可靠度

可靠度(Reliability)也叫可靠性，指的是產品在規定的時間內，在規定的條件下，完成預定功能的能力，它包括結構的安全性，適用性和耐久性，當以機率來度量時，稱可靠度·

基本介紹

• 中文名：可靠度
• 外文名：Reliability
• 用途：產品評估

定義

可靠性：產品在規定的條件下和規定的時間內，完成規定功能的能力。可靠性的機率度量叫可靠度。

壽命是指產品使用的持續期。以“壽命單位”度量。在規定的條件下和在規定的時間內，產品故障的總數與壽命單位總數之比稱為“故障率”。故障率是可靠性基本參數，其倒數為平均故障間隔時間(MTBF)。

可靠性分為固有可靠性和使用可靠性。固有可靠性用於描述產品的設計和製造的可靠性水平，使用可靠性綜合考慮了產品設計、製造、安裝環境、維修策略和修理等因素。從設計的角度出發，把可靠性分為基本可靠性和任務可靠性，前者考慮包括與維修和供應有關的可靠性，用平均故障間隔時間(MTBF)表示；後者僅考慮造成任務失敗的故障影響，用任務可靠度(MR)和致命性故障間隔任務時間(MTBCF)表示。對多數企業主要關心產品的固有可靠性和基本可靠性。對可修產品用平均故障間隔時間表示，對不可修產品用平均失效率表示，對一次性使用產品用平均壽命表示。

對產品而言，可靠度越高就越好。可靠度高的產品，可以長時間正常工作（這正是所有消費者需要得到的）；從專業術語上來說，就是產品的可靠度越高，產品可以無故障工作的時間就越長。

可靠度分析即求出各系統的運作機率的學問，例如機具的可靠度，將影響整個生產製造的流程規劃及控制。此外，可靠度的討論，也往往離不開系統的可用度(Availability)及維修度(Maintainability)。一般談到可靠度，多是指產品的可靠程度，顧名思義，也就是將產品的好壞特別以可靠度的方法表達出來，這種定義方式對於現今許多高單價及講求售後服務的產品而言，顯得十分重要。

分類

可靠度一般可分成兩個層次，首先是所謂組件可靠度(Reliability of component)。也就是將產品拆解成若干不同的零件或組件，先就這些組件的可靠度進行研究，然後再探討整個系統、整個產品的整體可靠度，也就是系統可靠度(Reliability of system)。組件可靠度分析的方法，其實就是統計分析，至於系統可靠度分析，較為複雜，可採行的方法也較多，

①按重要程度分配可靠度。

②按複雜程度分配可靠度。

③按技術水平、任務情況等的綜合指標分配可靠度。

④按相對故障率分配可靠度。

各部分有了明確的可靠性指標後，根據不同計算準則，進行零件的設計計算。主要的計算方法為：根據載荷和強度的分布計算可靠度或所需尺寸；根據載荷和壽命的分布計算可靠度或安全壽命；求出可靠度與安全係數間的定量關係，沿用常規設計方法計算所需尺寸或驗算安全係數。與可靠性設計有關的載荷、強度、尺寸和壽命等數據都是隨機變數，必須用機率統計方法進行處理。

數學表達式

可靠度函式可用關於時間 t 的函式表示，可表示為

R（t)=P(T>t)

其中，t 為規定的時間，T表示產品的壽命。

由可靠度的定義可知，R(t)描述了產品在（0，t）時間內完好的機率，且R(0)=1，R（+∞)=0。

可靠度工程

可靠度工程是結合管理與工程技術的一種科學，它牽涉到的工程技術主要有三方面：電子(機)工程、機械工程、及材料工程。高精密的科技產品，鮮有不與此三者有關者。惟可靠度本質上是將統計方法套用在各專業領域上的一種品保技術，並將可靠度實際設計進入產品中，方能確保產品品質。

可靠度試驗

測試產品可靠度指標的試驗就是可靠度試驗。可靠度試驗有環境試驗、機械應力試驗、耐氣候測試試驗、功能試驗、EMC及安規試驗等。

可靠性工程的發展

萌芽階段：二次世界大戰期間，德國在研製V1火箭中提出了系統可靠性的基本理論，據此V1火箭的可靠度達到75%。在韓戰時期，美國60%的機載電子設備運到遠東後不能使用，50%的電子設備在儲存期間就失效。美國海軍有16、7萬台電子設備，每年需更換100萬個電子元件，其中電子管的更換率比其他元件高5倍。1943年美國成立了“電子管研究委員會，專門研究電子管的可靠性問題。1949年美國無線電工程師學會成立了可靠性技術組——第一個可靠性專業學術組織誕生了。

可靠性工程創建階段：20世紀50年代美國在韓戰中發現，不可靠的電子設備影響戰爭的進行，而且需要大量的維修費用，每年的維修費是設備採購費用的2倍！軍方和製造公司及學術界都捲入了可靠性的研究工作。1950年12月美國成立了“電子設備可靠性專門委員會”，到1952年3月便提出了有深遠影響的建議：

可靠性工程全面發展階段：20世紀60年代，隨著航空航天工業的迅速發展，可靠性設計和試驗方法被接受和套用於航空電子系統中，可靠性工程得到迅速發展。主要表現在：

改善可靠性管理，建立了可靠性研究中心，美國於1965年頒發了《系統與設備的可靠性大綱要求》，可靠性工程活動與傳統的設計、研製和生產相結合，獲得了較好的效益。羅姆航空發展中心組建了可靠性分析中心，從事與電子設備有關的電子與機電、機械件及電子系統的可靠性研究，包括可靠性預計、可靠性分配、可靠性試驗、可靠性物理、可靠性數據採集、分析等。

制定可靠性試驗標準，發展可靠性試驗方法。主要研究設計了統計試驗方案及抽樣方案，頒發了《失效率抽樣方案和程式》、《可靠性試驗，指數分布》（1967年修改為《可靠性設計鑑定試驗及產品驗收試驗（指數分布）》）、《壽命和可靠性試驗抽樣程式和表格》等。

發展可靠性預計技術，頒發可靠性預計手冊標準。在收集了大量現場和試驗的失效數據後於1962年頒發了《電子設備可靠性預計手冊》，次年修改後作為飛機、飛彈、衛星及電子設備研製各階段可靠性定量預計的標準。

建立了有效的數據系統。數據採集系統、可靠性數據中心、安全中心、相繼在美國軍隊和科研機構建立，並且於1966年形成了全國數據交換網路。

重視維修性研究。20世紀50年代中美國每年用於武器系統維修的費用90億美圓，占國防預算的1/4。羅姆航空發展中心在50年代末開始了3年的維修性研究計畫，研究影響維修的因素、發展維修性驗證和預計技術。1966年頒發了《維修性大綱要求》、《維修性鑑定、驗證及評估》、《維修性預計》等標準。

各國相繼開展全面的可靠性工程研究。20世紀60年代初，蘇聯從技術上、組織上採取措施促進了可靠性工程的發展，1962年出版了較完善的教科書《可靠性及質量控制的統計方法》，建立了由總工程師領導的可靠性組織機構和有關的試驗室，研究成果K-S統計檢驗法和馬爾可夫過程為國際公認，採用余度技術、降額技術、提高原材料和專門電路等措施保證產品的可靠性，彌補了電子元器件的不足。他們大量引用了美國的可靠性軍用標準。法國的可靠性工程強調了集中管理，重視元器件的可靠性研究，成立了“電訊委員會”，以協調各部門對電子元器件的可靠性要求。建立中心驗收試驗系統，在電訊委員會監督下由製造商對批生產產品進行可靠性驗收試驗，以節省經費。1962年在國立電訊研究中心建立了可靠性中心，負責收集、綜合、出版可靠性資料，收集、分析、處理及分配可靠性數據，研究可靠性試驗方法。

可靠性工程深入發展階段：20世紀70年代中，美國國防武器系統的壽命周期費用問題突出，人們更深切地認識到可靠性工程是減少壽命費用的重要工具，進一步得到發展，日趨成熟。階段特點是：1建立統一的可靠性管理機構。2成立全國統一的可靠性數據交換網。3改善可靠性設計和試驗方法。更嚴格、更符合實際、更有效的設計和試驗方法被採用。發展了失效物理研究和分析技術，如FMEA發展為FMECA。更加嚴格的降額設計。

我國可靠性工程發展情況：引進早，引用較紮實，有活力。20世紀60年代初電子部成立了“中國電子產品可靠性與環境試驗研究所”，進行了可靠性評估的開拓性工作。1965年在錢學森科學家的建議下7機部成立了可靠性質量管理研究所。航天產品採用嚴格篩選的“七專”元器件。20世紀70年代中因中日海纜需要，電子部開展了高可靠元器件驗證試驗，發展為加速壽命試驗技術。自20世紀70年代後期始，不少大學舉辦了可靠性學習班培訓在職人員，以後開設可靠性課程，招收本科生和研究生。自1984年起，組織制定、引進、頒發了可靠性和無限小標準，形成了比較完整的體系。軍工企業開展了可靠性補課工作，進行產品可靠性增長工作，軍方開展了可靠性評估和分析工作，電子部5所建立了可靠性數據中心。

可靠性工程展望：改革開放、建立現代企業制度，使國家與國家的競爭延伸為企業與企業的競爭，可靠性工程也相應快速發展，主要表現是：觀念改變。企業領導的觀念由過去的“要我重視可靠性工程”變為現在的“我要十分重視可靠性工程”。可靠性工程被社會廣泛接受，大學把可靠性理論和技術列為許多專業的專業基礎課程。可靠性知識將成為人們的基本常識。許多產品明確了可靠性定量指標和重要的廣告詞。

可靠性工程從軍工企業發展到民用電子信息產業、交通、服務、能源等行業，從專業變成“普業”。在質量管理體系的ISO認證過程中可靠性管理被作為審查的重要內容。有關可靠性的專業技術標準被重新梳理，納入到質量管理體系檔案之中，成為“說到的必須做到”的管理條文。

在可靠性技術方面，發展十分迅速。我國載人航天工程自1992年起，至2003年10月“神舟”5號載人飛船圓滿完成任務止，共投資190億元。飛船的運載能力是3人、300千克、7天。可靠性為0.97，安全性為0.997。設計有自主故障判斷、自主功能重組能力，在空間即使被撞擊破裂，艙內壓力仍可保持15分鐘，確保航天員更換航天服的時間。參加研製的院所共110個，有3000多個單位參加了產品製造。總共生產了：一個試樣、4個正樣和5枚運載火箭。“神舟”5號飛船直徑2.5米，其上共有600多台儀器、10萬個元器件、8萬個接點，軟體共有70萬條程式，其中20%用於正常運行使用，其餘都是為出現故障時處置使用的。在發射上升段設計了8種故障模式，運行回收段設計了108種故障模式的處置方案。