导读
本文译自NASA2020年度可靠性维修性研讨会（Annual Reliability & Maintainability Symposium ，RAMS）的一份报告。该报告展示了Goddard航天飞行中心（GSFC）利用现有商业软件将可靠性学科纳入基于模型的系统工程（MBSE），并通过对实际项目中的子系统建模进行成果测试，最后指出了该项目下一阶段的发展方向。
以基于模型的系统工程（Model-based Systems Engineering，MBSE）为主导的基于模型工程的出现正在改变设计和分析的方法论。系统开发的公认好处是从以文档为中心的信息系统和项目沟通转移到以模型为中心的环境中，这使得控制寿命周期中的设计更改变得更加方便。此外，设计中全方面即时的“单一信息源”（Single Source of Truth，SSOT），成为相关系统的数据和信息的权威来源，提升了系统元素集成的一致性和效率，从而进一步优化设计。因此，为NASA任务提供支持的可靠性工程师（REs）必须被整合到基于模型的工程中，以确保他们的分析结果与设计、开发和故障风险评估和传达的过程相关并具有必要的价值。
基于模型的可靠性对于分析员/建模者必定是困难的，但能够有效地产出比传统方法一致性更好的完整、准确的可靠性产品（例如，故障模式、影响和危害性分析（FMECA）、有限寿命分析（LLA）、故障树分析（FTA），维修性/可用性分析和概率风险评估（PRA））使工程师有更多的时间进行分析、风险评估、系统行为调研（仿真）和基于风险的项目决策支持。然而，为了实现这一点，必须开发、实现和测试一个健壮且统一、全学科综合的建模过程。
为了将可靠性这一学科纳入统一建模过程，Goddard航天飞行中心（GSFC）的一个由机构赞助的小组完成了与基于模型的安全和任务保证倡议（Model-Based Safety and Mission Assurance Initiative，MBSMAI）部分建模和测试相关的可靠性研究。在这项研究中，GSFC可靠性专家利用具有代表性的现有商业工具，包括由Tietronix Software Inc.的可靠性插件支持的MADe（Maintenance Aware Design environment from PHM Technology-Siemens）和SysML/MagicDraw（Systems Modeling Language (SysML) 基于NoMagic的工具），开发了任务子系统模型（EUROPA推进系统、Wallops飞行研究所（WFF）探空火箭姿态控制系统（ACS）和国际空间站（ISS）冷凝器）。然后对这些模型及其支持可靠性分析的能力进行评估，以确定其准确性、一致性、效率，以更好地联系和定义MBSE/MBSMA建模过程最佳实践和支持传统SMA分析和里程碑产品生成的建模环境需求，以便评估和传达故障风险。
“在已经被充分搭建建模过程和环境的前提下，基于模型的工程方法对于NASA安全和任务保证中的可靠性工程是可用且有效的。”
因此，本研究建议NASA建立结构建模环境，以提升一致性、准确性和效率，并建议NASA内的建模人员遵循推荐的MBSMA流程：
1）建立多学科建模团队（至少包括系统工程（SE）和安全与任务保障（SMA））；
2）确定建模责任（例如，SE的模型需求、设计师的模型结构（功能框图/连线图），REs对故障行为和特征建模）并进行控制；
3）完成建模，并在模型单元之间共享公共数据；
4）生成可靠性产品，并在模型单元之间共享结果数据；
5）验证和改进模型（和设计），直到获得最终可接受的结果；
6）与未来的任务共享模型。
这些结果正被NASA用于推进对SMA分析兼容性需求的模型广度和深度的指南，以建立的模型协作和过渡节点，潜在的根据需求重塑传统产品，同时仍能按要求识别系统的全寿命周期运行风险以满足任务目标，并提升基于模型的工具的性能。然而，这些结果完全基于可靠性学科的需要，并且源自比较小的系统，因此，此处也建议本研究按照预定计划继续测试其他SMA学科和更复杂的系统。
“可靠性工程提供了理论和实践工具，评估了零件、部件、产品和系统在指定环境中无故障运行所需功能的概率和性能。”
NASA/GSFC的可靠性工程包括风险评估和分析，以评估和管理任务“寿命”中的故障风险、故障恢复和对缓解/纠正措施及其影响的识别。虽然随机参数定义并影响可靠性，但可靠性工程不仅仅是数学和统计学（概率分析（PA）），也通过故障模式影响和危害性分析（FMECA）、故障树分析（FTA）、有限寿命分析（LLA）、单点失效分析，可用性/维修性分析，概率风险评估（PRA）来分析风险。因此，SMA学科是NASA/GSFC持续风险管理（CRM）的一个必需的组成部分（见图1）。在持续的风险管理中，识别并分析/研究风险，然后制定一个计划来处理（例如，减轻、观察、接受或升级）风险，并最终监控风险的出现或者进行修正。
图1 RIDM-CRM风险管理流程图
