一、可靠性概念的來源
可靠性（reliability）現(xiàn)在是大家所熟知的一個非常熱門詞語，多年來一直被用來稱贊一個人或一個產(chǎn)品的屬性?？煽啃砸辉~最早開始于1816年，這遠遠早于我們大多數(shù)人的猜測?！翱煽啃浴币辉~最早是由詩人塞繆爾·泰勒·柯勒律治（Samuel Taylor Coleridge）提出的。在統(tǒng)計學(xué)中，可靠性是指一組試驗結(jié)果或試驗設(shè)備的一致性?？煽啃允桥c隨機誤差相對的。在心理學(xué)中，可靠性指的是測試結(jié)果的一致性。如果我們反復(fù)得到相同的結(jié)果，測試就被認為是可靠的。例如，如果一個測試被設(shè)計用來測量一個特質(zhì)（比如內(nèi)向），那么每次對一個受試者進行測試時，結(jié)果應(yīng)該大致相同。因此，在第二次世界大戰(zhàn)之前，可靠性這個詞的意思是可信性（dependability）或可重復(fù)性（repeatability）。美軍在1940年代重新定義了該詞的用途，并發(fā)展到了現(xiàn)在。可靠性最初的意思是一個產(chǎn)品能夠按需正常運行的能力。而現(xiàn)在的可靠性加入了更多的附加屬性，這些屬性跨越產(chǎn)品、服務(wù)、軟件或人類活動。這些特性現(xiàn)在滲透到當今技術(shù)密集型社會的方方面面。讓我們跟隨“可靠性”這個詞看一下可靠性從早期到現(xiàn)在的發(fā)展歷程。
二、可靠性發(fā)展歷程
20世紀20年代的可靠性
可靠性的早期應(yīng)用可能與電報有關(guān)。這是一個電池供電的系統(tǒng)，包含簡單的發(fā)射器和接收器，并且通過電線相互連接。這個設(shè)備主要的故障模式可能是斷線或電壓不足。在燈泡、電話、交流發(fā)電和配電出現(xiàn)之前，可靠性在電子設(shè)備的應(yīng)用還沒有太多新的東西。到了1915年，帶有幾根電子管的收音機開始出現(xiàn)在公眾面前。到1920年，汽車的使用也越來越普遍，這也可能代表了可靠性的機械應(yīng)用。20世紀20年代，貝爾實驗室的Walter A.Shewhart博士提倡通過使用統(tǒng)計質(zhì)量控制來改進產(chǎn)品。我們通過回顧統(tǒng)計學(xué)和可靠性發(fā)展歷史可看出，二十世紀統(tǒng)計學(xué)的發(fā)展與產(chǎn)品可靠性發(fā)展相輔相成的，統(tǒng)計與可靠性概念的發(fā)展是密不可分，統(tǒng)計為可靠性的度量提供了重要工具基礎(chǔ)。
在這個階段，產(chǎn)品設(shè)計師仍然負責(zé)產(chǎn)品的可靠性，而維修人員負責(zé)處理產(chǎn)品的故障。還沒有所謂的主動預(yù)防維修或者考慮經(jīng)濟因素。
20世紀20-30年代的可靠性
在整個20世紀20年代和30年代，泰勒（Taylor）致力于使設(shè)計出來的產(chǎn)品更加一致，制造過程更加高效的研究工作。他是第一個將工程從管理與控制分開的人。查爾斯·林德伯格（Charles Lindberg）要求1927年橫渡大西洋飛行的9缸風(fēng)冷發(fā)動機能夠連續(xù)運行40個小時而無需維護（明確提出可靠性要求）。進入20世紀30年代，一些特定行業(yè)取得了很大的進步，而質(zhì)量和工藝措施尚處于起步階段，但仍在不斷發(fā)展。瓦洛迪·威布爾（Wallodie Weibull）在此期間是在瑞典研究材料的疲勞工作。他提出了一個稱為威布爾（Weibull）的分布模型。在20世紀30年代，羅森（Rosen）和拉姆勒（Rammler）也在研究一種類似的分布來描述粉煤的純度。
20世紀40年代的可靠性
到了20世紀40年代，可靠性和可靠性工程仍然還不存在。二戰(zhàn)的需求使得許多新的電子產(chǎn)品進入了軍事領(lǐng)域。這些設(shè)備包括電子開關(guān)、電子管便攜式收音機、雷達和電子雷管。電子管計算機是在戰(zhàn)爭結(jié)束時開始的，但直到戰(zhàn)后才完成。戰(zhàn)爭開始時，發(fā)現(xiàn)50%以上的機載電子設(shè)備無法滿足空軍和海軍的要求。更重要的是，這一時期的許多可靠性研究工作也與新材料的試驗和材料的疲勞有關(guān)。M.A.Miner于1945年在ASME期刊上發(fā)表了題為“疲勞累積損傷”的開創(chuàng)性論文。B. Epstein于1948年2月在《應(yīng)用物理》雜志上發(fā)表了《斷裂問題的統(tǒng)計概念》。這時候可靠性的主要軍事應(yīng)用對象仍然還是電子管，不管是在雷達系統(tǒng)還是其他電子設(shè)備。通過戰(zhàn)爭證明，這些系統(tǒng)在戰(zhàn)爭中不僅是有問題的而且昂貴。對于戰(zhàn)后的艦上安裝的設(shè)備，估計有一半的電子設(shè)備在使用時都壞的了。電子管是其主要的問題。敲打系統(tǒng)或拆卸電子管然后重新安裝是修復(fù)故障電子系統(tǒng)的兩種主要方法。這一問題正在逐漸受到軍隊思考。他們不能承受一半的設(shè)備一直沒用。如果不盡快解決這些問題，設(shè)備維護和運輸成本將會成天文數(shù)字。1948年，IEEE成立了可靠性協(xié)會，理查德·羅爾曼任第一任主席。也是在1948年，Z.W.Birnbaum在華盛頓大學(xué)建立了統(tǒng)計研究實驗室，通過與海軍部辦公室的長期合作研究，有助于加強和擴大統(tǒng)計的使用。
20世紀50年代的可靠性
20世紀50年代初（注：我國也是在1950年代關(guān)注可靠性，并將可靠性概念引入中國），人們在軍事和商業(yè)應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)了更大的可靠性問題，并提出了解決方案。據(jù)報道，早期的大型Sperry電子管計算機體積較大，需要放在一個大房間，且耗電數(shù)千瓦，內(nèi)存是1024位，平均每小時就會發(fā)生一次故障。Sperry方案是將失效部分關(guān)閉，然后換上新的管子。1951年，羅馬空軍發(fā)展中心（RADC）在紐約羅馬成立，主要研究空軍相關(guān)的可靠性問題。同年，Wallodi Weibull在ASME應(yīng)用力學(xué)雜志上發(fā)表了他的第一篇名為“一種應(yīng)用廣泛的統(tǒng)計分布函數(shù)”的英文論文。到1959年，他為美國軍方編寫了一份59-400號報告《疲勞和蠕變斷裂試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計評估：基本概念和一般方法》。
在軍事國防方面，美國成立了一個研究小組。這個小組被稱為電子設(shè)備可靠性咨詢小組，簡稱AGREE（注：可靠性分配有一種分配方法稱為AGREE分配方法）。到1952年，該小組的一份報告為建立可靠系統(tǒng)提出了以下三項建議：
1） 供應(yīng)商有必要設(shè)計開發(fā)更好、更穩(wěn)定的設(shè)備。
2） 軍方應(yīng)為零部件供應(yīng)商制定質(zhì)量和可靠性要求。
3） 應(yīng)收集設(shè)備的實際現(xiàn)場數(shù)據(jù)，以確定問題的根本原因。
1955年，一個關(guān)于電子連接器和接觸器的會議開始了，會上強調(diào)了可靠性物理和以及理解失效機制。20世紀50年代的其他會議也主要討論這些可靠性問題。同年，RADC發(fā)布了“地面電子設(shè)備的可靠性因素”，作者是約瑟夫·納雷斯基（Joseph Naresky）。到1956年，ASQC作為美國質(zhì)量大會的一部分，提供了關(guān)于可靠性的相關(guān)論文。無線電工程師、美國機械工程師協(xié)會（ASME）、美國材料試驗協(xié)會（ASTM）和《應(yīng)用統(tǒng)計學(xué)雜志》（Journal of Applied Statistics）都在撰寫相關(guān)研究論文。IRE召開了一次會議并出版了題為“電子產(chǎn)品的可靠性與質(zhì)量控制”的論文集。這從1954年開始一直持續(xù)到IRE與IEEE可靠性會議合并（合并為可靠性和可維護性研討會）
1957年，AGREE委員會發(fā)布了一份最終報告，建議如下：1、大多數(shù)電子管無線電系統(tǒng)的失效遵循浴盆曲線規(guī)律。2、設(shè)計可更換的電子模塊（后來被稱為標準電子模塊（或SEM）），以快速恢復(fù)故障系統(tǒng)能力，他們強調(diào)了設(shè)計的模塊化。其他建議還包括對產(chǎn)品進行帶置信度的驗證試驗。此外，還建議進行更長更嚴酷的環(huán)境試驗，包括極端溫度和振動試驗。這后來被稱為AGREE試驗，并最終成為軍事標準MIL-STD-781。AGREE報告提供的最后一項是可靠性的經(jīng)典定義。報告指出，該定義是“產(chǎn)品在規(guī)定條件下，在規(guī)定的時間段內(nèi)不發(fā)生故障地執(zhí)行規(guī)定功能的概率”。1957年關(guān)于“可靠性預(yù)測”的另一份重要報告是由紅石軍火庫的羅伯特·盧瑟（Robert Lusser）撰寫的，他在報告中指出，一個陸軍導(dǎo)彈系統(tǒng)60%的故障是由部件引起的。他指出，目前獲取電子元件質(zhì)量和可靠性的方法是不夠的，還需要更多的方法。ARINC（注：可靠性分配方法有專門的ARINC分配法）與電子管供應(yīng)商共同建立了一個改進流程，將電子管早期失效率降低了四倍。這十年結(jié)束時，RCA在TR1100中發(fā)布了一些軍用部件故障率的信息。RADC收集了這些信息，并將這些作為軍用手冊MIL-HDBK-217的基礎(chǔ)。這十年期間的可靠性工作取得的成功和發(fā)展非常迅速的。埃德·卡普蘭（EdKaplan）將他關(guān)于電子管可靠性的非參數(shù)統(tǒng)計論文與保羅·邁耶（PaulMeyer）的生物統(tǒng)計學(xué)論文相結(jié)合，于1957年JASA期刊上發(fā)表了刪失壽命數(shù)據(jù)的可靠性函數(shù)的非參數(shù)極大似然估計（稱為Kaplan-Meyer）論文（注：Kaplan-Meyer是壽命數(shù)據(jù)非參數(shù)分析的一種重要方法）。另外，像F.E.Dreste于1958年6月在Electronic Engineers出版的《設(shè)計工程師可靠性手冊》， W.F.Leubbert于1956年4月出版的《I.R.E.會議錄》都是很好的例證。在接下來的幾十年中，Birnbaum對概率不等式（即Chebychev）、非參數(shù)統(tǒng)計、復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性、累積損傷模型、競爭風(fēng)險、生存分布和死亡率均作出了重大貢獻。十年結(jié)束時，C.M.Ryerson創(chuàng)作了一部到1959年的可靠性歷史[26]，發(fā)表在IRE的學(xué)報上。
20世紀60年代的可靠性
20世紀60年代發(fā)生了幾件重大可靠性相關(guān)的事件。RADC召開了由伊利諾伊理工學(xué)院（IIT）主辦的電子故障物理會議。堅定太空探索信念的NASA，是促進設(shè)備和系統(tǒng)可靠性發(fā)展的動力。RADC的Richard Nelson編制了文件“單片微電路的質(zhì)量和可靠性保證程序”，最終成為MIL-STD-883和MIL-M-38510的重要基礎(chǔ)。
隨著小型便攜式晶體管收音機的出現(xiàn)，半導(dǎo)體的應(yīng)用越來越普遍。弗蘭克格瑞納博士通過無線電工程師協(xié)會發(fā)表了一篇可靠性培訓(xùn)文章。核電工業(yè)在此時也得到飛速發(fā)展。從導(dǎo)彈到飛機、直升機和潛艇的軍事需求推動了各種技術(shù)的發(fā)展。電磁兼容對系統(tǒng)影響的研究也是在RADC發(fā)起的，并在20世紀60年代產(chǎn)生了許多進展。
編者注：資料源于James McLinn
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