與可靠性相關的概念有以下(xià)幾個:
1、可靠性
可靠性隻指産品在規定條件下(xià)和規定時間區間内完成功能的能力。這是國家标準中(zhōng)給出的定義。标準的作用是用來衡量一(yī)個産品的好壞。那麽怎麽如何評價一(yī)個産品可靠性的好壞呢?這就需要對這個定義進行度量。
一(yī)般來說“規定條件下(xià)”是恒定不變且長期保持的,是不具備度量條件的。首先一(yī)個産品的“功能”基本完整才可能被視爲可用的産品,也不具備度量條件。因此可度量的就隻剩下(xià)“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爲:“在固定條件下(xià)和規定時間區間内保持功能完好的概率”或者”在固定條件下(xià)所有産品平均保持功能完好所持續的時間 (失效概率爲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“。且這兩個參數是互爲相反數。值得注意的是,如果“規定條件”發生(shēng)變化,是允許可靠性下(xià)降的,但下(xià)降的趨勢也是可靠性設計的需要關注指标。
本文主要講可靠性,這些概念後面還會被多次用到。
2、可用性
我(wǒ)們經常會聽(tīng)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。其實準确的說這些都是可用性問題。
可用性的定義是:在要求的外(wài)部資(zī)源得到保證的前提下(xià),産品在規定的條件下(xià)和規定的時刻或時間區間内處于可執行規定功能狀态的能力。它是産品可靠性、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(zhōng)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(xià)能完全正常的工(gōng)作。比如筆記本電腦,顯然是可能被用戶帶出國,那麽筆記本電腦在不同國家的電網的額定電壓條件下(xià)能否正常工(gōng)作就是一(yī)個重要的可用性指标;台式電腦基本就不需要考慮這種問題。埋在地下(xià)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(yī)般隻用考慮額定條件下(xià)的使用時間,兼顧非正常條件下(xià)的降效指标即可。
比如說某個設備的操作員(yuán)突然由一(yī)個男士變成一(yī)個女士,設備由于沒有考慮到操作員(yuán)的身高和力量的差異,導緻女士操作的頻(pín)次比男士低很多,而引起系統的運行效率下(xià)降,我(wǒ)們可以據此就認爲設備的可用性不好。但是由于女士操作的頻(pín)次下(xià)降卻很可能使設備的可靠性提高了。
再舉個例子,某個産品标稱值爲額定電壓12,輸入電壓範圍爲10V~15V,平均無故障時間(MTBF)爲3000小(xiǎo)時。那麽它隐含的意義是期望在12V條件下(xià)工(gōng)作3000小(xiǎo)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(xià)也能持續工(gōng)作3000小(xiǎo)時。當然這個參數在實際中(zhōng)也不會差距太大(dà)(主要與産品壽命分(fēn)布有關)。但如果産品提供者和使用者沒有就這個問題溝通清楚的話(huà),會給雙方都帶來很大(dà)的困擾。這就不再是可靠性問題而變成一(yī)個可用性的問題了:“用戶實際需要的供電模式是什麽?”
3、安全性
很顯然,在相同條件下(xià)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)。這樣的标準要求如果換算成MTBF,沒有任何一(yī)個電子設備有可能達到這樣的指标。但通過多個電子設備的并聯、冗餘、監視、保護等措施達到這一(yī)标準卻是可能的。而新增加的這些保護、冗餘等設備事實上會降低整個核電站的平均無故障時間。
爲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(xià)的可靠性指标。比如地鐵車(chē)輛的規定:發生(shēng)A類故障(人身安全事故)的MTBF大(dà)于1百萬小(xiǎo)時、發生(shēng)B類故障(停止運營)的MTBF大(dà)于10萬小(xiǎo)時;發生(shēng)C類故障(更換維修)的MTBF大(dà)于1萬小(xiǎo)時。
4、可維護性
從“1.1可靠性指标的定義”節内容可以看到,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的區别)。但是對于用戶而言任何更換維護都意味着成本,即使是免費(fèi)更換也要占用用戶的時間成本。維護成本是設備全生(shēng)命周期成本(LCC)的重要組成部分(fēn)。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(fèi)降低到最小(xiǎo)。