可靠度

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,分類,數學表達式,可靠度工程,可靠度試驗,可靠性工程的發展,

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。

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