可靠性的概念解析

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我們總是會說：某某公司的東西“好用”;某某公司的產(chǎn)品“質(zhì)量好”;我也會經(jīng)常抱怨某某系統(tǒng)“不穩(wěn)定”;某某公司的產(chǎn)品“不可靠”;某產(chǎn)品或者部件 “容易壞” ;某某品牌的東西“保養(yǎng)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(zhì)量問題”、 “可靠性問題”或者“隱含需求”。但是嚴(yán)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(shù)人員有必須先科學(xué)的對問題分類，才能在問題發(fā)生的階段去專題解決問題。

與可靠性相關(guān)的概念有以下幾個：

　　1、可靠性

　　可靠性只指產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間區(qū)間內(nèi)完成功能的能力。這是國家標(biāo)準(zhǔn)中給出的定義。標(biāo)準(zhǔn)的作用是用來衡量一個產(chǎn)品的好壞。那么怎么如何評價一個產(chǎn)品可靠性的好壞呢?這就需要對這個定義進(jìn)行度量。

　　一般來說“規(guī)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(chǎn)品的“功能”基本完整才可能被視為可用的產(chǎn)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(guī)定時間區(qū)間內(nèi)保持功能完好的概率”或者”在固定條件下所有產(chǎn)品平均保持功能完好所持續(xù)的時間 (失效概率為50%)“。

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

　　本文主要講可靠性，這些概念后面還會被多次用到。

　　2、可用性

　　我們經(jīng)常會聽到客戶抱怨你的設(shè)備不穩(wěn)定、不好用、不方便等等。用戶最終會抱怨是設(shè)備不可靠，不穩(wěn)定。其實準(zhǔn)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(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時刻或時間區(qū)間內(nèi)處于可執(zhí)行規(guī)定功能狀態(tài)的能力。它是產(chǎn)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(guān)聯(lián)在于都必須考慮設(shè)備的應(yīng)用環(huán)境。但是可靠性更關(guān)注的是在這個環(huán)境中能用多久(用概率表現(xiàn)的時間)，而可用性則反應(yīng)的是能不能用?能不能用好?以及能不能達(dá)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(wǎng)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(biāo);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(biāo)即可。

　　比如說某個設(shè)備的操作員突然由一個男士變成一個女士，設(shè)備由于沒有考慮到操作員的身高和力量的差異，導(dǎo)致女士操作的頻次比男士低很多，而引起系統(tǒng)的運行效率下降，我們可以據(jù)此就認(rèn)為設(shè)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(shè)備的可靠性提高了。

　　再舉個例子，某個產(chǎn)品標(biāo)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(xù)工作3000小時。當(dāng)然這個參數(shù)在實際中也不會差距太大(主要與產(chǎn)品壽命分布有關(guān))。但如果產(chǎn)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?”

　　3、安全性

　　很顯然，在相同條件下更可靠的設(shè)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(dá)到10-8～10-9以上(SIL5級)。這樣的標(biāo)準(zhǔn)要求如果換算成MTBF，沒有任何一個電子設(shè)備有可能達(dá)到這樣的指標(biāo)。但通過多個電子設(shè)備的并聯(lián)、冗余、監(jiān)視、保護(hù)等措施達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)卻是可能的。而新增加的這些保護(hù)、冗余等設(shè)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(yīng)用場景會定義不同等級條件下的可靠性指標(biāo)。比如地鐵車輛的規(guī)定：發(fā)生A類故障(人身安全事故)的MTBF大于1百萬小時、發(fā)生B類故障(停止運營)的MTBF大于10萬小時;發(fā)生C類故障(更換維修)的MTBF大于1萬小時。

　　4、可維護(hù)性

　　從“1.1可靠性指標(biāo)的定義”節(jié)內(nèi)容可以看到，通過合理設(shè)計“可維修的部件”可以有效提高系統(tǒng)壽命(注意與MTBF的區(qū)別)。但是對于用戶而言任何更換維護(hù)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(hù)成本是設(shè)備全生命周期成本(LCC)的重要組成部分。因此在設(shè)計時應(yīng)盡可能少的設(shè)計“可維修的部件”，迫不得已必須設(shè)計的也要盡可能的方便維護(hù)，使維護(hù)的時間和花費降低到最小。