可靠性工程基础理论

系统可靠性
可靠性工程
　　reliability engineering　
　　衡量系统可靠性有三个重要指标。①保险期：系统建成后能有效地完成规定任务的期限，超过这一期限系统可靠性就会逐渐降低。②有效性：系统在规定时间内能正常工作的概率。概率的大小取决于系统故障率的高低、发现故障部分的快慢和故障修复时间的长短。③狭义可靠性：由结构可靠性和性能可靠性两部分组成。前者指系统在工作时不出故障的概率，后者指系统性能满足原定要求的概率。
　　系统可靠性不能仅仅依靠对系统的检验和试验来获得，还必须从设计、制造和管理等方面加以保证。首先，设计是决定系统固有可靠性的重要环节，制造部门力求使系统达到固有的可靠性，而管理则是保证系统的规划、设计、试验、制造、使用等阶段都按科学的程序和规律进行，即对整个系统研制实行严格的可靠性控制。
可靠性数学
　　用来定量描述系统可靠性的数学工具。常用的度量指标主要有可靠度、故障率、平均无故障工作时间和平均故障修复时间等。①可靠度R()：系统在规定工作时间内无故障的概率。如数字电压表工作 24小时的可靠度为0.9,即意味着多次抽取一定数量的该产品样品，在规定条件下工作24小时，平均有90%能保持全部产品性能处于有效的工作状态。相应地，系统在时间内发生故障的概率用F()表示，称为不可靠度,与可靠度R()的关系为R()=1-F()。②故障率λ：系统工作到 时刻时单位时间内发生故障的概率。系统在正常工作状况下，其故障率趋于稳定，可靠度与故障率的关系为R()=。③平均无故障工作时间：系统在相邻两次故障间隔内有效工作时的平均时间。④平均故障修复时间：系统出现故障后到恢复正常工作时的平均时间。
编辑本段工作步骤
步骤
　　可靠性工程的具体工作步骤为：①通过试验或使用，发现系统在可靠性上的薄弱环节；②研究分析导致这些薄弱环节的主要内外因素；③研究影响系统可靠性的物理、化学、人为的机理及其规律；④针对分析得到的问题原因，在技术上、组织上采取相应的改进措施，并定量地评定和验证其效果；⑤完善系统的制造工艺和生产组织。
问题解决
　　在影响系统可靠性的主要问题得到解决后，再采用上述步骤解决一些次要的薄弱环节。可靠性工程实质上是对影响系统可靠性的薄弱环节的不断发现和不断改进的过程。为了提高系统的可靠性，从而延长系统的使用寿命，降低维修费用，提高经济效益，在系统规划、设计、制造和使用的各个阶段都要贯彻以可靠性为主的质量管理。
编辑本段可靠性定义
定义
　　可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。产品的可靠性与外界环境的应力状态和对产品功能的需求密切相关。理解产品的可靠性需要从两个角度出发，其一是按照产品的层次结构理解可靠性，其二是按照产品的全寿命周期理解可靠性。按照产品的层次结构理解可靠性是指需要根据产品各层次特点开展相应的可靠性工作；按照产品的全寿命周期理解可靠性是指在需求分析、总体设计、分项设计和生产、试验、使用、维修维护等过程都需开展相应的可靠性工作。
可靠性工程的具体项目
　　产品的可靠性是设计出来的，生产出来的，管理出来的。可靠性工程是为了达到系统可靠性要求而进行的有关设计、管理、试验和生产一系列工作的总和，它与系统整个寿命周期内的全部可靠性活动有关。可靠性工程是产品工程化的重要组成部分，同时也是实现产品工程化的有力工具。利用可靠性的工程技术手段能够快速、准确地确定产品的薄弱环节，并给出改进措施和改进后对系统可靠性的影响。可靠性工程具体如下图1所示。
可靠性工程技术
可靠性工程技术
产品在需求分析阶段、设计阶段、工程研制阶段和生产制造阶段都需开展一定的可靠性设计分析、管理、试验工作。开展的时机和推荐开展的项目如下表所示：
　　按照产品的层次结构，产品的系统层次、装置层次、部件层次和零件层次都分别有相应的可靠性工作内容，即产品不同层次的可靠性影响因素和薄弱环节各有特点，需要分别开展相应的可靠性设计、管理、试验工作项目解决。总师和项目管理者需要在产品的工程化角度把握可靠性工程的开展和实施。影响器件可靠性的主要因素包括器件的种类和数量、器件的额定工作电参数和电应力、额定工作温度和环境温度、元器件的质量等级和品质保证等级，器件的降额特性和热敏感特性，器件的储存可靠性；影响部件可靠性的主要因素包括器件本身的可靠性与器件相互影响，主要需要考虑的因素为热分析、电磁兼容、耐环境、信号完整性、潜通路和工艺工装；影响装置可靠性的主要因素包括部件之间的相互影响和结构、工艺、连接；影响系统可靠性的主要因素包括冗余设计、人机工程和系统可靠性设计。
　　建立可靠性工程体系，开展和实施可靠性工程是产品高可靠性的必要条件，可靠性设计分析是可靠性工程的基础，可靠性设计水平差的产品可靠性必然低；可靠性的设计需要可靠性管理，可靠性管理是开展可靠性设计的技术管理保证和组织结构保证；设计出的产品在生产阶段难免引入“瑕疵”，需要可靠性试验“暴露”。
编辑本段介绍可靠性具体工作思路
需求开发阶段
　　在需求开发阶段，要明确用户的可靠性需求，将用户的可靠性需求转化为明确的可靠性设计指标要求值；通过绘制可靠性框图和建立可靠性模型，对系统可靠性进行评估，并确定系统失效判定准则，明确返修的依据，并根据返修率调整售后服务策略。
总体设计阶段
　　在总体设计阶段，需利用可靠性分配，将总体的可靠性指标值逐层分解，转化为各装置、的可靠性设计指标要求值，同时通过每个装置选用器件的大致种类、数量和使用条件进行可靠性预计，得出每个装置的基本可靠性设计值大致范围。可靠性分配结合可靠性预计确定每个装置的可靠性设计要求值。同时，在总体设计阶段需要建立可靠性工作组织和明确后续构建阶段、实现阶段和产品交付用户后，需要开展的可靠性设计分析、管理和试验工作项目，保证各装置的可靠性设计指标能够达到设计指标要求值。
构建阶段
　　在构建阶段，需将装置的可靠性设计指标要求值分配到各部件，形成各部件可靠性设计指标要求值。分配需要结合预计的结果，最终得到相对合理的各部件可靠性指标设计要求值。
详细设计阶段
　　详细设计阶段是分别开展器件级别、部件级别、整件级别、装置级别和系统级别的可靠性设计分析、可靠性试验和管理活动，确保产品各级设计可靠性指标达到可靠性指标要求值。元器件级的可靠性设计方法包括器件的选择与使用、降额设计、器件面向使用电应力设计和失效机理分析；电路的可靠性设计方法包括简化方案，避免片面追求高性能指标和过多的功能，合理划分软硬件功能和合理的元器件使用，综合 热设计、容差与漂移设计、电气互连的可靠性设计、机械防振设计、气候环境防护设计、电磁兼容设计、工艺工装设计和对外协的要求。装置和系统的可靠性设计包括简化设计、冗余设计、 热设计、环境防护设计、抗冲击、振动、嗓声设计、健壮设计、安装设计、原材料、零部件、元器件选用设计、包装、存储、装卸和运输设计、系统可靠性评估。各级系统除开展可靠性设计外，还需进行可靠性统计分析，确定各级系统的薄弱部位和关重件，外界条件敏感环节，设计改进措施/建议和改进后的效果。
编辑本段产品可靠性工作需要在研发阶段导入
流程
　　产品定型后可靠性的提升将非常有限。根据产品研发的过程，可靠性工程的总体流程图如下：
　　产品可靠性工程的基础是用于开展可靠性具体设计分析工作的基础数据库，基础数据库是设计经验的汇总，需要导入专家的意见和设计经验。基础数据库的完备与否直接决定了开展可靠性设计分析工作的水平。产品的高可靠性不是一次达到的，是渐次逼近的过程。需要注意，开展可靠性工程并不能直接使产品具有高可靠性，可靠性工程是产品高可靠性的思路、手段、途径和制度保证。可靠性工程，是采购、研发、仓储、运输、质量、管理多个职能部门共同工作的结果，在任一个环节措施不当，都可能引入产品失效的随机过程。例如，研发人员应对产品采购提供技术支持，对器件的生产年限、采购渠道、工艺特性、包装要求和验收准则提出明确具体的要求；研发人员根据器件在储存条件下的失效过程提出器件的存储要求。
特性
　　可靠性是产品质量诸多特性中的专门特性之一，产品的专门特性还包括维修性，可靠性工程的开展需要与维修性相互协调，协调的标准是总费用与可用度的权衡。
　　目前，无论国内外和军品、民品，可靠性工程都有了一定程度的积累，并形成了很多标准，企业需要根据自己产品的特点结合打造精益研发流程和管理流程的目标要求，结合现有公司的资源和成果物系统布局，从中吸取有价值的工具、方法、流程和模板，打造适合本企业业务特点的可靠性工程体系。