通用质量特性（“六性”）——定性指标的分析与验证

一、前言

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上次对GJB 9001C质量管理体系要求中对通用质量特性提出的可靠性、维修性、测试性、保障性、安全性、环境适应性这六个方面的定量指标进行了说明。

二、概述

通用质量特性定性要求应包括以下部分：

1) 安全性定性要求：

包括电气安全设计、机械安全设计、健康安全、过热保护、材料安全、运行安全；

2) 环境适应性定性要求：

热设计措施、振动与冲击防护设计、防潮设计、防盐雾腐蚀设计、防霉设计；

3) 可靠性定性要求：

如简化设计、余度设计、环境防护设计、软件可靠性设计、降额设计、成熟设计技术、热设计、元器件控制优选、电磁兼容设计等；

4) 维修性定性要求：

包括可达性、互换性、设备布局要求、设备设计要求、防差错要求、人机工程要求、安全要求、口盖设计要求、测试要求等；

5) 测试性定性要求：

包括BIT设计要求、减少BIT虚警额设计要求、系统划分要求、测试点要求、对测试容差的要求、传感器及指示器要求、测试可控性要求、测试观测性要求；

6) 保障性定性要求：

包括保障特性设计、备品备件、保障设备要求、包装储运要求、训练与训练保障。

三、“六性”工作参考的相关标准和术语

下面回顾一下六性的相关标准和术语：

3.1.“六性”的相关标准

可靠性、维修性、测试性、保障性、安全性、环境适应性相关国家军用标准有如下几个：

1)GJB 368B-2009装备维修性工作通用要求

2)GJB 450A-2004装备可靠性工作通用要求

3)GJB 451A-2005可靠性维修性保障性术语

4)GJB 900A-2012装备安全性工作通用要求

5)GJB 1405A-2006装备质量管理术语

6)GJB 1909A-2009装备可靠性维修性保障性要求论证

7)GJB 2547A-2012装备测试性工作通用要求

8)GJB 3872-1999装备综合保障通用要求

9)GJB 4239-2001装备环境工程通用要求

3.2. “六性”的相关术语

安全性（2.34 safety GJB 1405A）——不导致人员伤亡、危害健康及环境，不给设备或财产造成破坏或损失的能力。

环境适应性（3.2 GJB 4239）——装备（产品）在其寿命期预计可能遇到的各种环境的作用下能实现其所有预定功能和性能和（或）不被破坏的能力，是装备（产品）的重要质量特性之一。

可靠性（2.32 reliability GJB 1405A）——产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。

维修性（2.33 maintainability GJB 1405A）——产品在规定的条件下和规定的时间内，按规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复到规定状态的能力。

测试性（3.1 GJB 2547）——产品能及时准确地确定其状态（工作、不可工作或性能下降）并隔离其内部故障的一种设计特性。

保障性（2.35 supportability GJB 1405A）——装备的设计特性和计划的保障资源满足平时战备和战时使用要求的能力。

质量的定义：一组固有特性满足要求的程度。

注1：术语“质量”可使用形容词如差、好或优秀来修饰。

注2：“固有的”（其反义是“赋予的”）是指本来就有的，尤其是那种永久的特性。

要求的定义：明示的、通常隐含的或必须履行的需求或期望。

注1：“通常隐含”是指组织、顾客和其他相关方的惯例或一般做法，所以考虑的需求或期望是不言而喻的。

注2：特定要求可使用修饰词表示，如产品要求、质量要求、顾客要求。

注3：规定要求是经明示的要求，如在文件中阐明。

注4：要求可由不同相关方提出。

四、“六性”定性要求分析与验证

4.1.安全性定性要求

4.1.1.电气安全设计

1)电源设计有防漏电、短路、过流、过压、欠压保护措施，以保护使用人员的安全和设备与被测单元不受损坏；

2)对各设备，在电源输入端设计断路器或保险丝等保护措施；

3)良好接地保护措施：为保证接地线具有足够低的电阻，系统接地（系统接地柱与系统内部任意接地点）电阻值不大于20mΩ；

4.1.2.机械安全设计

1)结构设计避免切削锋口或尖锐部分的存在，采用倒圆角设计；

2)结构唯一，从外观可以识别，错插会安装不上；

3)各模块之间的连接器选用不同型 ，从硬件上避免错误的连接；

4)各机载都设计有铭牌，连接线缆的两端具有去向和编 等标识。

4.1.3.健康安全

1)进行电磁兼容设计，正常工作时不会产生有危害人身安全的电磁辐射；

2)选用已鉴定项目的成熟元器件和原材料，不会产生有害气体和发生爆炸；

3)采取了耐力学环境设计，工作时产品结构稳定可靠。

4.1.4.过热保护

1)发热量大的设备设计温度监控功能，能具有过热保护功能，超温时会自动断开电源；

2)采取了合理的热设计，针对发热量较大的部分采取了贴导热硅脂等方式进行散热。

4.1.5.材料安全

1)选用了已鉴定的成熟产品；

2)未采用有毒材料，使用过程中不会出现材料变质、变坏等情况。

4.1.6.运行安全

1)电源输入端安装浪涌避雷器器件，由大容量的氧化锌压敏电阻组成，具有高放电能力，能起到有效的保护作用；

2)设备设计插头脱落监控功能，在插头脱落时系统自动复位；

3)在监控软件的后台，运行电源监控程序，遇到电流消耗异常立即断电；

4)设备总电源急停开关保护措施。

4.1.7.安全性工作项目要求

根据GJB900A《装备安全性工作通用要求》，结合军用装备的技术状态和研制特点，确定军用装备研制过程中开展安全性设计的工作项目，其中很多工作都是安全性定性要求的分析与验证。安全性工作项目如表1所示。

4.2.环境适应性定性要求

4.2.1.热设计措施

1)对外购的测试仪器设备和模块，选型可以满足规定的环境要求；

2)资源规划时，把发热量大的资源分散分布在不同位置，散热大的模块避免上下布局，防止热聚集；

3)在板卡布局时，考虑增大散热大的板卡的空间间隙，确保散热量的板卡的散热通风。

4.2.2.振动与冲击防护设计

过度的振动与冲击将会使产品性能下降，工作不稳定，甚至产生机械损伤和结构损伤（如断裂、变形、磨损、开焊等），故在产品设计时就要采取相应的振动与冲击控制措施。工程上一般采用以下几种防护设计方法：

1)消源设计。即采取措施降低振源（冲击源）本身的振动（冲击）强度。

2)隔振设计。隔振设计在振动控制中应用最为广泛，具体方法是在振源与需隔振对象之间增加一个柔性环节（通称为隔振器），从而减少振源对隔振对象的影响。隔振设计可分为两类：一类为减少力激振的传递，常称为第一类隔振（简称隔力），另一类为减少运动激振的传递，常称为第二类隔振（简称隔幅）。

3)减振设计。所谓减振，就是利用各种形式的阻尼，将振动体的部分振动能量转换为热能，并迅速耗散出去，从而达到降低振动量值的目的。

4)吸振设计。即利用增设的辅助质量弹簧系统，将被吸振对象的振动能量转移到该辅助质量上，从而达到降低被吸振对象的振动量值的目的。该辅助质量弹簧系统称为动力吸振器，在应用中通常均加入适当的阻尼，其具体结构形式需根据实际情况而定。

5)缓冲设计。其目的是使冲击先通过缓冲器后再作用到产品上，使产品对冲击的响应量 值(如传递力、加速度、相对位移等)降到允许值以下。可见，其核心问题是缓冲器的设计。由 于振动与冲击常常是兼存的，故缓冲器设计计算常作为隔振器设计的一种补充，使同一硬件 同时兼有隔振和缓冲两种功能。

6)刚性化抗振设计。弄清装备各个部位的动力环境，并把对振动、冲击敏感的设备尽可能安装在动力环境应力最小的部位。

4.2.3.防潮设计

湿气常常是多种杂质的溶解剂，这些杂质将使产品产生各种化学损坏。特别是在选择不恰当的两种材料结合时，湿气往往加速了电化学的腐蚀作用，使材料性能退化，并促使霉菌加剧生长等。

防潮设计的方法有：

1)采用具有防水、防霉、防锈蚀的材料。

2)采用排水或空气循环等措施消除湿气聚集。

3)采用干燥装置吸收湿气。也可充以惰性气体，以防潮湿。

4)应用保护涂层防止锈蚀。

5)憎水处理，以降低产品的吸水性或改变其亲水性能。

6)浸渍，用高强度和绝缘性能好的涂料来填充某些绝缘材料，各种线圈中的空隙、小孔、毛细管等。

7)灌注和灌封，用环氧树脂，蜡类，硅橡胶等加热溶化后注入元器件本身或元器件与外壳间的空间、引线孔的孔隙，冷却后自行固化封闭。

8)塑料封装和密封。

4.2.4.防盐雾腐蚀设计

盐雾是一种良导体，它将使绝缘电阻下降，加速金属的电化腐蚀，并引起金属电解腐蚀。防护盐雾腐蚀的措施有：

1)采用非金属保护套；

2)避免湿气积存，如用去湿器等；

3)在金属表面与液体表面之间设置油漆之类的阻挡层，以消除两种不同的金属通过液体形成的导电通道；

4)在易腐蚀的金属和难于腐蚀的金属或区域镀上能减少电位差的金属层；

5)排除电气接触，使不同金属间绝缘，如钢材采用发蓝，铝材采用阳极化处理，使金属表面生成一层氧化膜可防止金属腐蚀；

6)用耐碱的有机绝缘体密封；

7)使用有锡或镣镀层的构件，避免用镁。

4.2.5.防霉菌设计

1)选用不长霉的材料。如羊毛、棉花、羽毛、皮革等均可为霉菌提供养料。一些合成材料本来具有抗霉菌能力，但因应用了增塑剂或硬化剂，也易遭受霉菌的侵蚀。

2)采用防霉剂处理零部件或设备。

3)设备、部件密封，并且放进干燥剂，保持内部空气干燥。

4)在密封前，元器件、材料用足够强度的紫外线辐射，防止和抑杀霉菌。

4.2.6.环境适应性工作项目要求

根据GJB 4239《装备环境工程通用要求》，结合军用装备的技术状态和研制特点，确定军用装备研制过程中开展环境适应性设计的工作项目，其中很多工作都是环境适应性定性要求的分析与验证。环境适应性工作项目如表2所示。

4.3.可靠性定性要求

4.3.1.简化设计

1)在满足性能和功能要求的前提下，应尽量简化设计方案，尽量减少零部件、元器件的品种规模和数量，把产品的复杂程度减到最低程度。

2)设计时应考虑产品为完成预期的功能是否所有的部件和电器都是必要的，即简化设计。在简化设计过程中应考虑不会给其他部件施加更高的应力或者超常的性能要求；如果用一种规格的元器件来完成多个功能时，应对所有的功能进行验证，并且在验证合格后才能采用。

3)电气系统应设计得使电线的接头和端头尽可能的少。

4)电连接器仅限于在要求经常拆卸的地方使用。

4.3.2.余度设计

1)对于安全性、任务可靠性要求高的系统、设备，为满足安全性和任务可靠性要求，通常可采用余度技术。设计人员应通过分析，权衡确定最有效的余度方案。

2)应考虑采用余度来提高关键的但可靠性水平低的器件的可靠性（所谓关键器件，就是只要它发生故障就会使系统故障或使系统丧失一个主要功能）。

3)采用余度设计时，应保证任务可靠性的提高不会被由于构成余度布局所需的转换器件、检测装置和其他部件所增加的故障率抵消。

4)设计中采用余度时，设计人员必须考虑机内检测方案，包括测试点、封装等，应使设备、系统具有“可检测的”余度。

5)在余度系统的设计过程中必须保证避免由于某些部件的单点故障造成余度作用的消失；在进行余度系统设计分析过程中，重点应放在对共因故障的分析上。

6)影响安全的关键系统应设置应急备份系统，当系统发生不能正常工作的故障时，应能自动或人工操作转入应急系统。应急系统应完全独立于主系统，即应急系统工作绝不受主系统的影响。

7)系统的备份功能应按关键性级别来分类，关键性级别从高到低排列的次序是飞行安全关键性、任务关键性、维护故障。

8)与备份系统有关的电线和设备在机械上和电气上应与主系统的电线和设备隔开，以使 主系统发生故障时不会影响备份系统，反之亦然。对于备份系统的线路应单独接地。

9)余度系统和主系统的接线不能通过同一个连接器。

10)主系统和余度系统的电路不得通过同一条电源干线和断路开关供电。

4.3.3.环境防护设计

1)应确定系统、设备、成品及结构件等的使用环境条件，在此基础上慎重地选择设计方案和材料，以减少或消除环境对它们的有害影响来提高产品的可靠性。

2)设计应采取防冲击和振动的保护措施，包括安装座、紧固装置和隔离措施等。在针对冲击和振动这两个环境因素进行设计时必须考虑下述基本要素：部件相对于支架的位置；元器件、组件相对于冲击力或振动力的方向；安装元器件、组件所采用的方法。

3)在设计中应考虑盐雾、潮湿、霉菌对产品可靠性的影响，并采取相应的设计措施以减少或消除其影响。

4)为了防止砂和灰尘引起产品性能的下降，应进行砂尘保护设计，在考虑砂尘保护措施时，必须结合其他环境因素的防护措施。

5)有可能同泄漏的具有腐蚀性的气体、液体等物质接触的部件应采用防腐蚀设计措施。

6)所有电子设备安装在装备上时，均应采取减振措施，并与装备周围结构留有足够的间隙，避免飞行过程中产生碰撞。

7)线束的安装和支撑应当牢固，以防止在装备使用期间绝缘材料被磨损，在强振动和结构有相对运动的区域中，应采用特殊的安装预防措施，包括排得较密的支撑卡箍来防止导线磨损。

8)由蓄电池逸出的易爆或有害气体，或由于充电系统和蓄电池的任何故障而逸出的易爆或有毒气体均不得损坏周围的装备结构或邻近的重要设备。

9)对端子板采取可靠的保护措施，防止因与各种碎片接触或者因受环境因素影响而发生短路。

10)外部电源插座的安装位置，要尽可能远离易燃蒸汽或液体的聚集点。

4.3.4.软件可靠性设计

1)容错性：软件平台具有避错、查错、容错的设计，软件出错时有相应的错误提示信息；

2)健壮性：软件具有数据自动保存和恢复的功能，软件平台开发生成的数据能够自动后台定期保存，防止由于程序出错造成的数据丢失；

3)数据库备份：软件的监测数据数据库具有备份功能。

4.3.5.降额设计

1)部件和模块设计中采用其手册中推荐的降额曲线进行降额，如模块电源就按照其手册中推荐的输入电压、输出电流和温度分别进行降额；

2)PCB上的集成电路的降额设计针对电压、电流、功率和最高结温展开，其中最高结温为关键降额参数，降额因子的选取按照GJB/Z 35-1993第5.1条，最高结温的计算按照GJB/Z 35-1993附录C；

3)晶体管的降额设计针对功耗、结温和电压，其降额因子的选取按照GJB/Z 35-1993第5.2条，最高结温的计算按照GJB/Z 35-1993附录C；

4)电阻器的降额设计针对环境温度、功率和电压，其降额因子的选取按照GJB/Z 35-1993第5.6条；

5)电容器的降额设计针对环境温度和工作电压，其降额因子的选取按照GJB/Z 35-1993第5.8条；

6)连接器的降额设计针对工作电压、工作电流和环境温度，其降额因子的选取按照GJB/Z 35-1993第5.12条。

7)成熟设计技术

8)尽量实施系列化设计，在原有成熟产品基础上逐步发展，构成系列。在满足性能、可靠性、安全性、重量、外形等要求的情况下应尽量采用成熟技术；如需采用新技术，应考虑继承性，并对其可行性和可靠性进行充分论证，必要时还应进行相应的试验。

9)设计应尽量采用成熟的标准零部件、元器件、材料及工艺加工方法。

4.3.6.热设计

1)电子设备应进行热设计，以保证设备和元器件在工作状态下处于允许的工作温度极限内。热设计的要求应符合GJB/Z27《电子设备可靠性热设计手册》中的有关规定。

2)航空电子系统及电子、电气设备应进行热分析、电应力分析，并根据型 的降额设计准则的规定进行降额设计。

3)元器件选择与控制

4)设计过程中应遵循装备型 的零部件控制大纲及有关规定控制和选择所用的零部件和元器件。

5)对零部件、元器件、设备和成品应进行必要的筛选、老练、磨合试验，以提高其可靠性。

6)多层印刷电路板应符合GJB362《印刷电路板通用规范》的要求。

7)电子元器件应按下列顺序进行选用：单片微电子集成电路；薄膜、厚膜混合电路；分离元件电路。

4.3.7.电磁兼容性设计

1)电磁兼容性设计应满足装备电磁兼容性设计要求，电磁发射和敏感度要求按GJB151《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求》，电磁发射和敏感测量按GJB152《军用设备和分系统电磁发射和敏感度测量》。

2)电子设备的接地应避免与信 和电源电器共用接地回路，并应对信 电器和电路提供有效屏蔽，避免电磁干扰的影响或将其影响减到可以接受的程度。

4.3.8.可靠性工作项目要求

根据GJB450A《装备可靠性工作通用要求》，结合军用装备的技术状态和研制特点，确定军用装备研制过程中开展可靠性设计的工作项目，其中很多工作都是可靠性定性要求的分析与验证，可靠性工作项目如表3所示。

4.4.维修性定性要求

4.4.1.可达性

1)装备的设备、系统、机件应根据故障频率的大小、调整工作的难易、拆装时间的长短、重量的大小、标牌的位置和安装特点等，将其配置在可达性不同的位置上，尽量做到在检查或拆卸任一故障件时，不必拆卸其他设备、机件。

2)接头、开关应尽可能布置于可达性较好的位置上，常需拆卸的接头、开关应设置专用口盖。

3)设备测试点应布置于设备外侧，以便打开口盖即可进行测试，常需测试的测试点应设置专用口盖。

4)所有的润滑点均应具有良好的可达性。

4.4.2.互换性

1)同型 、同功能的部件、组件应具有互换性。

2)应根据产品的使用维修条件，提供合理的使用容差，以提高其物理（结构、外形、材料）和功能上的互换性。

3)装备上对称安装的部件、组件，应设计成左右可以互换使用。

4)不同工厂生产的相同型 的设备、组件、附件必须具有互换性，设备、组件、附件的改型产品应考虑与原型产品的物理互换性。

5)应尽量采用标准化设计和选用标准化的设备、附件和零件。与维修有关的尺寸、螺纹规格，气、液压力等，均应实现标准化和规格化。

4.4.3.设备布局要求

1)装备上各专业的系统、设备和机件应尽量采用专舱布局，各专舱中的设备及组件应尽量单层排列，以免维修时交叉作业影响维护操作。

2)在装备总体布局设计时，应考虑给维修人员在拆装设备、机件时，留有必要的维修空间。

3)应设置电气、液压、冷气和环控等系统的外部维护点和测试点，并布局在便于接近的位置；这些维护、测试点不得靠近放射源、进气口、排气口、放油口和可动操纵面等部位。

4)易被外来物损坏的部位，如天线、传感器、操纵面、空速管以及进气道等，均应有保护措施，且保护装置的固定应方便可靠。

5)装备充填口、检查点应数量适当，布局合理。

6)在可拆卸的油、液管路接口处，要有防止液体溢出的措施。

7)插头座和接线盒等处，均应采取防潮措施。

8)管路、线路敷设时，两者的相隔距离应符合规定的要求，一般线路应置于管路上方。不易接近和检查的部位应尽可能不设管路、线路。燃油、液压、冷气等管路的安排应整齐规则，应尽量避免里外重叠，以便观察和维护。

9)管路、线路不应妨碍舱门、口盖等活动件的工作。

10)管路、线路密集的部位应尽量避免直线敷设而造成空间拥挤和不易检查。管路、线路连接部分应设在舱（窗）口或口盖处，并易于拆装和更换。

11)通过高温部位的导管，线路必须用耐高温材料制成或有隔热措施。

4.4.4.设备设计要求

1)在使用寿命周期内，尽量采用无维修设计或很少需要进行预防性维修的设备和组件。