浅析第一性原理谈安全性和可靠性

浅析第一性原理谈安全性和可靠性

那么，无论是机动车辆领域将要成为行业准入要求的安全管理，还是轨道交通行业已经实施多年的RAMS管理情况，如何能让产品的安全性、可靠性指标达到设计要求，每个人都有着不同的见解看法，比如建立起全面的安全性、可靠性的管理体系，运用各种技术方法，这是一个非常复杂的系统工程课题，很难用一两句话解释清楚。

本篇用第一性原理来谈谈个人对这个问题的理解，所谓第一性原理，就是要从事物的基本原理出发，从物理学原理进行推论，这一过程会耗费更多精力。与之相对的采用类比的方法。运用类比的方法相比第一性原理更为省心省力，比如某企业的安全管理体系是如何建立的，某产品的设计就是这么来做的，就照着别人的管理方式，别人的产品作为参照物，亦步亦趋。

如何来保证系统能够按照要求执行，通常把系统的状态定义三种：

1.正常运行状态：系统可以正常执行预期功能的状态

2.不能正常运行后的安全状态：系统无法正常执行预期功能，但保持在了安全的状态

3.不能正常运行后的危险状态：系统无法正常执行预期功能，进入了危险状态，存在引发潜在事故的风险

它们三者之间的相互转换关系如下

从第一性原理出发，具备高可信性意味着系统在规定的时间内，尽可能保持在正常状态，尽可能少进入故障安全态，不能进入危险状态。进入危险状态就可能会发生事故，绝对不能接受，但频繁接入故障安全态也不好，可靠性太低，用户也不会接受。比如AEB辅助驾驶系统，产生非预期的刹车，存在后车追尾的事故风险，但频繁地不能维持功能，退出辅助驾驶状态，给用户的体验感降低。

如何做到呢，从上图中可以看出，就是要分析失效，这里引出了下面三个：

故障（fault）：可能导致系统错误的异常情况。

错误（error）：计算的、观测的、测量的值或条件与真实的、规定的、理论上正确的值或条件之间的差异。

失效（failure）：系统按要求执行功能的能力的终止。系统偏离了其规定的功能或性能。

它们之间的传播链为：

从最低层部件发生故障，故障引起了部件偏离了其正常的性能指标范围，发生错误，错误引起了失效，失效又造成了其上一级的故障，一级级地向上传递，最终引起了系统执行功能中断，中断后存在两种可能：保持在了不可用但安全的状态，不可用并存在危险的状态。

如实现列车车门控制的功能为例，以下是一个简略的传播链

理解了失效发生的原因，可以得出如果想要避免失效，那么就要找到引起失效的故障原因，存在两个类型的故障，即系统性故障和随机性故障。随机性故障是由生产制造和运行过程造成的，如老化，磨损，退化，外部影响等。系统性故障可以被复现，因为它们来源于设计错误。随机性故障也可能由设计错误引起，如低估了周边环境温度对处理器的影响，选择了不合适的处理器或者处理器散热控制不当，引起了处理器死机属于设计错误。

通过以上部分，理解了可信性、失效、错误、故障、系统性故障、随机性故障这些基本概念，就可以用第一性原理来说，总结起来三句话：

提升产品的可信性，就要是尽可能保持在正常状态，尽可能少进入故障安全态，不能进入危险状态；

达到第一点的要求，就要分析系统失效和引起失效的故障；

产生故障的成因分为两方面：系统性和随机性，有利于避免系统性故障和降低随机性故障的工作就要多做，对这两方面没有价值的工作就少做或不做。

因此，在安全性可靠性的管理体系设计中，从以上三点出发，根据企业当前的实际情况，采用第一性原理，从系统的故障机理出发，来检查每一项工作是否有利于提升产品的可信性水平，相信可以找到这项工作的意义和价值。

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