可靠性設(shè)計定義

可靠性設(shè)計reliability design在產(chǎn)品設(shè)計過程中，為消除產(chǎn)品的潛在缺陷和薄弱環(huán)節(jié)，防止故障發(fā)生，以確保滿足規(guī)定的固有可靠性要求所采取的技術(shù)活動?？煽啃栽O(shè)計是可靠性工程的重要組成部分，是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品固有可靠性要求的最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，是在可靠性分析的基礎(chǔ)上通過制定和貫徹可靠性設(shè)計準(zhǔn)則來實(shí)現(xiàn)的。

在產(chǎn)品研制過程中，常用的可靠性設(shè)計原則和方法有：元器件選擇和控制、熱設(shè)計、簡化設(shè)計、降額設(shè)計、冗余和容錯設(shè)計、環(huán)境防護(hù)設(shè)計、健壯設(shè)計和人為因素設(shè)計等。除了元器件選擇和控制、熱設(shè)計主要用于電子產(chǎn)品的可靠性設(shè)計外，其余的設(shè)計原則及方法均適用于電子產(chǎn)品和機(jī)械產(chǎn)品的可靠性設(shè)計。

系統(tǒng)的可靠性設(shè)計是指在遵循系統(tǒng)工程規(guī)范的基礎(chǔ)上，在系統(tǒng)設(shè)計過程中，采用一些專門技術(shù)，將可靠性"設(shè)計"到系統(tǒng)中，以滿足系統(tǒng)可靠性的要求。它是根據(jù)需要和可能，在事先就考慮產(chǎn)品可靠性諸因素基礎(chǔ)上的一種設(shè)計方法。系統(tǒng)可靠性設(shè)計技術(shù)是指那些適用于系統(tǒng)設(shè)計階段，以保證和提高系統(tǒng)可靠性為目的的設(shè)計技術(shù)和措施。它是提高系統(tǒng)可靠性的行之有效的方法。 

可靠性設(shè)計的重要性

可靠性設(shè)計是系統(tǒng)總體工程設(shè)計的重要組成部分，是為了保證系統(tǒng)的可靠性而進(jìn)行的一系列分析與設(shè)計技術(shù)。它是通過系統(tǒng)的電路設(shè)計與結(jié)構(gòu)設(shè)計來實(shí)現(xiàn)的。

“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”，但實(shí)踐證明，產(chǎn)品的可靠性首先是設(shè)計出來的?？煽啃栽O(shè)計的優(yōu)劣對產(chǎn)品的固有可靠性產(chǎn)生重大的影響。

產(chǎn)品設(shè)計一旦完成，并按設(shè)計預(yù)定的要求制造出來后，其固有可靠性就確定了。生產(chǎn)制造過程最多只能保證設(shè)計中形成的產(chǎn)品潛在可靠性得以實(shí)現(xiàn)，而在使用和維修過程中只能是盡量維持已獲得的固有可靠性。所以，如果在設(shè)計階段沒有認(rèn)真考慮產(chǎn)品的可靠性問題，造成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，電路設(shè)計不可行，材料、元器件選擇不當(dāng)，安全系數(shù)太低，檢查維修不便等問題，在以后的各個階段中，無論怎么認(rèn)真制造，精心使用、加強(qiáng)管理也難以保證產(chǎn)品可靠性的要求。因此，我們說產(chǎn)品的可靠性首先是設(shè)計出來的，可靠性設(shè)計決定產(chǎn)品的“優(yōu)生”，可靠性設(shè)計是可靠性工程的最重要的階段。這是因?yàn)椋?

（1） 設(shè)計規(guī)定了系統(tǒng)的固有可靠性。如果在系統(tǒng)設(shè)計階段沒有認(rèn)真考慮其可靠性問題，如材料、元器件選擇不當(dāng)，安全系數(shù)太低，檢查、調(diào)整、維修不便等，那么以后無論怎樣注意制造、嚴(yán)格管理、精心使用，也難以保證產(chǎn)品的可靠性要求。

（2）現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，使同類產(chǎn)品之間的競爭加劇。由于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，產(chǎn)品更新?lián)Q代很快，這就要求企業(yè)不斷引進(jìn)新技術(shù)，開發(fā)新產(chǎn)品，而且新產(chǎn)品研制周期要短。實(shí)踐告訴我們，如果在產(chǎn)品的設(shè)計過程中，僅憑經(jīng)驗(yàn)辦事，不注意產(chǎn)品的性能要求，或者沒有對產(chǎn)品的設(shè)計方案進(jìn)行嚴(yán)格的、科學(xué)的論證，產(chǎn)品的可靠性將無法保證。往往等到試制、試用后才發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品存在質(zhì)量問題，只得再做改進(jìn)設(shè)計，這就使產(chǎn)品研制周期加長，推遲了產(chǎn)品投入市場的周期，降低了競爭能力。在產(chǎn)品的全壽命周期中，只有在設(shè)計階段采取措施，提高產(chǎn)品的可靠性，才會使企業(yè)在激烈的市場競爭中取勝，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。 

（3）在設(shè)計階段采取措施，提高產(chǎn)品的可靠性，耗資最少，效果最佳。美國的諾斯洛普公司估計，在產(chǎn)品的研制、設(shè)計階段，為改善可靠性所花費(fèi)的每一美元，將在以后的使用維修方面節(jié)省30美元。

此外，我國開展可靠性工作的經(jīng)驗(yàn)證明，在產(chǎn)品的整個壽命周期內(nèi)，對可靠性其重要影響的是設(shè)計階段，見圖。

綜上所述，可靠性設(shè)計在總體過程設(shè)計中占有十分重要的位置，必須把可靠性工程的重點(diǎn)放在設(shè)計階段，并遵循預(yù)防為主，早期投入，從頭抓起的方針，并以開始研制起，就要進(jìn)行產(chǎn)品的可靠性設(shè)計，盡可能把不可靠的因素消除在產(chǎn)品設(shè)計過程的早期。 

可靠性設(shè)的目的、任務(wù)和要求 

1、可靠性設(shè)計的目的和任務(wù)

可靠性設(shè)計的目的是在綜合考慮產(chǎn)品的性能、可靠性、費(fèi)用和設(shè)計等因素的基礎(chǔ)上，通過采用相應(yīng)的可靠性設(shè)計技術(shù)，使產(chǎn)品的壽命周期內(nèi)符合所規(guī)定的可靠性要求。

系統(tǒng)可靠性設(shè)計的主要任務(wù)是：通過設(shè)計，基本實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的固有可靠性。說“基本實(shí)現(xiàn)”是因?yàn)樵谝院蟮纳a(chǎn)制造過程中還會影響產(chǎn)品固有可靠性。該固有可靠性是系統(tǒng)所能達(dá)到的可靠性上限。所有的其他因素（如維修性）只能保證系統(tǒng)的實(shí)際可靠性盡可能地接近固有可靠性。可靠性設(shè)計的任務(wù)就是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品可靠性設(shè)計的目的，預(yù)測和預(yù)防產(chǎn)品所有可能發(fā)生的故障。也就是挖掘和確保產(chǎn)品潛在的隱患和薄弱環(huán)節(jié)，通過設(shè)計預(yù)防和設(shè)計改進(jìn)，有效地消除隱患和薄弱環(huán)節(jié)，從而使產(chǎn)品符合規(guī)定的可靠性要求。也可以說可靠性設(shè)計一般有兩種情況：一種是按照給定的目標(biāo)要求進(jìn)行設(shè)計，通常用于新產(chǎn)品的研制和開發(fā)；另一種是對現(xiàn)有定型產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)，應(yīng)用可靠性的設(shè)計方法加以改進(jìn)、提高，達(dá)到可靠性增長的目的。

2、可靠性設(shè)計的基本原則

在可靠性設(shè)計過程中應(yīng)遵循以下原則：

（1）可靠性設(shè)計應(yīng)有明確的可靠性指標(biāo)和可靠性評估方案；

（2）可靠性設(shè)計必須貫穿于功能設(shè)計的各個環(huán)節(jié)，在滿足基本功能的同時，要全面考慮影響可靠性的各種因素；

（3）應(yīng)針對故障模式（即系統(tǒng)、部件、元器件故障或失效的表現(xiàn)形式）進(jìn)行設(shè)計，最大限度地消除或控制產(chǎn)品在壽命周期內(nèi)可能出現(xiàn)的故障（失效）模式；

（4）在設(shè)計時，應(yīng)在繼承以往成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，積極采用先進(jìn)的設(shè)計原理和可靠性設(shè)計技術(shù)。但在采用新技術(shù)、新型元器件、新工藝、新材料之前，必須經(jīng)過試驗(yàn)，并嚴(yán)格論證其對可靠性的影響；

（5）在進(jìn)行產(chǎn)品可靠性的設(shè)計時，應(yīng)對產(chǎn)品的性能、可靠性、費(fèi)用、時間等各方面因素進(jìn)行權(quán)衡，以便做出最佳設(shè)計方案。

3.可靠性要求

可靠性要求是進(jìn)行可靠性設(shè)計、分析、制造、試驗(yàn)、驗(yàn)收的依據(jù)?？煽啃砸蠓譃槎恳蠛投ㄐ鸵髢煞N。 

（1）可靠性的定量要求 可靠性的定量要求是指選擇和確定產(chǎn)品的可靠性參數(shù)、指標(biāo)依據(jù)驗(yàn)證時機(jī)和驗(yàn)證方法，以便在設(shè)計、生產(chǎn)、試驗(yàn)驗(yàn)證和使用過程中用量化的方法來評估或驗(yàn)證產(chǎn)品的可靠性水平。可靠性的定量要求是影響產(chǎn)品可靠性的關(guān)鍵因素。科學(xué)合理的提出可靠性定量要求是保證產(chǎn)品可靠性的必要條件，必須合理明確的確定產(chǎn)品的故障判據(jù)，才能使可靠性定量要求得以正確實(shí)施?？煽啃远恳笞鳛楫a(chǎn)品設(shè)計指標(biāo)的重要組成部分，應(yīng)在產(chǎn)品的研制任務(wù)書或技術(shù)經(jīng)濟(jì)合同中明確規(guī)定。 

可靠性定量要求中的參數(shù)是描述系統(tǒng)可靠性的度量。一般可分為使用可靠性參數(shù)和合同可靠性參數(shù)。使用可靠性參數(shù)反映了使用方對可靠性、可信性、維修人力費(fèi)用及故障資源費(fèi)用方面的要求，一般不宜直接寫進(jìn)合同。合同可靠性參數(shù)是可以由承包商控制的，是用于產(chǎn)品設(shè)計的可靠性參數(shù)，有使用可靠性參數(shù)按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)，經(jīng)使用方和承制方雙方協(xié)商納入合同的可靠性參數(shù)。 

可靠性指標(biāo)是可靠性參數(shù)的量值。對于每一個適用的可靠性參數(shù)均應(yīng)規(guī)定使用目標(biāo)和門限值（Thresbold）（使用值）。在合同中，使用目標(biāo)值應(yīng)轉(zhuǎn)換成規(guī)定值（固有值），門限值應(yīng)轉(zhuǎn)換成最低可接受值（Minimum Acceptablc Value）（固有值）。

使用可靠性指標(biāo)包括了設(shè)計、安裝、質(zhì)量、環(huán)境、使用、維修對產(chǎn)品的影響，而合同可靠性指標(biāo)僅包括設(shè)計、制造的影響。所以，一般情況下同一產(chǎn)品的使用可靠性指標(biāo)要低于合同可靠性指標(biāo)。

對于合同中規(guī)定的定量要求，必須同時明確相應(yīng)的驗(yàn)證要求。驗(yàn)證可以是試驗(yàn)驗(yàn)證、使用驗(yàn)證或綜合評估。

（2）可靠性的定性要求 可靠性的定性要求是指用一種非量化的形式來設(shè)計、評價，以保證產(chǎn)品的可靠性?？煽啃远ㄐ砸罂煞譃樵O(shè)計要求和定性分析要求兩種。 

①定性設(shè)計要求：所謂定性設(shè)計是為滿足產(chǎn)品的可靠性要求而完成的一組可靠性設(shè)計。主要的定性要求見表如下：

②定性分析要求；主要的定性分析要求見表：

可靠性指標(biāo)是定量設(shè)計的尺度依據(jù)，建模、預(yù)計、分配等是可靠性定量設(shè)計的工具和手段；可靠性設(shè)計準(zhǔn)則是定性設(shè)計的重要依據(jù)，故障模式及影響分析是有效的分析手段。在工程設(shè)計工作中，應(yīng)正確地處理定量設(shè)計與定性設(shè)計的關(guān)系，定量設(shè)計應(yīng)與定性設(shè)計有機(jī)地結(jié)合起來。

4.可靠性設(shè)計的主要內(nèi)容 

可靠性設(shè)計是為了在設(shè)計過程中挖掘和確定隱患及薄弱環(huán)節(jié)，并采取設(shè)計預(yù)防和設(shè)計改進(jìn)措施，有效地消除隱患及薄弱環(huán)節(jié)，定量計算和定性分析主要是評價產(chǎn)品現(xiàn)有的可靠性水平和確定薄弱環(huán)節(jié)，而要提高產(chǎn)品的固有可靠性，只能通過各種具體的可靠性設(shè)計來實(shí)現(xiàn)。 

可靠性設(shè)計的主要內(nèi)容概括起來可以有以下幾個方面：

（1）建立可靠性模型，進(jìn)行可靠性指標(biāo)的預(yù)計和分配。要進(jìn)行可靠性預(yù)計和分配，首先應(yīng)建立產(chǎn)品的可靠性模型。而為了選擇方案、預(yù)測產(chǎn)品的可靠性水平、找出薄弱環(huán)節(jié)，以及逐步合理地將可靠性指標(biāo)分配到產(chǎn)品的各個層面上去，就應(yīng)在產(chǎn)品的設(shè)計階段，反復(fù)多次地進(jìn)行可靠性指標(biāo)的預(yù)計和分配。隨著技術(shù)設(shè)計的不斷深入和成熟，建模和可靠性指標(biāo)分配、預(yù)計也應(yīng)不斷地修改和完善。

（2）進(jìn)行各種可靠性分析。諸如故障模式影響和危機(jī)度分析、故障樹分析、熱分析、容差分析等。以發(fā)泄和確定薄弱環(huán)節(jié)，在發(fā)泄了隱患后通過改進(jìn)設(shè)計，從而消除隱患和薄弱環(huán)節(jié)。

（3）采取各種有效的可靠性設(shè)計方法。如制定和貫徹可靠性設(shè)計準(zhǔn)則、降額設(shè)計、冗余設(shè)計、簡單設(shè)計、熱設(shè)計、耐環(huán)境設(shè)計等，并把這些可靠性設(shè)計方法和產(chǎn)品的性能設(shè)計工作結(jié)合起來，減少產(chǎn)品故障的發(fā)生，最終實(shí)現(xiàn)可靠性的要求。