可靠性设计定义
可靠性设计reliability design在产品设计过程中，为消除产品的潜在缺陷和薄弱环节，防止故障发生，以确保满足规定的固有可靠性要求所采取的技术活动。可靠性设计是可靠性工程的重要组成部分，是实现产品固有可靠性要求的最关键的环节，是在可靠性分析的基础上通过制定和贯彻可靠性设计准则来实现的。
在产品研制过程中，常用的可靠性设计原则和方法有：元器件选择和控制、热设计、简化设计、降额设计、冗余和容错设计、环境防护设计、健壮设计和人为因素设计等。除了元器件选择和控制、热设计主要用于电子产品的可靠性设计外，其余的设计原则及方法均适用于电子产品和机械产品的可靠性设计。
系统的可靠性设计是指在遵循系统工程规范的基础上，在系统设计过程中，采用一些专门技术，将可靠性"设计"到系统中，以满足系统可靠性的要求。它是根据需要和可能，在事先就考虑产品可靠性诸因素基础上的一种设计方法。系统可靠性设计技术是指那些适用于系统设计阶段，以保证和提高系统可靠性为目的的设计技术和措施。它是提高系统可靠性的行之有效的方法。
可靠性设计的重要性
可靠性设计是系统总体工程设计的重要组成部分，是为了保证系统的可靠性而进行的一系列分析与设计技术。它是通过系统的电路设计与结构设计来实现的。
“产品的可靠性是设计出来的，生产出来的，管理出来的”，但实践证明，产品的可靠性首先是设计出来的。可靠性设计的优劣对产品的固有可靠性产生重大的影响。
产品设计一旦完成，并按设计预定的要求制造出来后，其固有可靠性就确定了。生产制造过程最多只能保证设计中形成的产品潜在可靠性得以实现，而在使用和维修过程中只能是尽量维持已获得的固有可靠性。所以，如果在设计阶段没有认真考虑产品的可靠性问题，造成产品结构设计不合理，电路设计不可行，材料、元器件选择不当，安全系数太低，检查维修不便等问题，在以后的各个阶段中，无论怎么认真制造，精心使用、加强管理也难以保证产品可靠性的要求。因此，我们说产品的可靠性首先是设计出来的，可靠性设计决定产品的“优生”，可靠性设计是可靠性工程的最重要的阶段。这是因为：
（1） 设计规定了系统的固有可靠性。如果在系统设计阶段没有认真考虑其可靠性问题，如材料、元器件选择不当，安全系数太低，检查、调整、维修不便等，那么以后无论怎样注意制造、严格管理、精心使用，也难以保证产品的可靠性要求。
（2）现代科学技术的迅速发展，使同类产品之间的竞争加剧。由于现代科学技术的迅速发展，产品更新换代很快，这就要求企业不断引进新技术，开发新产品，而且新产品研制周期要短。实践告诉我们，如果在产品的设计过程中，仅凭经验办事，不注意产品的性能要求，或者没有对产品的设计方案进行严格的、科学的论证，产品的可靠性将无法保证。往往等到试制、试用后才发现产品存在质量问题，只得再做改进设计，这就使产品研制周期加长，推迟了产品投入市场的周期，降低了竞争能力。在产品的全寿命周期中，只有在设计阶段采取措施，提高产品的可靠性，才会使企业在激烈的市场竞争中取胜，提高企业的经济效益。
（3）在设计阶段采取措施，提高产品的可靠性，耗资最少，效果最佳。美国的诺斯洛普公司估计，在产品的研制、设计阶段，为改善可靠性所花费的每一美元，将在以后的使用维修方面节省30美元。
此外，我国开展可靠性工作的经验证明，在产品的整个寿命周期内，对可靠性其重要影响的是设计阶段，见图。
综上所述，可靠性设计在总体过程设计中占有十分重要的位置，必须把可靠性工程的重点放在设计阶段，并遵循预防为主，早期投入，从头抓起的方针，并以开始研制起，就要进行产品的可靠性设计，尽可能把不可靠的因素消除在产品设计过程的早期。
可靠性设的目的、任务和要求
1、可靠性设计的目的和任务
可靠性设计的目的是在综合考虑产品的性能、可靠性、费用和设计等因素的基础上，通过采用相应的可靠性设计技术，使产品的寿命周期内符合所规定的可靠性要求。
系统可靠性设计的主要任务是：通过设计，基本实现系统的固有可靠性。说“基本实现”是因为在以后的生产制造过程中还会影响产品固有可靠性。该固有可靠性是系统所能达到的可靠性上限。所有的其他因素（如维修性）只能保证系统的实际可靠性尽可能地接近固有可靠性。可靠性设计的任务就是实现产品可靠性设计的目的，预测和预防产品所有可能发生的故障。也就是挖掘和确保产品潜在的隐患和薄弱环节，通过设计预防和设计改进，有效地消除隐患和薄弱环节，从而使产品符合规定的可靠性要求。也可以说可靠性设计一般有两种情况：一种是按照给定的目标要求进行设计，通常用于新产品的研制和开发；另一种是对现有定型产品的薄弱环节，应用可靠性的设计方法加以改进、提高，达到可靠性增长的目的。
2、可靠性设计的基本原则
在可靠性设计过程中应遵循以下原则：
（1）可靠性设计应有明确的可靠性指标和可靠性评估方案；
（2）可靠性设计必须贯穿于功能设计的各个环节，在满足基本功能的同时，要全面考虑影响可靠性的各种因素；
（3）应针对故障模式（即系统、部件、元器件故障或失效的表现形式）进行设计，最大限度地消除或控制产品在寿命周期内可能出现的故障（失效）模式；
（4）在设计时，应在继承以往成功经验的基础上，积极采用先进的设计原理和可靠性设计技术。但在采用新技术、新型元器件、新工艺、新材料之前，必须经过试验，并严格论证其对可靠性的影响；
（5）在进行产品可靠性的设计时，应对产品的性能、可靠性、费用、时间等各方面因素进行权衡，以便做出最佳设计方案。
3.可靠性要求
可靠性要求是进行可靠性设计、分析、制造、试验、验收的依据。可靠性要求分为定量要求和定型要求两种。
（1）可靠性的定量要求 可靠性的定量要求是指选择和确定产品的可靠性参数、指标依据验证时机和验证方法，以便在设计、生产、试验验证和使用过程中用量化的方法来评估或验证产品的可靠性水平。可靠性的定量要求是影响产品可靠性的关键因素。科学合理的提出可靠性定量要求是保证产品可靠性的必要条件，必须合理明确的确定产品的故障判据，才能使可靠性定量要求得以正确实施。可靠性定量要求作为产品设计指标的重要组成部分，应在产品的研制任务书或技术经济合同中明确规定。
可靠性定量要求中的参数是描述系统可靠性的度量。一般可分为使用可靠性参数和合同可靠性参数。使用可靠性参数反映了使用方对可靠性、可信性、维修人力费用及故障资源费用方面的要求，一般不宜直接写进合同。合同可靠性参数是可以由承包商控制的，是用于产品设计的可靠性参数，有使用可靠性参数按一定规律转换来实现，经使用方和承制方双方协商纳入合同的可靠性参数。
可靠性指标是可靠性参数的量值。对于每一个适用的可靠性参数均应规定使用目标和门限值（Thresbold）（使用值）。在合同中，使用目标值应转换成规定值（固有值），门限值应转换成最低可接受值（Minimum Acceptablc Value）（固有值）。
使用可靠性指标包括了设计、安装、质量、环境、使用、维修对产品的影响，而合同可靠性指标仅包括设计、制造的影响。所以，一般情况下同一产品的使用可靠性指标要低于合同可靠性指标。
对于合同中规定的定量要求，必须同时明确相应的验证要求。验证可以是试验验证、使用验证或综合评估。
（2）可靠性的定性要求 可靠性的定性要求是指用一种非量化的形式来设计、评价，以保证产品的可靠性。可靠性定性要求可分为设计要求和定性分析要求两种。
①定性设计要求：所谓定性设计是为满足产品的可靠性要求而完成的一组可靠性设计。主要的定性要求见表如下：
②定性分析要求；主要的定性分析要求见表：
可靠性指标是定量设计的尺度依据，建模、预计、分配等是可靠性定量设计的工具和手段；可靠性设计准则是定性设计的重要依据，故障模式及影响分析是有效的分析手段。在工程设计工作中，应正确地处理定量设计与定性设计的关系，定量设计应与定性设计有机地结合起来。
4.可靠性设计的主要内容
可靠性设计是为了在设计过程中挖掘和确定隐患及薄弱环节，并采取设计预防和设计改进措施，有效地消除隐患及薄弱环节，定量计算和定性分析主要是评价产品现有的可靠性水平和确定薄弱环节，而要提高产品的固有可靠性，只能通过各种具体的可靠性设计来实现。
可靠性设计的主要内容概括起来可以有以下几个方面：
（1）建立可靠性模型，进行可靠性指标的预计和分配。要进行可靠性预计和分配，首先应建立产品的可靠性模型。而为了选择方案、预测产品的可靠性水平、找出薄弱环节，以及逐步合理地将可靠性指标分配到产品的各个层面上去，就应在产品的设计阶段，反复多次地进行可靠性指标的预计和分配。随着技术设计的不断深入和成熟，建模和可靠性指标分配、预计也应不断地修改和完善。
（2）进行各种可靠性分析。诸如故障模式影响和危机度分析、故障树分析、热分析、容差分析等。以发泄和确定薄弱环节，在发泄了隐患后通过改进设计，从而消除隐患和薄弱环节。
（3）采取各种有效的可靠性设计方法。如制定和贯彻可靠性设计准则、降额设计、冗余设计、简单设计、热设计、耐环境设计等，并把这些可靠性设计方法和产品的性能设计工作结合起来，减少产品故障的发生，最终实现可靠性的要求。
