补充可靠度Reliability.DOC

第四章： 可靠度 Reliability 學習目標 在讀完本篇補充後，各位應該能夠： 定義可靠度 進行簡單的可靠度計算 解釋系統中使用備用件的目的 導論量化可靠度可用性關鍵詞 問題解答 問題討論與複習 問題 導論Introduction 可靠度是指零件、產品、服務或系統在預定的情況之下能發揮預期功能的能力。在效果上，可靠度是一種機率的概念。 假設一個項目有0.90的可靠度，這意謂著它有90%的機率能執行預期的功能，而其失效的機率為1－0.90＝0.10或10%，因此，可以預期平均每10個這樣的項目就有一個會失效，相同地，也可以說每10次的試驗中，平均就會有一次失效，同樣地，0.985的可靠度隱含著每1,000個零件或試驗就有15個會失效。 量化可靠度 Quantifying Reliability 工程師與設計者有許多的方法可以評估可靠度，關於那些方法的討論不在這本書的範圍，相反的，讓我們來討論量化產品或系統整體可靠度的議題，機率使用在兩種方法上： 產品或系統能夠正常運作的機率。 產品或系統在給定的時間長度內，能夠運作的機率。 首先聚焦於時間上的某一點，通常是在系統必須使用一次或相對很少次數時使用，再來則是聚焦於服務時間的長度，當這兩個方法描述的更詳細後，其之間的區隔是更容易分辨的。 系統或產品能於計畫中順利運轉的可靠度，是系統或產品設計時很重要的一個觀念，當產品或系統包含一些獨立的元件時，要決定其可靠度需要使用獨立項目的機率準則。獨立項目（Independent events）是指彼此之間不管如何，並不會互相影響，以下的三個案例在描述使用決定一個系統能否成功運轉的機率準則。 準則一：如果兩個或兩個以上的項目是獨立的，當成功定義為所有項目都必須發生的機率時，其成功的機率等於產品內所有項目機率的乘積。範例：假設一個房間有兩盞燈，但是要兩盞燈都能順利打開（成功）才能夠亮，一盞燈會亮的機率為0.90，而另外一盞燈會亮的機率為0.80，則兩盞燈可一起亮的機率為0.90×0.80＝0.72，注意0.90×0.80＝0.72這樣的乘法運算式子並不是重要的，也要注意的是，如果房間有三盞燈，則必須三個機率相乘。 這個系統可以用下面的圖形來表達： 即使一個系統的個別元件有高可靠度，但系統整體的可靠度仍較低，這是因為所有連續的元件（如前面的例子）必須都能發揮功能，當連續的元件數目增加時，系統的可靠度就會減少。例如一個系統連續有八個元件，每個元件可靠度都為0.99，但系統的整體可靠度卻只有0.998＝0.923。 明顯地，許多產品和系統都有很多元件必須同時運轉，因此採用一些方法增加整體可靠度是需要的，一個方法是在設計中使用備用件（redundancy），這包含了針對一些項目提供備份元件。 準則二：如果兩個項目是獨立的，當〝成功〞定義為至少一個項目會發生的機率時，則成功的機率等於任何一個的機率，加上（1.00－機率）再乘以另外一個的機率。 範例：一個房間有兩盞燈，當打開開關時，其中一盞燈會亮的機率為0.90，而另一盞燈會亮的機率為0.80，如果一盞燈打開時不亮的話，另外一盞燈會亮，只要一盞燈亮就算成功。因此，這兩盞燈中的一盞是另外一盞燈不亮時的備份，任何一盞燈都可做另一盞燈的備份，而成功的機率都是相同的，其成功的機率為0.90＋（1－0.90）×0.80＝0.98，如果0.80的燈先亮的話，則計算會變成0.80＋（1－0.80）×0.90＝0.98。 這個系統可以表示成下面的圖形： 準則三：如果兩個或兩個以上的項目被包含時，當成功定義為至少其中一項會發生時，其成功的機率為1－P（失效）。 範例：當打開開關時，有三個發亮機率為0.90、0.80、0.70的燈，但要成功只需要一個燈亮即可；因此，其他兩盞燈就視為備份，則成功的機率為 1－（1－0.90）×（1－0.80）×（1－0.70）]＝0.994 這個系統可以下列的圖形表示： 範例S-1 決定下列所示系統的可靠度： 這個系統可以減少成三個連續的元件： 則此系統的可靠度為： 0.98×0.99×0.996＝0.966 第二個觀看可靠度的方法則要考慮時間構面：機率是相對於時間長度來決定，這個方法普遍使用在產品的保證，即是為符合產品購買後在所保證的一段時間內能正常運作。 隨著時間改變的產品失效率的輪廓描述於圖4S-1，由於它的形狀所示，有時候被稱為浴缸曲線，通常一些產品在進入服務後會立刻失效，不是因為它們耗損，而是因為它們一開始就有瑕疵，不過一旦瑕疵的項目被消除後，其失效率會迅速地減少。在第二個階段期間，因為大部分的瑕疵項目已被消除，所以有較低的失效率，而且會持續一段時間後才會遭遇到有項目失效，因為它們已經耗損了，在一些案例中，這個階段會包含相當長的時期。在第三個階段中，由於產品已經耗損，失效率會發