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        可靠性的概念解析

        2022-02-17 15:51??? ???

          我們總是會說:某某公司的東西“好用”;某某公司的產品“質量好”;我也會經常抱怨某某系統“不穩定”;某某公司的產品“不可靠”;某產品或者部件 “容易壞” ;某某品牌的東西“保養麻煩”。這些問題用戶或者管理人員一般都會把他們簡單歸集為“質量問題”、 “可靠性問題”或者“隱含需求”。但是嚴格追溯起來,這些問題其實往往屬于好幾個不同類型的問題。技術人員有必須先科學的對問題分類,才能在問題發生的階段去專題解決問題。

          與可靠性相關的概念有以下幾個:

          1、可靠性

          可靠性只指產品在規定條件下和規定時間區間內完成功能的能力。這是國家標準中給出的定義。標準的作用是用來衡量一個產品的好壞。那么怎么如何評價一個產品可靠性的好壞呢?這就需要對這個定義進行度量。

          一般來說“規定條件下”是恒定不變且長期保持的,是不具備度量條件的。首先一個產品的“功能”基本完整才可能被視為可用的產品,也不具備度量條件。因此可度量的就只剩下“時間”和“能力“。而能力是個很寬泛的概念,比較通行的度量的能力的辦法就是”概率“。因此這個定義可以近似等效為:“在固定條件下和規定時間區間內保持功能完好的概率”或者”在固定條件下所有產品平均保持功能完好所持續的時間 (失效概率為50%)“。

          這就引出了衡量可靠性的兩個參數:失效概率“和”平均無故障時間“。且這兩個參數是互為相反數。值得注意的是,如果“規定條件”發生變化,是允許可靠性下降的,但下降的趨勢也是可靠性設計的需要關注指標。

          本文主要講可靠性,這些概念后面還會被多次用到。

          

        可靠性

         

          2、可用性

          我們經常會聽到客戶抱怨你的設備不穩定、不好用、不方便等等。用戶最終會抱怨是設備不可靠,不穩定。其實準確的說這些都是可用性問題。

          可用性的定義是:在要求的外部資源得到保證的前提下,產品在規定的條件下和規定的時刻或時間區間內處于可執行規定功能狀態的能力。它是產品可靠性、維修性和維修保障性的綜合反映。因此可用性是包含了可靠性的。

          可用性與可靠性的關聯在于都必須考慮設備的應用環境。但是可靠性更關注的是在這個環境中能用多久(用概率表現的時間),而可用性則反應的是能不能用?能不能用好?以及能不能達到用戶的期望?可用性需要考慮客戶在合理的使用條件下能完全正常的工作。比如筆記本電腦,顯然是可能被用戶帶出國,那么筆記本電腦在不同國家的電網的額定電壓條件下能否正常工作就是一個重要的可用性指標;臺式電腦基本就不需要考慮這種問題。埋在地下的電纜,顯然有必要考慮被老鼠啃食的問題。這些都是可用性問題。而可靠性一般只用考慮額定條件下的使用時間,兼顧非正常條件下的降效指標即可。

          比如說某個設備的操作員突然由一個男士變成一個女士,設備由于沒有考慮到操作員的身高和力量的差異,導致女士操作的頻次比男士低很多,而引起系統的運行效率下降,我們可以據此就認為設備的可用性不好。但是由于女士操作的頻次下降卻很可能使設備的可靠性提高了。

          再舉個例子,某個產品標稱值為額定電壓12,輸入電壓范圍為10V~15V,平均無故障時間(MTBF)為3000小時。那么它隱含的意義是期望在12V條件下工作3000小時,其失效概率低于50%(估算值)。并沒有保證客戶在輸入15V條件下也能持續工作3000小時。當然這個參數在實際中也不會差距太大(主要與產品壽命分布有關)。但如果產品提供者和使用者沒有就這個問題溝通清楚的話,會給雙方都帶來很大的困擾。這就不再是可靠性問題而變成一個可用性的問題了:“用戶實際需要的供電模式是什么?”

          

        可靠性

         

          3、安全性

          很顯然,在相同條件下更可靠的設備也更安全。但是安全性與可靠性依然是兩個不同的概念,有時候甚至是矛盾的。舉例來說:核電站的要求的失效概率達到10-8~10-9以上(SIL5級)。這樣的標準要求如果換算成MTBF,沒有任何一個電子設備有可能達到這樣的指標。但通過多個電子設備的并聯、冗余、監視、保護等措施達到這一標準卻是可能的。而新增加的這些保護、冗余等設備事實上會降低整個核電站的平均無故障時間。

          為了解決安全性與可靠性的矛盾,許多應用場景會定義不同等級條件下的可靠性指標。比如地鐵車輛的規定:發生A類故障(人身安全事故)的MTBF大于1百萬小時、發生B類故障(停止運營)的MTBF大于10萬小時;發生C類故障(更換維修)的MTBF大于1萬小時。

          4、可維護性

          從“1.1可靠性指標的定義”節內容可以看到,通過合理設計“可維修的部件”可以有效提高系統壽命(注意與MTBF的區別)。但是對于用戶而言任何更換維護都意味著成本,即使是免費更換也要占用用戶的時間成本。維護成本是設備全生命周期成本(LCC)的重要組成部分。因此在設計時應盡可能少的設計“可維修的部件”,迫不得已必須設計的也要盡可能的方便維護,使維護的時間和花費降低到最小。

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