超越“降額” – 值得現(xiàn)代工程師參考的可靠性概念
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第1個(gè)區(qū)段描述了裝置的失敗率。只要在生產(chǎn)裝置中進(jìn)行若干測(cè)試，就可以把故障率降低到一個(gè)在實(shí)際運(yùn)行中可以接受的水平。第2個(gè)區(qū)段描述了實(shí)際工作壽命中有可能出現(xiàn)的隨機(jī)故障。它們與時(shí)間無關(guān)，有關(guān)裝置也不會(huì)預(yù)先替換，一般都會(huì)在發(fā)生故障時(shí)才會(huì)被替換。第3個(gè)區(qū)段顯示了裝置的壽命接近終結(jié)而開始出現(xiàn)損耗。假如不加以替換，有一半產(chǎn)品都會(huì)在壽命中期開始失效。
圖3
可靠性組合
故障率 (可靠性的一種指標(biāo)) 已不單單與電氣或熱應(yīng)力有關(guān)，同時(shí)也與硬件、軟件/邏輯及傳輸媒體相互影響。降額是指在制造廠商針對(duì)環(huán)境或使用情況而定出的最大限制下對(duì)元件施加應(yīng)力的做法，而該做法已不再是加強(qiáng)可靠性的良方妙法。它只是在最廣泛的程度上有條不紊控制產(chǎn)品質(zhì)量的一種要素。
這方面的最大挑戰(zhàn)，是只能夠在同一段時(shí)間內(nèi)一個(gè)元件降額；而且由于制造廠商的數(shù)據(jù)冊(cè)逐漸變成了只提供“最低定義”的責(zé)任文件，設(shè)計(jì)員必須在元件中內(nèi)置額外的緩沖 – 這不但增加了成本，還有可能降低產(chǎn)品的性能表現(xiàn)。
高可靠性產(chǎn)品 (軍事及宇航) 一般都會(huì)使用獨(dú)立鑒定的零件。不過，這樣不但增加了成本，也拖長了產(chǎn)品推出市場(chǎng)的時(shí)間。假如基于可靠性和質(zhì)量來設(shè)計(jì)產(chǎn)品，無疑是更經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的方法。針對(duì)可靠性的設(shè)計(jì)必須對(duì)故障模式有充分了解，同時(shí)選擇成本最少的硬件冗余、軟件控制及傳輸媒體組合，從而達(dá)到甚至超越可靠性目標(biāo)。產(chǎn)品鑒定包括了解故障機(jī)制，并且設(shè)計(jì)出一套完善的鑒定計(jì)劃，務(wù)求在限定的成本和時(shí)間內(nèi)，對(duì)有關(guān)可靠性的預(yù)測(cè)作出精確的驗(yàn)證。
針對(duì)可靠性的設(shè)計(jì)
可靠性設(shè)計(jì)是指通過平衡硬件、固件和軟件分配，務(wù)求以最低成本實(shí)現(xiàn)理想的可靠性表現(xiàn)。工程師應(yīng)該緊記，硬件的可靠性是在元件壽命終結(jié)時(shí)的一個(gè)時(shí)間函數(shù)，軟件的可靠性則是一個(gè)成本函數(shù)。軟件一般都沒有耗損機(jī)制。
假如要以最少成本、在最短時(shí)間內(nèi)達(dá)到預(yù)期的可靠性目標(biāo)，就必須充分利用設(shè)計(jì)分析、故障模擬和工程判斷的重要資料。強(qiáng)大的設(shè)計(jì)技術(shù)包括為易受損元件提供冗余，同時(shí)意識(shí)到每個(gè)元件的可靠性都與整體可靠性密不可分。合適的話，可以利用硬件或軟件把監(jiān)察與控制功能加入元件設(shè)計(jì)中，為元件提供周全的應(yīng)力保護(hù)。
靈巧的工程設(shè)計(jì)還會(huì)考慮到終端應(yīng)用環(huán)境的設(shè)計(jì)決定。比方說，一枚導(dǎo)彈與一臺(tái)洗衣機(jī)的設(shè)計(jì)需求顯然有著天壤之別。導(dǎo)彈要在短時(shí)間內(nèi)發(fā)揮強(qiáng)大的性能；相反，洗衣機(jī)卻需要針對(duì)數(shù)以百計(jì)的運(yùn)行周期提供最完美的耐久性。兩者的需求在根本上截然不同。
可靠性的增長
圖4
如圖4所示，每個(gè)產(chǎn)品壽命周期都包含不同階段的轉(zhuǎn)變，由原型到開發(fā)，再由開發(fā)到生產(chǎn)，過程中的可靠性會(huì)不斷增長。換句話說，每項(xiàng)設(shè)計(jì)在其壽命周期中，可靠性都會(huì)增加，而成本則會(huì)下降。這反映了可靠性的增長不單是設(shè)計(jì)工程師的責(zé)任而已。
評(píng)論