可靠性设计的理解

可靠性设计的理解

可靠性是指产品在规定条件下，在一定时间内正常工作的能力。在产品设计和制造中，必须考虑到材料的质量、工艺的稳定性以及系统的可靠性设计，以确保产品的长期稳定运行，减少故障率，提高客户满意度和品牌信誉。在可靠性设计时经常会涉及两个关键性的概念，平均无故障时间（MTBF）和寿命。

设备平均无故障时间（MTBF）是指“可修复产品“在相邻两次故障之间工作时间的数学期望值。对于这个定义有几点值得推敲：

a.虽然这个指标定义是一个统计值，是衡量整个设备总体性能的，理论上说在系统设计时需要对设备的各个部分进行可靠性指标分解，即所有的单个部件的失效概率应该比整机的失效概率低很多才能保证整机的失效概率大于需求的指标。但是在实际设计中由于“短板效应”的存在，绝大多数电子设备的平均无故障时间（MTBF）都是由于设备中寿命最短的那几个部件所决定的。

b.对于不修复产品，其产品寿命就等于设备平均无故障时间。

c.对于“可修复产品”，其产品寿命由其不可修复的部件的最短寿命决定其设备寿命。

再进一步引申：改善一个产品MTBF指标的关键点就在于提高设备部件寿命的瓶颈。而改善一个产品寿命指标的关键是将某些寿命瓶颈部件变成“可维修的部件”。举例来说：对于一辆汽车而言，如果以整车来看其平均无故障时间（无故障里程）是超过15000公里或者12个月，这显然是由机油这个部件的寿命来决定的。但是因为运行更换机油、更换刹车、皮带等保养措施的存在，一辆车的设计寿命可以达到20年；电脑的显示屏和硬盘的MTBF显然是低于其他部件的，因此电脑销售时这两个部件的质保期也经常会单列。

比如在激光加工设备中，光源显然是属于整机的寿命瓶颈，设计时就需要将其设计为“可修复单元”。因此需要为其设计为方便的维修方式，如果更换一个光源需要把整个激光加工生产线都拆了，这样造成的长时间停工是很难让用户接受的。对于公司售后维护来说也将是沉重的负担和风险。

另外，针对系统使用及运输环境，为增强系统在转移、运输等过程中的防冲击，防尘防雨等能力。系统主要部件配备航空箱，具有防止运输过程中颠簸造成设备损坏的安全措施。同时，可靠性设计决定产品的固有可靠性，为达到可靠性指标要求，在产品设计的全过程中，必须按如下各个方面进行控制。

a.简化设计

设计上力求简化，即使用尽可能少的组件实现预期的功能。最大限度采用成熟器件，避免使用未经充分验证过的器件。在不减少设备功能的情况下，尽量简化方案，优化设计，提高集成度。同时应充分发挥计算机的作用，能用软件实现的功能则不用硬件。

b.裕度设计

为了在各种环境条件下保证产品指标满足使用要求，各单元的指标要求应比整机的指标要求有一定的富裕量。同时，保证元器件的参数变化不会超过电路正常功能所允许的范围，设计电路一般工作状态要有20%~30%的裕度。

c.软件的可靠性设计

模拟设备的许多功能都是由软件实现的，所以在设计过程中对软件的可靠性我们充分重视。在研制过程中，对软件开发应实行软件工程化管理。