中心議題：

• 故障模式與機製
• 可靠性組合
• 針對可靠性的設計

解決方案：

• 在生產裝置中進行若幹測試
• 針對可靠性的設計必須對故障模式有充分了解
• 充分利用設計分析、故障模擬和工程判斷

“可靠性”這個詞彙對於不同的人士來說可能有著不同意義，但廣泛來講
，底線往往在於成本。可靠性能夠滿足人的期望，它可能基於廣告宣傳、技ji術shu規gui格ge或huo合he同tong
，也ye可ke能neng與yu工gong程cheng師shi以yi外wai的de很hen多duo人ren士shi息xi息xi相xiang關guan。例li如ru在zai社she會hui經jing濟ji學xue的de層ceng麵mian上shang，我wo們men的de生sheng態tai係xi統tong以yi道dao德de及ji倫lun理li為wei基ji礎chu。雖sui然ran工gong程cheng師shi必bi須xu遵zun守shou雇gu主zhu定ding下xia的de行xing為wei標biao準zhun，但dan是shi從cong個ge人ren品pin德de的de立li場chang而er言yan，道dao德de規gui範fan可ke能neng比bi經jing濟ji效xiao益yi更geng加jia重zhong要yao。曆li史shi常chang常chang告gao訴su我wo們men，任ren何he文wen明ming都dou不bu能neng單dan憑ping經jing濟ji基ji礎chu而er持chi久jiu。完wan整zheng的de可ke靠kao性xing概gai念nian才cai是shi關guan鍵jian所suo在zai。

隨sui著zhe人ren們men逐zhu漸jian關guan注zhu到dao產chan品pin製zhi造zao和he棄qi置zhi對dui環huan境jing帶dai來lai的de影ying響xiang
，消xiao費fei者zhe的de目mu光guang也ye由you最zui低di采cai購gou成cheng本ben轉zhuan移yi到dao最zui低di擁yong有you成cheng本ben。無wu金jin錢qian或huo環huan境jing處chu罰fa而er頻pin繁fan更geng換huan低di質zhi量liang產chan品pin的de年nian代dai已yi經jing一yi去qu不bu複fu返fan。相xiang反fan，講jiang求qiu可ke靠kao性xing的de設she計ji在zai今jin天tian的de價jia值zhi生sheng態tai係xi統tong中zhong變bian得de尤you為wei重zhong要yao。

故障模式與機製

要達到令人滿意的可靠性，便需要對故障模式與機製有充分的理解。故障模式說明了一個零件如何失效，也就是造成故障的“應力”。故障機製反映了零件的強度如何在不同的應力下被減弱。透過故障模式分析
，我們可以歸納出故障的成因，從而改善產品的可靠性
；明白了故障的機製後，我們又懂得選擇合適的鑒定試驗去驗證某項應用的可靠性。

故障模式的分類如下：
*電氣性
*災難性(破壞性)
*功能性–元件不能夠提供正確的輸出數據或信號
*參量性–電流或電壓超出允許誤差
*編程–非揮發性記憶體元件不能夠做出正常響應
*時序–例如由於傳播延遲
、讀/寫時間、升降時間及建立時間不符合規格而造成故障
*機械性–例如引線受損、封裝破裂
、汙染
*外觀–例如標記難以辨認
*行政管理–例如產品、數量
、封裝
、方向
、日期和代碼出現錯誤

故障機製的分類如下：
*物理故障
*與時間有關的介質擊穿
*負偏壓溫度不穩定
*電子漂移
*熱載流子注入
*輻射故障(反應器、空間)
*中子
*Beta粒子
*伽馬

分析和預測

可(ke)用(yong)信(xin)息(xi)能(neng)夠(gou)估(gu)算(suan)出(chu)故(gu)障(zhang)概(gai)率(lv)，卻(que)無(wu)法(fa)提(ti)供(gong)實(shi)際(ji)故(gu)障(zhang)數(shu)據(ju)，這(zhe)是(shi)實(shi)施(shi)可(ke)靠(kao)性(xing)工(gong)程(cheng)的(de)一(yi)大(da)挑(tiao)戰(zhan)。一(yi)般(ban)來(lai)說(shuo)
，用(yong)上(shang)幾(ji)千(qian)小(xiao)時(shi)去(qu)測(ce)試(shi)一(yi)個(ge)裝(zhuang)置(zhi)的(de)做(zuo)法(fa)是(shi)不(bu)切(qie)實(shi)際(ji)的(de)，所(suo)以(yi)我(wo)們(men)通(tong)常(chang)無(wu)法(fa)得(de)到(dao)一(yi)個(ge)元(yuan)件(jian)或(huo)係(xi)統(tong)在(zai)實(shi)際(ji)壽(shou)命(ming)中(zhong)的(de)測(ce)試(shi)數(shu)據(ju)。新(xin)產(chan)品(pin)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)數(shu)據(ju)往(wang)往(wang)等(deng)於(yu)零(ling)
，然(ran)而(er)這(zhe)並(bing)不(bu)代(dai)表(biao)有(you)關(guan)產(chan)品(pin)永(yong)遠(yuan)不(bu)會(hui)出(chu)現(xian)故(gu)障(zhang)。雖(sui)然(ran)以(yi)更(geng)高(gao)溫(wen)度(du)加(jia)快(kuai)壽(shou)命(ming)測(ce)試(shi)或(huo)許(xu)能(neng)提(ti)供(gong)恰(qia)如(ru)其(qi)分(fen)的(de)實(shi)驗(yan)數(shu)據(ju)，不(bu)過(guo)該(gai)實(shi)驗(yan)前(qian)提(ti)包(bao)括(kuo)了(le)活(huo)化(hua)能(neng)量(liang)恒(heng)久(jiu)不(bu)變(bian)的(de)假(jia)設(she)，而(er)在(zai)實(shi)際(ji)情(qing)況(kuang)下(xia)，它(ta)是(shi)電(dian)壓(ya)和(he)溫(wen)度(du)的(de)一(yi)個(ge)函(han)數(shu)(圖1)。這限製了加快的壽命測試在預測可靠性方麵的準確度。因此，現場故障的監察及反饋對提高產品可靠性的預測能力十分重要。

　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖１

　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖2

圖2顯示了在某時段內的累積故障。這個概念在常用的產品故障曲線(又稱浴盆曲線)中得到進一步的展示(圖3)。有關曲線包含3個(ge)清(qing)晰(xi)的(de)區(qu)段(duan)，每(mei)個(ge)區(qu)段(duan)都(dou)包(bao)含(han)了(le)若(ruo)幹(gan)有(you)可(ke)能(neng)造(zao)成(cheng)故(gu)障(zhang)的(de)因(yin)素(su)，也(ye)牽(qian)涉(she)某(mou)些(xie)人(ren)士(shi)。他(ta)們(men)可(ke)以(yi)因(yin)為(wei)某(mou)些(xie)行(xing)動(dong)而(er)影(ying)響(xiang)了(le)客(ke)戶(hu)對(dui)可(ke)靠(kao)性(xing)的(de)理(li)解(jie)。
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第1個區段描述了裝置的失敗率。隻要在生產裝置中進行若幹測試
，就可以把故障率降低到一個在實際運行中可以接受的水平。第2gequduanmiaoshuleshijigongzuoshoumingzhongyoukenengchuxiandesuijiguzhang。tamenyushijianwuguan，youguanzhuangzhiyebuhuiyuxiantihuan，yibandouhuizaifashengguzhangshicaihuibeitihuan。di3個區段顯示了裝置的壽命接近終結而開始出現損耗。假如不加以替換
，有一半產品都會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)已不單單與電氣或熱應力有關
，同時也與硬件、軟件/邏(luo)輯(ji)及(ji)傳(chuan)輸(shu)媒(mei)體(ti)相(xiang)互(hu)影(ying)響(xiang)。降(jiang)額(e)是(shi)指(zhi)在(zai)製(zhi)造(zao)廠(chang)商(shang)針(zhen)對(dui)環(huan)境(jing)或(huo)使(shi)用(yong)情(qing)況(kuang)而(er)定(ding)出(chu)的(de)最(zui)大(da)限(xian)製(zhi)下(xia)對(dui)元(yuan)件(jian)施(shi)加(jia)應(ying)力(li)的(de)做(zuo)法(fa)，而(er)該(gai)做(zuo)法(fa)已(yi)不(bu)再(zai)是(shi)加(jia)強(qiang)可(ke)靠(kao)性(xing)的(de)良(liang)方(fang)妙(miao)法(fa)。它(ta)隻(zhi)是(shi)在(zai)最(zui)廣(guang)泛(fan)的(de)程(cheng)度(du)上(shang)有(you)條(tiao)不(bu)紊(wen)控(kong)製(zhi)產(chan)品(pin)質(zhi)量(liang)的(de)一(yi)種(zhong)要(yao)素(su)。

這方麵的最大挑戰
，是隻能夠在同一段時間內一個元件降額
；而且由於製造廠商的數據冊逐漸變成了隻提供“最低定義”的責任文件，設計員必須在元件中內置額外的緩衝–這不但增加了成本，還有可能降低產品的性能表現。

高可靠性產品(軍事及宇航)一(yi)般(ban)都(dou)會(hui)使(shi)用(yong)獨(du)立(li)鑒(jian)定(ding)的(de)零(ling)件(jian)。不(bu)過(guo)，這(zhe)樣(yang)不(bu)但(dan)增(zeng)加(jia)了(le)成(cheng)本(ben)，也(ye)拖(tuo)長(chang)了(le)產(chan)品(pin)推(tui)出(chu)市(shi)場(chang)的(de)時(shi)間(jian)。假(jia)如(ru)基(ji)於(yu)可(ke)靠(kao)性(xing)和(he)質(zhi)量(liang)來(lai)設(she)計(ji)產(chan)品(pin)，無(wu)疑(yi)是(shi)更(geng)經(jing)濟(ji)實(shi)惠(hui)的(de)方(fang)法(fa)。針(zhen)對(dui)可(ke)靠(kao)性(xing)的(de)設(she)計(ji)必(bi)須(xu)對(dui)故(gu)障(zhang)模(mo)式(shi)有(you)充(chong)分(fen)了(le)解(jie)，同(tong)時(shi)選(xuan)擇(ze)成(cheng)本(ben)最(zui)少(shao)的(de)硬(ying)件(jian)冗(rong)餘(yu)

、ruanjiankongzhijichuanshumeitizuhe

，congerdadaoshenzhichaoyuekekaoxingmubiao。chanpinjiandingbaokuolejieguzhangjizhi，bingqieshejichuyitaowanshandejiandingjihua，wuqiuzaixiandingdechengbenheshijiannei，duiyouguankekaoxingdeyucezuochujingquedeyanzheng。

針對可靠性的設計

可靠性設計是指通過平衡硬件、gujianheruanjianfenpei，wuqiuyizuidichengbenshixianlixiangdekekaoxingbiaoxian。gongchengshiyinggaijinji
，yingjiandekekaoxingshizaiyuanjianshoumingzhongjieshideyigeshijianhanshu
，ruanjiandekekaoxingzeshiyigechengbenhanshu。ruanjianyibandoumeiyouhaosunjizhi。

假如要以最少成本、在最短時間內達到預期的可靠性目標
，就必須充分利用設計分析、故(gu)障(zhang)模(mo)擬(ni)和(he)工(gong)程(cheng)判(pan)斷(duan)的(de)重(zhong)要(yao)資(zi)料(liao)。強(qiang)大(da)的(de)設(she)計(ji)技(ji)術(shu)包(bao)括(kuo)為(wei)易(yi)受(shou)損(sun)元(yuan)件(jian)提(ti)供(gong)冗(rong)餘(yu)，同(tong)時(shi)意(yi)識(shi)到(dao)每(mei)個(ge)元(yuan)件(jian)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)都(dou)與(yu)整(zheng)體(ti)可(ke)靠(kao)性(xing)密(mi)不(bu)可(ke)分(fen)。合(he)適(shi)的(de)話(hua)，可(ke)以(yi)利(li)用(yong)硬(ying)件(jian)或(huo)軟(ruan)件(jian)把(ba)監(jian)察(cha)與(yu)控(kong)製(zhi)功(gong)能(neng)加(jia)入(ru)元(yuan)件(jian)設(she)計(ji)中(zhong)，為(wei)元(yuan)件(jian)提(ti)供(gong)周(zhou)全(quan)的(de)應(ying)力(li)保(bao)護(hu)。

靈(ling)巧(qiao)的(de)工(gong)程(cheng)設(she)計(ji)還(hai)會(hui)考(kao)慮(lv)到(dao)終(zhong)端(duan)應(ying)用(yong)環(huan)境(jing)的(de)設(she)計(ji)決(jue)定(ding)。比(bi)方(fang)說(shuo)
，一(yi)枚(mei)導(dao)彈(dan)與(yu)一(yi)台(tai)洗(xi)衣(yi)機(ji)的(de)設(she)計(ji)需(xu)求(qiu)顯(xian)然(ran)有(you)著(zhe)天(tian)壤(rang)之(zhi)別(bie)。導(dao)彈(dan)要(yao)在(zai)短(duan)時(shi)間(jian)內(nei)發(fa)揮(hui)強(qiang)大(da)的(de)性(xing)能(neng)
；相反，洗衣機卻需要針對數以百計的運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(suo)示(shi)

，每(mei)個(ge)產(chan)品(pin)壽(shou)命(ming)周(zhou)期(qi)都(dou)包(bao)含(han)不(bu)同(tong)階(jie)段(duan)的(de)轉(zhuan)變(bian)
，由(you)原(yuan)型(xing)到(dao)開(kai)發(fa)，再(zai)由(you)開(kai)發(fa)到(dao)生(sheng)產(chan)
，過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)會(hui)不(bu)斷(duan)增(zeng)長(chang)。換(huan)句(ju)話(hua)說(shuo)，每(mei)項(xiang)設(she)計(ji)在(zai)其(qi)壽(shou)命(ming)周(zhou)期(qi)中(zhong)，可(ke)靠(kao)性(xing)都(dou)會(hui)增(zeng)加(jia)，而(er)成(cheng)本(ben)則(ze)會(hui)下(xia)降(jiang)。這(zhe)反(fan)映(ying)了(le)可(ke)靠(kao)性(xing)的(de)增(zeng)長(chang)不(bu)單(dan)是(shi)設(she)計(ji)工(gong)程(cheng)師(shi)的(de)責(ze)任(ren)而(er)已(yi)。

事實上，隨著可靠性在價值生態係統中的角色日趨重要，不論是從事技術、管理、物流或麵向客戶的人員
，都有責任讓可靠性持續增長(圖5)。

　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖5