可靠性概述
“可靠性”作為衡量產(chǎn)品質(zhì)量的一個重要指標(biāo)，早己不是一個新的概念。可靠性理論是以產(chǎn)品的壽命特征作為主要研究對象的一門綜合性和邊緣性科學(xué)，它涉及到基礎(chǔ)科學(xué)、技術(shù)科學(xué)和管理科學(xué)的許多領(lǐng)域。長期以來，一切注重產(chǎn)品信譽的廠家，為了爭取顧客都在追求其產(chǎn)品具有好的可靠性。因為只有那些可靠性好的產(chǎn)品才能長期發(fā)揮其使用性能而受到客戶的歡迎。不僅如此，有些產(chǎn)品如汽車、輪船、飛機，如果其關(guān)鍵零部件不可靠，不僅會給用戶帶來不便，耽誤時間、推遲日程，造成經(jīng)濟(jì)損失，甚至還可能直接危及使用者的生命安全。像美國“挑戰(zhàn)者”號航天飛機、蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站等發(fā)生的重大可靠性事故所引起的嚴(yán)重后果，都足以說明產(chǎn)品的可靠性差會引起一系列嚴(yán)重問題，甚至?xí)＜皣业臉s譽和安全。而1957年蘇聯(lián)第一顆人造衛(wèi)星升天，1969年美國阿波羅11號宇宙飛船載人登月等可靠性技術(shù)成功的典范，不僅為其國家?guī)順s耀，而且說明了高科技的發(fā)展要以可靠性技術(shù)為基礎(chǔ)，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展又要求高的可靠性。
早期人們對“可靠性”這一概念的理解僅僅從定性方面，而沒有數(shù)值量度。但為了更好地表達(dá)可靠性的準(zhǔn)確定義，不能只從定性方面來評價它，而應(yīng)有定量的尺度來衡量它。在第二次世界大戰(zhàn)后期，德國火箭專家R Lusser首先提出用概率乘積法則，將系統(tǒng)的可靠度看成其各子系統(tǒng)的可靠度乘積，從而算得VII型火箭誘導(dǎo)裝置的可靠度為75，首次定量地表達(dá)了產(chǎn)品的可靠性。但只是從50年代初期開始，在可靠性的測定中更多地引進(jìn)了統(tǒng)計方法和概率概念以后，定量的可靠性才得到廣泛應(yīng)用，可靠性問題才作為一門新的學(xué)科被系統(tǒng)地加以研究。60年代以來，空間技術(shù)和宇航技術(shù)的發(fā)展提高了可靠性的研究水平，擴(kuò)展了其研究范圍，對可靠性的研究，以及由電子、航空、宇航、核能等尖端工業(yè)部門擴(kuò)展到電機與電力系統(tǒng)、機械、動力、土木等一般產(chǎn)業(yè)部門，擴(kuò)展到工業(yè)產(chǎn)品的各個領(lǐng)域。對機械產(chǎn)品，尤其是對大批量生產(chǎn)的汽車產(chǎn)品的可靠性研究，已成為重要課題，并且取得了可喜的成果，例如，1959年在國際市場上小轎車的保用期為90天或4000英里，而到70年代初提高到5年或50000英里。當(dāng)今，提高產(chǎn)品的可靠性己經(jīng)成為提高產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。今后只有那些可靠性高的產(chǎn)品及其企業(yè)，才能在競爭日益激烈的世界上幸存下來。不僅如此，國外還把對產(chǎn)品可靠性的研究工作提高到節(jié)約能源和資源的高度來認(rèn)識。這不僅因為高可靠性產(chǎn)品的使用期長，而且通過可靠性設(shè)計，可以有效地利用材料，減少加工工時，獲得體積小、重量輕的產(chǎn)品。
利用概率論的方法可把產(chǎn)品發(fā)生故障的規(guī)律作為隨機現(xiàn)象來研究。所以，通常所說的可靠度，一般不是指某一特定具體產(chǎn)品的可靠度，而是對該種型號產(chǎn)品總體可靠度而言。當(dāng)然，就一些單個產(chǎn)品而言，如果能在其長期運行的條件下，觀測其故障規(guī)律，則不僅能夠估計出一些產(chǎn)品的可靠性，也能估計出該種產(chǎn)品總體的可靠性。在現(xiàn)代生產(chǎn)中，可靠性技術(shù)已貫穿于產(chǎn)品的開發(fā)研制、設(shè)計、制造、試驗、使用、運輸、保管及維修保養(yǎng)等各個環(huán)節(jié)。從經(jīng)濟(jì)的觀點來講，為了減少維修費用，提高產(chǎn)品的利用率，高可靠性是非常必要的。但也不是可靠性最好時總的消耗費用一定最低，因為還有產(chǎn)品的制造成本問題，需要綜合考慮、優(yōu)化選
擇，以找出使總費用最低的最佳可靠度。
產(chǎn)品的可靠性是設(shè)計出來的，生產(chǎn)出來的，管理出來的。這一思想越來越為人們所理解。多年來世界各國開展可靠性工作的經(jīng)驗證明，可靠性設(shè)計對產(chǎn)品可靠性有重要影響。據(jù)日本電子行業(yè)的統(tǒng)計，產(chǎn)品不可靠的原因中，設(shè)計占80%元器件占15%，制造工藝占5%。又據(jù)美國海軍電子實驗室統(tǒng)計，產(chǎn)品的不可靠的原因中，設(shè)計占40%，元器件占30%，使用和維護(hù)占20%，制造占10%。這些統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，要提高產(chǎn)品的可靠性和維修性，關(guān)鍵在于搞好產(chǎn)品的可靠性設(shè)計工作。由于產(chǎn)品復(fù)雜性的不斷提高及新技術(shù)的不斷應(yīng)用，產(chǎn)品更新?lián)Q代加速，設(shè)計一種產(chǎn)品，需要有一個不斷深化認(rèn)識、逐步改進(jìn)和完善的過程。初始產(chǎn)品(或
稱為樣機)在試驗或運行中故障較多，存在許多設(shè)計和工藝方面的缺陷。通過有計劃地改進(jìn)設(shè)計和工藝，根除故障產(chǎn)生的原因，提高產(chǎn)品的可靠性水平，逐步達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。當(dāng)然，使用中又會進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)設(shè)計和制造工藝的不足之處，同時還會不斷地收到使用中故障信息的反饋，通過改進(jìn)產(chǎn)品使可靠性進(jìn)一步提高。實現(xiàn)可靠性的關(guān)鍵在于發(fā)現(xiàn)故障，分析原因，并采取糾正措施。
可靠性定義
最早的可靠性定義由美國AGREE在1957年的報告中提出，19“年美國的MILSTD-721 B又較正規(guī)地給出了傳統(tǒng)的或經(jīng)典的可靠性定義:“產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力”。它為世界各國的標(biāo)準(zhǔn)所引證，我國的GB3187-82給出的可靠性定義也與此相同。但在實際應(yīng)用中己經(jīng)感到了上述定義的局限性，因為它只反映了任務(wù)成功的能力。于是美國于1980年頒發(fā)的MIL-STD-785B按照DODD5000.40指令(國防重要武器系統(tǒng)采辦指令)將可靠性分為任務(wù)可靠性和基本可靠性。任務(wù)可靠性的定義:“產(chǎn)品在規(guī)定的任務(wù)剖面內(nèi)完成規(guī)定功能的能力”。它反映了產(chǎn)品的執(zhí)行任務(wù)成功的概率，它只統(tǒng)計危及任務(wù)成功的致命故障。基本可靠性的定義:“產(chǎn)品在規(guī)定條件下，無故障的持續(xù)時間或概率”。它包括了全壽命單位的全部故障，它能反映產(chǎn)品維修人力和后勤保障等要求。例如MTBF(平均無故障間隔時間)，MCBF(平均故障間的使用次數(shù))。把可靠性概念分為兩種不同用途的可靠性概念，是美國國防部對可靠性工作實踐經(jīng)驗總結(jié)和對這一問題認(rèn)識的深化。這無疑是一個新的重要發(fā)展。我國1988年頒布的軍標(biāo)GJB450-88就引用這兩種新的可靠性定義。
產(chǎn)品的可靠性可用其可靠度((Reliability)來衡量。可靠度是用概率表示的產(chǎn)品的可靠性程度的。
可靠性工程
可靠性工程是對產(chǎn)品(零部件，元器件，總成，設(shè)備或系統(tǒng))的失效及其發(fā)生的概率進(jìn)行統(tǒng)計、分析，對產(chǎn)品進(jìn)行可靠性設(shè)計、可靠性預(yù)測、可靠性試驗、可靠性評估、可靠性檢驗、可靠性控制、可靠性維修及失效分析的一門包含了許多工程技術(shù)的邊緣性工程學(xué)科。它是立足于系統(tǒng)工程方法，運用概率論與數(shù)理統(tǒng)計等數(shù)學(xué)工具(屬可靠性數(shù)學(xué))，對產(chǎn)品的可靠性問題進(jìn)行定量的分析;采用失效分析方法(可靠性物理)和邏輯推理對產(chǎn)品故障進(jìn)行研究，找出薄弱環(huán)節(jié)，確定提高產(chǎn)品可靠性的途徑，并綜合地權(quán)衡經(jīng)濟(jì)、功能等方面的得失，將產(chǎn)品的可
靠性提高到滿意的程度的一門學(xué)科。它包含了對產(chǎn)品可靠性進(jìn)行工作的全過程，即從對零件、部件和系統(tǒng)等產(chǎn)品的可靠性方面的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集與分析做起，對失效機理進(jìn)行研究，在這一基礎(chǔ)上對產(chǎn)品進(jìn)行可靠性設(shè)計;采用能確保可靠性的制造工藝進(jìn)行制造;完善質(zhì)量管理與質(zhì)量檢驗以保證產(chǎn)品的可靠性;進(jìn)行可靠性試驗來證實和評價產(chǎn)品的可靠性;以合理的包裝和運輸方式來保持產(chǎn)品的可靠性;指導(dǎo)用戶對產(chǎn)品的正確使用、提供優(yōu)良的維修保養(yǎng)和社會服務(wù)來維持產(chǎn)品的可靠性。即可靠性工程包括了對零件、部件和系統(tǒng)等產(chǎn)品的可靠性數(shù)據(jù)的收集與分析、可靠性設(shè)計、預(yù)測、試驗、管理、控制和評價。
在可靠性工程中，很重視對現(xiàn)場使用的數(shù)據(jù)和試驗數(shù)據(jù)的收集與交換。許多國家都有全國性的數(shù)據(jù)收集與交換組織，建立有各種數(shù)據(jù)庫。因為數(shù)據(jù)是可靠性設(shè)計和可靠性研究的基礎(chǔ)。在整個可靠性工程中，都是通過可靠性數(shù)據(jù)和信息反饋來改進(jìn)產(chǎn)品的可靠性。
可靠性設(shè)計是可靠性工程的一個重要分支，因為產(chǎn)品的可靠性在很大程度上取決于設(shè)計的正確性。在可靠性設(shè)計中要規(guī)定可靠性和維修性的指標(biāo)，并使其達(dá)到最優(yōu)。
可靠性預(yù)測是可靠性設(shè)計的重要內(nèi)容之一，它是一種預(yù)報方法，在設(shè)計階段即從所得的失效率數(shù)據(jù)預(yù)報零部件和系統(tǒng)實際可能達(dá)到的可靠度，預(yù)報這些零件、部件和系統(tǒng)在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率。在設(shè)備設(shè)計的初期，及時完成可靠性預(yù)測工作，可以了解該設(shè)備中各零件、部件之間可靠度的相互關(guān)系，找出提高整個設(shè)備的可靠度的有效途徑。
可靠性設(shè)計的另一重要內(nèi)容是可靠性的分配，它是將系統(tǒng)規(guī)定的容許失效概率合理地分配給該系統(tǒng)的零、部件。在可靠性設(shè)計中采用最優(yōu)化方法進(jìn)行系統(tǒng)的可靠性分配，是當(dāng)前可靠性研究的重要方向之一，稱為可靠性優(yōu)化設(shè)計。
在可靠性設(shè)計中有時采用冗余設(shè)計法或貯備法。冗余法或貯備法是在系統(tǒng)中配置作貯備用的零件或部件，當(dāng)原有零件或設(shè)備出現(xiàn)故障時，貯備件立即替換上去。并聯(lián)冗余即并行工作貯備法是使完成同一職能的一批零、部件或設(shè)備同時(并行)工作，且當(dāng)其中某個或部分失效時，其余的仍能保證系統(tǒng)的正常工作。在系統(tǒng)設(shè)計中采用貯備法，可成倍地提高系統(tǒng)的可靠度。對系統(tǒng)貯備的分配，也廣泛地采用最優(yōu)化方法。
由于在不同領(lǐng)域中可靠性工程所處理的具體問題有所不同，內(nèi)容也會有差異，但都是以系統(tǒng)的方法、綜合的方法，以長遠(yuǎn)的眼光來研究問題，不僅重視技術(shù)，也重視管理，以取得系統(tǒng)的最大經(jīng)濟(jì)效益和運行的安全可靠為目的。
