產品的可靠性是與“規定的功能”緊密相聯的。“規定的功能”就是產品的性能指標,如儀器儀表的精度、靈敏度、線性度、重復性等靜態指標和幅頗特性、相頻特性等動態指標。又如電阻器的阻值、功率、溫度系數、精度;電容器的容量、損耗角正切、絕緣電阻、耐壓、精度;晶體管的放大倍數、反向漏電流;電子計算機的運算速度、字長、容量、指令數;雷達的距離分辨力,測角和測速數顯角度測量儀精度、脈沖峰值功率、跟蹤速度;通信機的頻率范圍、輸出功率、通信距離、調制度、信道、失真度、保彩性、兼容性、機動性等。產品的可靠性可以針對產品完成某種功能而旨,也可以針對其多種功能綜合而言。如果產品不能完成規定的功能,則稱產品發生故障或失效,相應的各項性能指標稱為故障判據或失效判據。因此,在討論具體產品的可靠性時,必須對產品的故障判據標準加以明確規定。
在可靠性中所研究的產品是各種各樣的,需要用不同的數量指標,在同定量地研究儀器儀表工作性能時,需要用量程、分辨率、線性度等數量指標一樣。用于度量產品可靠性高低的數量指標稱為可靠性特征量。常用的可靠性持征量有可靠度、失效分布函數、失效密度、失效率以及平均壽命、壽命標準差等。
有了可靠性待征量,對各種產品的可靠性就有了明確的要求。在設計和制造產品時,可以利用各種數學方法計算印預計它們的可靠性。在產品制造出來后,可以按一定的試驗方法,通過一些持征量定量地評定產品的可靠性,可以準確地對產品的可靠性進行定量比較。
可靠性特征量的理論值稱為真值,它完全由失效的數學模型所決定,它是客觀存在的,卻是未知的。我們只能通過有限個觀測數據,經一定的計算得到其估計值,稱此為可靠性特征量的觀測值。可靠性是評價產品質量的—項重要標準,按國標GB 3187—82,可靠性是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。
產品的可靠性首先受“規定的條件”的制約。顯然,環境條件(溫度、濕度、氣壓、振動、噪聲等)、負載條件(工作電壓、電流、應力)、工作方式(連續工作、間斷工作、狀態轉換),貯存條件和維護條件都直接影響產品的可靠性。對有人參與工作的產品,人的技術操作,即“人機關系”也影響著產品的可靠性,人的技能越差,情緒波動越大,可靠性就越低。
產品的可靠性是與“規定的時間”相關的。—‘般說來,儀器儀表中的電器元件經過老化篩選,機械零部件經過跑合,整機經過調試者煉,產品經過一段較長時間的穩定使用后,其可靠性水平便隨時間的增長而降低。時間越長,可靠性越差,故障(失效)越多。所以一定的可靠性是對一定時間而言的,有些產品的可靠性雖然不是與時間相關,但也可以用某種類似時間的單位,如開關、繼電器的動作次數,材料承受交變應力的循環次數等,作為廣義時間來理解。
可靠度是產品在規定的條件下和規定的時間內,完成規定功能的概率。對不可修復產品,把它從開始工作到首次失效前的工作時間了稱為壽命,對可修復產品,它的壽命是指兩次相鄰故障之間的工作時間,也稱無故障工作時間。由于產品發生失效是一隨機事件,所以壽命T是一個隨機變量。設規定的時間為‘,顯然以下三個隨機事件是等價的:“產品在‘內完成規定的功能”,“產品在時間‘內無故障”,“產品的壽命7大于‘”,于是產品的可靠性特征量一般都是未知的,為了解一批產品的可靠性特征量,需要進行壽命試驗,但可靠性壽命試驗常常是破壞性的,所以只能從這批產品中隨機拙取部分產品進行試驗。如果隨機抽取丁付個產品,測得其壽命分別為了小“,T”,稱這N個數據是大小為川的‘個隨機樣本,由于樣本的抽取是隨機的,因此每個7\都可以看成隨機變量,對某次抽樣觀測得到了的一組確定值心,稱為樣本觀測值。
在早期失效期,產品失效率高,失效率隨時間增加迅速下降。當剔除早期廢次品之后,失效率很快趨于穩定。早期失效率主要由元器件、材料缺陷和生產工藝不良引起,也可能由于生產設備故障,操作人員粗心大意,質量檢驗不嚴格等原因。新研制產品的早期失效率一般比老產品高,設計者的主要任務是找出失效原因,消除大部分早期失效因素,提高產品的可靠性。
在偶然失效期,產品的失效率低而且穩定,近似為常數,持續時間較長。產品的偶然失效期就是產品可靠工作的時期,這個時期的失效是偶然因索引起的,通常是產品設計裕度不夠,造成產品的隨機失效。研究這一時期的失效因素,對提高產品的可靠性具有重要意義。耗損失效期出現在產品使用的后期,由于老化,疲勞,損耗等引起產品的耗損失效,失效率隨時間的增加而上升,故這時期又稱為“衰老期”。若能事先估計耗損失效開始時間,當某種元器件失效率已超過允許值時,就進行更換或維修,推遲耗損失效期的到來。另“類常用的可靠性特征量”與失效時間有關,通稱為壽命持征量,其中最常用的是平均壽命。