試驗的準確性，作用更大；鑒定試驗：根據抽樣理論制定出的抽樣方案，對元器件的可靠性水平進行評價而進行的試驗。選擇具有代表性的元器件產品，按照標準規定的程序，在規定條件下所做的一項或一組或多組試驗，以驗證元器件的設計是否與規定的質量和可靠性保證等級要求一致，并以此作為該元器件是否滿足要求的評價依據。鑒定試驗是驗證和評價元器件質量和可靠性水平的關鍵試驗之一。鑒定試驗工作程序：1、鑒定檢驗批組成；2、鑒定試驗樣品抽取3、測試試驗項目及其條件4、失效判據5、允許失效數試驗數據處理和出具鑒定報告6、失效報告與糾正措施報告7、鑒定合格資格的維持元器件測試的主要環節是測試規范，測試儀，測試程序及數據分析。元器件測試的作用是：檢測:確定被測器件(DUT)是否具有或者不具有某些故障；診斷:識別表現于（DUT）的特定故障；器件特性的描述:確定和校正設計和/或者測試中的錯誤；失效模式分析(FMA):確定引起DUT缺陷制造過程中的錯誤。軟件可靠性管理和測評中心軟件可靠性對于21世紀信息化高度集中的工業來說十分重要，目前工業產品來說，絕大部分的功能是由軟件來實現的，所以說，軟件的可靠與否，對于整體工業產品的可靠性來說，十分重要。近三十年的實踐表明，軟件工程的確是擺脫軟件危機，確保軟件質量的有效途徑。IBM在總結其成功開發航天飛機飛行軟件的經驗時說明，其主要經驗有兩條，一是認真實施軟件工程，二是特別加強測試。阿麗亞娜5的故障也是由于主發動機點火時序后37秒(起飛后30秒)制導和姿態信息完全丟失造成的。信息的丟失是由于SRI軟件中設計錯誤引起的。在阿麗亞娜5研制程序中進行的廣泛復查和測試未包括對SRI或完整的飛行控制系統進行充分地分析和測試，測試能查出潛在的故障。可見軟件工程及其測試技術對于現如今工業發展的重要性。1、軟件測試基本概念“使用人工或自動手段來運行或測定某個系統的過程，其目的在于檢驗它是否滿足規定的需求，或是確認預期結果與實際結果之間的差別。”-----測試的目的是檢驗軟件是否滿足了要求“程序測試是為了發現錯誤而執行程序的過程。”-----測試的目的是為了發現錯誤(G.J.Myers)；2、軟件測試公理（Axioms）（1）測試只能證明錯誤的存在，而不能表明程序中沒有錯誤。（2）測試的兩個作用是：確定程序中缺陷的存在；有助于判斷該程序在實際上是否可用。（3）軟件測試最困難的問題之一是知道何時停止測試(Whentostoptesting?)（4）自己測試自己的程序是不可能的。（5）當一個軟件被測出的缺陷數目增加時，更多的未被發現的缺陷存在的概率也隨之增加。（6）一個好的測試用例應當是一個對以前未被發現的缺陷有高發現率的用例，而不是一個表明程序工作正確的用例。（7）要對有效的和無效的輸入狀況寫測試用例。（測試用例要兼顧有效與無效的輸入）（8）每個測試用例必備的部分是描述預期的輸出。（9）像做其它事情一樣，測試在其一開始就必須要有一個目標3、軟件測試基本技術（1）靜態測試技術靜態測試是不執行程序代碼而尋找文檔，程序代碼中可能存在的錯誤的過程。靜態測試可以手工進行，也可以借助軟件工具自動進行。靜態測試技術具有以下特點： a.靜態測試不必動態地執行程序，也就不必進行測試用例設計和結果判讀等工作。 b.靜態測試可以由人工進行，充分發揮人的邏輯思維優勢,行之有效。 c.靜態測試實施不需特別條件，容易開展。 d.靜態測試在發現了錯誤的同時也就定位了錯誤，不需做額外的錯誤定位工作。靜態測試主要包括由人工進行的軟件需求評審，軟件設計評審，文檔審查、代碼審查以及主要由軟件工具自動進行輔助靜態分析。（2）動態測試技術適用于以下情況a.已知產品的功能設計規格，可以進行測試證明每個實現了的功能是否符合要求b.已知產品的內部工作過程，可以通過測試證明每種內部操作是否符合設計規格要求，所有內部成分是否已經過檢查測試方法主要有：黑盒（功能/數據驅動）和白盒測試（結構/邏輯驅動）A）黑盒測試主要為發現以下幾類問題：是否有不正確或遺漏了的功能在接口上，輸入能否正確地接受？能否輸出正確的結果是否有數據結構錯誤或外部信息訪問錯誤性能上是否滿足要求是否有初始化或終止性錯誤B）白盒測試方法，主要是進行如下的檢查語句路徑分支測試技術分為：等價類劃分方法、邊界值分析、因果圖方法、判定表方法、猜錯法等技術。這里強調一下邊界值分析法，如果輸入條件規定了取值范圍，則可選擇正好等于邊界值，剛剛在邊界范圍內或剛剛超越邊界外的值作為測試數據。例：

取值范圍為-100<N<100，可取的邊界值為-100，100，-105，

105，-95，95。邊界值往往容易讓編程者忽略，是軟件最易出bug的地方。通用嵌入式軟件仿真測試GESTE由中航一集團計算機軟件可靠性管理與測評中心與北京新空間網計算機有限責任公司合作開發的“通用嵌入式軟件測試環境”（GESTE），能夠實現對實時嵌入式軟件進行實時、閉環、非侵入式的系統測試，為嵌入式軟件的系統測試提供了一套完整的解決方案。產品功能：可視化建模、代碼自動生成、交叉編譯、遠程下載、遠程調試可視化在線腳本、離線腳本、腳本語法檢查，腳本的編譯執行和解釋執行靈活的顯示面板自主搭建、實時多面板顯控靈活的測試數據收集定制、海量數據的壓縮融合采集、事后的分析處理系統的測試分級管理與實時測試控制各種常規接口的支持與非標準接口的快速定