从可信性的基本数学模型看“失效”与“故障”的联系和区别

摘要 关于“失效”与“故障”的讨论往往是从这两个名词的释义及对应的英文failure与fault应该如何翻译，及这两个词是否为同义词出发的。本文则从可信性的基本数学模型为出发点，分析两者的联系和区别，提出“失效”与“故障”是从不同的角度对同一个对象进行描述的看法。
“失效”与“故障”是可信性工程中的两个基本概念，在制定可信性工程有关的技术标准、翻译国外文献时常常会引起一些不同的看法和争论。弄清两者的联系和区别，对于澄清概念、统一思想、促进可信性技术的普及和有关标准的制定有相当重要的意义。笔者认为，单纯从“失效”与“故障”两个词本身的释义或相应英语词failure与fault的翻译方法及是否同义词来讨论，并不能解决问题，而且还不能直截了当地接触到问题的实质，因此，本文将以可信性的基本数学模型为出发点探讨“失效”与“故障”的联系和区别。一、可信性的基本数学模型作为可信性的基本数学模型，我们选取某种两状态的可修产品。即该产品只有“好”(或称为能正常工作，亦或称为能完成规定功能)和“坏”(或称为不能正常工作，亦或称为不能完成规定功能)。产品“坏”了后即予以修理直至恢复到“好”的状态。这类产品的可信性基本模型是“好”“坏”两状态交替发生的随机过程，如图1所示：图中“○”表示“好”，“×”表示“坏”，“——”表示正常工作，“……”表示修理过程。二、“失效”与“故障”是对同一对象从不同角度出发的描述在前一节提出的数学模型中，我们来看一看从“好”转化为“坏”的这一时刻。如果我们问“这时候发生了什么事？”，答案就是产品失效了。如果我们问“这一时刻前后，产品的状态有什么变化？”，答案就是产品由能完成规定功能，即正常状态，转化为不能完成规定功能，即故障状态。在IEC标准《可信性与服务质量术语》中，对failure(失效)和fault(故障)的定义分别为“产品完成规定功能能力的丧失”和“产品不能执行规定功能的状态”，并在定义的注中强调了“失效与故障的区别在于，失效是事件，故障是状态”。笔者认为“失效”与“故障”是对同一个对象“产品不能完成规定功能”从不同的角度出发而得出的两个概念。如果从产品与外界的联系出发看问题，看其有没有完成规定的功能，那么发生了“丧失规定功能”或“完成规定功能能力的中止”就是发生了失效；如果从产品本身着眼，看其处于什么样的状态，那么处于“不能执行规定功能”的情况就是处于故障状态。根据以上的分析，笔者认为在可信性工程技术中，“失效”与“故障”是一个问题的两个方面，一般说来“失效”与“故障”总是相互联系，互为因果的。这里还要说一下“失效”与“故障”谁先谁后，谁因谁果的问题。IEC标准《可信性与服务质量术语》是认为失效在先，故障在后。它的说法是“失效发生后，产品表现为故障”，和“故障通常是产品本身失效引起的结果”。但也有一种观点认为是故障在先，失效在后，只有产品(或它的某一组成部分)有了故障，才引起产品不能完成规定功能，发生失效。笔者的观点是：这个问题不容易说清楚，上面两种说法都有一定道理，但似乎也有片面性。如果承认了“失效”与“故障”是同一个事物的两个不同角度的反映，那么应该认为对多数情况，两者是同时的。三、failure能不能翻译为故障有一种观点认为：failure与fault不是同义词，失效和故障也不是同一个概念，所以failure只能翻译为失效，不能翻译为故障。笔者认为，按本文前面的分析，承认“失效”与“故障”是同一事物的两个不同角度的反映，那么在翻译国外文献和标准时，只要技术涵义正确，汉语表达通顺，就不一定拘泥于词对词的对应。换句话说，有时意译(活译)要比逐字对译(死译)要好。下面就几个具体的例子作进一步的说明：1.failure rate这一术语的技术涵义是图1中“好”“坏”转化的相对速度，如果强调事件的发生速度，可以译为失效率，如果强调状态变化的速度，可以译为故障率。这里需要说明的是状态的变化实际上就是一个事件，只有状态的变化才有速度，状态本身是没有速度的，在英语中没有fault rate的说法，但在汉语中故障率却是可以理解的。对于实际的工程技术问题，往往要比本文中提出的数学模型复杂，如有的情况下即使产品有故障，但仍然能完成规定功能，即存在基本可靠性和任务可靠性不同的情况，那么与基本可靠性相对应的failure rate选用故障率似乎比失效率更合理。2.failure mode的技术涵义指的就是电阻开路、电容击穿、晶体管参数漂移等故障模式，而不是电视机声光全无、行扭、同步不稳等可以称为“失效模式”的现象。因此FMEA翻译为“故障模式与影响分析”就比最早翻译的“失效模式和影响分析”要准确。而且事实上国外也已经把原先的failure mode改用fault mode了。3.MTBF译为“平均无故障工作时间”，笔者认为是一种意译，从汉语通顺的角度要比“平均失效间工作时间”好，而技术涵义是一样的。