基于故障树分析的科研团队系统可靠性研究

杨建仁，贾相如

（1.景德镇陶瓷大学，江西 景德镇 333403；2.江铃汽车股份有限公司，南昌 330003）

基于故障树分析的科研团队系统可靠性研究

杨建仁1，贾相如2

（1.景德镇陶瓷大学，江西 景德镇 333403；2.江铃汽车股份有限公司，南昌 330003）

科研团队的系统可靠性是指科研团队在规定的环境下、规定的时间内、规定条件下成功地完成科学技术研究与开发、实现科研创新的概率。本文结合科技创新的一般流程，通过故障树方法的运用，得到了影响科研团队系统可靠性的三方面主要因素：一是科研团队成员专业、技术及整体配置；二是科研团队的研发资金和研究设施支持；三是科研团队的组织和管理。

故障树分析；科研团队；科技创新；系统可靠性

1 引言

在很长一段时期里，科学研究都是以个人单独研究的形式展开的[1]。但随着科学研究活动的拓展，人类协作的本能在科学研究中得到了体现，科学家们以及各种对科学感兴趣的人开始共同研究和探讨一些科学问题，并建立了便于合作研究的科学团体和科研组织[2]，各种类型的科研团队也就逐渐成为科学研究的基本业务单位。近年来，通过组建团队进行科技创新，已成为国内外比较普遍的科研活动组织形式，科研团队的有关研究，也成为当今学术界研究的一个热点。本文运用可靠性工程领域的故障树研究方法，对科研团队的系统可靠性进行分析，旨在为相关研究提供一定参考和借鉴。

2 科研团队及其系统可靠性

对科研团队的系统可靠性进行分析，应建立在对科研团队的系统可靠性概念的准确理解基础之上。

2.1 科研团队的概念

关于什么是科研团队，国内外学者有不同的界定。综合一些有代表性的国内外学者的观点[3-8]，笔者认为，科研团队是以科研创新为共同目的、以科学技术研究和开发为内容，由学术和专业技能相近或互补的多个成员围绕一定科研项目并承担不同分工而形成的学术组织。从上述定义中可以看出，科研团队至少包括以下几层含义：

（1）科研团队的成员具有共同的目标

这也是一般团队形成的基础，正是由于共同的目标存在，才使得团队各个成员形成结合的共同意愿和行动。科研团队和一般团队的形成一样，也是由于团队的各个成员基于共同的目标而相互结合，与一般团队不同的是，科研团队的共同目标是进行某项或某些科研创新。

（2）“科学技术研究与开发”是该科研团队的工作内容，学术组织是其本质属性

科研团队因为共同的科研创新目标结合在一起，进行科学技术研究与开发自然就成为科研团队的工作内容，由于工作内容的特殊性，决定了科研团队的本质属性是一个学术组织。

（3）科研团队是由两个以上的成员组成

科研团队首先是一个“团体”，它的成员数自然不只一个，而是两个以上。由于目标和工作内容的需要，科研团队的成员的学术和专业技能一般是相近或互补的。

（4）科研团队成员在共同的工作中承担不同的分工

科研团队由两个以上的成员组成，他们为共同的科研创新目标进行科学技术研究与开发工作，而为了更好地完成共同的目标，他们应根据各自的学术和专业技能进行分工。

2.2 科研团队系统可靠性的界定

系统可靠性是指系统在规定的环境下、规定的时间内、规定条件下无故障地完成其规定功能的概率，它综合反映了一个系统的耐久性、无故障性、维修性和有效性等[9]。该项定义反映了可靠性具有如下三个特点：

（1）规定条件下的可比性

从其定义可以看出，系统的可靠性受三个“规定”（规定的环境下、规定的时间内、规定条件下）的限制，如果工作环境不同、规定时间长短不同或规定的系统判据不同，系统的可靠性将会有差异。

（2）时间质量指标

系统可靠性是系统在规定时间内保持功能的能力，对它的评定是在系统运行一定时间之后，或者通过系统模拟使用试验后才能进行，故称为的质量。

（3）强调可用性

可靠性强调系统在规定的时间内能否充分发挥其功能，即产品的可用性。

因此，科研团队的系统可靠性是指科研团队在规定的环境下、规定的时间内、规定条件下成功地完成科学技术研究与开发、实现科研创新的概率。

3 科研团队系统可靠性的故障树分析设计

在对科研团队的系统可靠性进行了界定的基础上，下文将利用故障树分析方法，设计对科研团队的系统可靠性分析的故障树分析模型。

3.1 故障树分析原理

故障树分析是可靠性系统工程的一种标志性方法，最初于1962年由美国贝尔电报公司的电话实验室开发。1974年，美国原子能委员会运用该方法评价核电站危险性，做出了著名的“拉姆森报告”后，故障树分析得到广泛应用和迅速发展。

故障树分析（Fault Tree Analysis ，简称FTA ），也称失效树分析，该项方法是一种将系统故障形式的原因由总体部分按树枝状逐级细化的分析方法，是对复杂动态系统进行可靠性分析的有效工具。FTA 法是以系统最不希望发生的事件（故障）作为分析的目标事件（顶事件），然后找出系统内可能发生的部件失效、环境变化、人为失误等因素（各类底事件）与系统失效之间的逻辑联系，并用倒立树状图形进行表示。故障树分析方法一般可分为熟悉系统、调查事故、确定顶上事件、确定目标值、调查原因事件、画出故障树、分析等关键步骤。

之后，新的海底往两边均匀地推开山脊上密度较大的现有岩块，在地球表面的海洋板块之间漂离得越来越远，直到最终被海沟吞没或撞到海岸上。当板块相撞之时，一个板块会滑动到另一个板块下面，熔化成地球内部的物质。科学家认为，自从侏罗纪时代，一片相当于太平洋大小的水域独自潜没于美洲大陆之下，这也是那里的海底较为年轻的原因。

故障树分析采用逻辑的分析思路和图形的表现形式，能把复杂的系统问题表现得直观、明了，既可以做定性分析，又可以做定量分析，体现了以系统工程方法研究安全问题的系统性、准确性和预测性。

3.2 基于故障树的科研团队系统可靠性模型

根据故障树的分析方法，本文研究科研团队的系统可靠性将分三个阶段进行，一是对科研创新工作一般业务流程进行流程图分析；二是在科研创新的一般业务流程基础上，绘制科研团队系统可靠性的故障树图；三是对科研团队系统可靠性故障树图的分析。

3.2.1 科技创新工作一般过程的流程图分析

为了更好地对科研团队系统可靠性分析，作者就科技创新工作的一般过程，绘制了科技创新工作的业务流程图，如图1：

图1 科技创新一般业务流程图

3.2.2 科研团队系统可靠性的故障树图

综上所述，科研团队的系统可靠性是指科研团队在规定的环境下、规定的时间内、规定条件下成功地完成科学技术研究与开发、实现科研创新的概率。因此，科研团队的系统可靠性可以用系统可靠度来衡量，在这里，系统可靠度表示科研团队在规定的环境下、规定的时间内、规定条件下无故障地完成科学技术研究与开发工作项目的概率，即。又定义系统失效概率为系统在时刻 之前失效的概率[10]，即则系统可靠度也可表示如公式1：

根据上述对科研系统可靠性的界定以及对科研工作一般过程的流程图分析，我们可以对科研团队的系统可靠性进行故障树图分析。很明显，顶事件为科研团队某项目研究失败，从该事件出发，寻找导致科研团队项目研究失败的原因事件，并进行层层分解，可得到科研团队科技创新系统可靠性的故障树，如图2：

图2 科研团队科技创新系统可靠性故障树图

3.2.3 分析

根据图2，影响科研团队科技创新系统可靠性的因素主要集中如下三个方面：

（1）科研团队成员专业、技术及整体配置

首先，科研团队成员个人的专业技术能力，直接影响到科研团队研发工作的质量和效率。一个好的科研团队，必然离不开优秀的科研人员，离不开优秀科研人员较高的专业、技术能力。其次，一个优秀的科研团队不仅需要优秀的科研人员，而且还需要一种合理的组合和配置。这种组合和配置指的是一种良好的团队成员在专业、技术、能力、研究时间等诸多方面的合理组合和配置，尤其是当这种组合和配置符合课题研究需要的时候，它便达到了优化。否则，如果团队的整体配置不合理，将极大制约科研团队的科研创新能力。

（2）科研团队的组织和管理工作

科研团队的组织和管理，在很大程度上也会影响科研团队的科研创新能力。具体而言，主要体现在以下两方面：

一是科研团队的分工与合作。首先，科研团队的组织和管理应该科学分析课题研究的需要，考虑团队成员的专业和技术能力，进行合理的分工，充分发挥团队成员的个人能力。其次，团队的组织和管理还应在分工的基础上，促进团队成员的交流与合作，并使团队成员能及时交流各自的显性知识和隐性知识，使个人知识与集体智慧有机地结合起来。如果科研团队的分工与合作问题没解决好，将切实影响其科研创新能力。

二是科研团队的科研进度管理机制。科研团队的研究工作通常都是有时间要求的，为了在要求时间内完成课题任务，科研团队的组织和管理自然就必须讲求进度管理。加快科研进度是项综合性的工作，在科研团队的配置、研发资金和研发设施给定的条件下，调动团队成员的研究积极性是主要途径。如果科研的进度管理工作没做好，导致在要求时间内没完成课题任务，往往也构成一种科研的失败。

（3）科研团队的研发资金和研究设施支持

科研活动必然要受经济的制约，科研团队的科技开发与创新活动必然需要投入一定资金和配套相应的研究设施。在研发资金和研究设施支持不力时，科研团队进行科研创新活动时将受到极大制约。

4 结束语

20世纪以来，科学发生了从小科学到大科学的转型。在小科学时代，科学家个体的研究是从事科学研究的主要形式。在当代大科学时代，科研团队成为了科学研究最基层也是最重要的研究组织形式，在科研工作中发挥着越来越重要的作用。科研团队的系统可靠性决定着科研团队进行科学技术研究与开发的结果与效率，它主要受团队成员个体及整体配置、团队的组织与管理、研发资金和设施的支持等因素影响，提高科研团队的系统可靠性，应重点关注这些方面。

[1] 周寄中.科学殿堂里的共同体[M].北京:人民出版社,1987.

[2] 周寄中.科学技术创新管理[M].北京:经济科学出版社,2002.

[3] 斯蒂芬·P·罗宾斯.管理学(第4版)[M].北京:中国人民大学出版社,2001.

[4] StewartGreg L, et al. Team Work and Group Dynamics[M].New York: J. Wiley,1999.

[5] 乔恩·R·卡曾巴赫,道格拉斯·K·史密斯.团队的智慧:创建绩优组织[M].北京:经济科学出版社,1999.

[6] 梅雷迪思·贝尔宾.超越团队[M].北京:中信出版社,2001.

[7] 蒋日富,霍国庆,谭红军,等.科研团队知识创新绩效影响要素研究——基于我国国立科研机构的调查分析[J].科学学研究,2007,25(2):364-372.

[8] 卜祥云,唐贵伍,蔡翔.高校创新型科研团队:概念、特征及功能[J].科技管理研究,2008,28(10):90-92.

[9] 郭永基.可靠性工程原理[M].清华大学出版社,施普林格出版社,2002.

[10] 约瑟夫·M·朱兰(Joseph M. Juran).朱兰质量手册:第5版[M].北京:中国人民大学出版社,2003:1623-1626.

A Study on the Reliability of Scientific Research Teams Based on the Fault Tree Analysis

YANG Jian-ren1, JIA Xiang-ru2
(1. Jingdezhen Ceramic University, Jingdezhen, Jiangxi 333403, China; 2. Jiangling Motors Co., Ltd., Nanchang 330003, China)

It is system reliability of scientific research team that is refers to the probability to complete a scientific and technical research project and achieve innovation for the scientific research team in the given environment, the stipulated time and under the given condition. Combined with the general flow of scientific and technological innovation, and the method of Fault Tree Analysis was used, this paper explored the system reliability of scientific research team, and the following three factors that affect the reliability: first is the professional and technical conditions of scientific research team members and integral configuration of research team; two is capital and research facilities support; and three is the organization and management of the scientific research team.

fault tree analysis; scientific research team; scientific and technological innovation; system reliability

F204

A

1672-6286(2016)8-0017-6

本文为江西省哲学社会科学重点研究基地（2014年）规划项目《区域经济可持续发展与陶瓷产业规制研究》（项目批准号：14SKJD25）的阶段性研究成果。

杨建仁（1978-），景德镇陶瓷学院管理与经济学院教师，副教授，博士，硕士生导师，主要从事陶瓷产业经济、区域经济与科技管理研究。