可靠度預估技術發展

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長久以來，可靠度工程分為兩派，一派主要是與系統工程師一起工作者，工作重點為可靠度規格訂定、配當、預估與驗證；另外一派則是與失效物理工程師及科學家在一起者，則著重在失效物理原因的識別與模型建立。其實這兩部分都是整體可靠度領域的一部份，以物理為基礎的資訊為發展零件鑑定、篩選與應用需求所必要，而規格訂定、配當、預估、與驗證則是確保可以符合可靠度需求的系統性工作。

可靠度預估是定量瞭解產品可靠度數值的方法之一，可靠度預估結果與效果的好壞，與執行可靠度預估的方法，以及所使用的資訊的準確性與完整性，有息息相關的關係。要知道產品可靠度，最正確的方法是蒐集現場使用退貨件、分析數據、然後針對失效零件進行失效分析，然後分析計算可靠度數值。但是，那已是上市之後才可獲得的資訊，難道產品上市之前可以不知道它的售後時間品質(可恃性 = 可用度+ 可靠度 + 測試度 + 維護度 + 支援度 + 耐久度...) ？

可靠度預估一直是可靠度工程的核心技術，從1962年美國國防部發佈MIL-HDBK-217之後，提供各種零組件失效率資料的來源，以及標準化與簡單化的可靠度預估程序，使得可靠度預估在航太國防產業領域扮演著可靠度工程技術應用的領先地位，1965年發佈217A版之後，可靠度預估進入「217時代」。1974年發佈217B版，同時通信與電訊產業大量使用電子設備，歐美各國電訊與通信產業，如德國西門子公司、義大利國家電訊團體、美國貝爾通訊研究公司(Bellcore)、英國電訊公司(BT)、日本電報與電話公司(NTT)、法國電訊公司(CNET)等機構，以MIL-HDBK-217為基礎，考量產業特色分別發佈各自產業的可靠度數據或預估手冊，如Bellcore 332、BT HRD、CNET RDF、Iteltel IRDH、Siemens SN 29500、NTT Reliability Table、IEC 61709等。在80、90年代，可靠度預估變成例行公式。1994年美國國防部政策改變，不再維護更新MIL-HDBK-217之後，可靠度技術逐漸式微，甚至於被視為一種過時的技術，可靠度預估進入「後217時代」。

到了2000年，歐美兩地同時發佈新的概念的可靠度預估程序指導文件，國際電工委員會(IEC)發行可靠度預估國際標準IEC 62380，美國系統可靠度中心(SystemReliability Center, SRC，其前身即為RAC)推出PRISM可靠度預估法，以及歐洲航太與通訊電子產業對於可靠度的重視，空中巴士(Airbus)集團在法國國防部的資助下發行FIDES Guide。

美國可靠度分析中心(Reliability Analysis Center, RAC)在一份1997年發行、2005年修訂的專刊報告，將可靠度預估方法分為：測試或現場數據、系統可靠度評鑑、類似物品功能數據、操作轉換、經驗資料統計模型、與失效物理模型等六種。2002年Foucher等人將常用的可靠度預估方法歸納為：由下而上統計法(BS)、根據外部資料庫由上而下類似分析法(TD)、和由下而上失效物理法(BP)三類。綜合上述分類，可靠度預估方法大致可分為經驗法則(Empirical Based)與失效物理(Physics of Failure, POF)兩種。不過近年來，逐漸綜合這兩種方法取其優點發展出現代可靠度預估方法稱為系統評鑑(system assessment)。可靠度預估技術的發展演進地圖如圖1所示，主要的可靠度預估方法的發展時程整理歸納如圖2所示。
  
圖1：可靠度預估技術發展地圖

圖2：可靠度預估方法的發展時程

在美國航太與國防產業方面，可靠度預估工作是由可靠度分析中心(Reliability Analysis Centerm RAC)主導，RAC後來改為系統可靠度中心(System Reliability Center, SRC)，主要的技術資料包括：

• MIL-HDBK-217, Reliability Prediction ofElectronic Equipment (1962 - 1995)
• RADC-TR-80-136, Nonoperating FailureRates for Avionic Study (1980)
• RADC-TR-85-194, RADC NonelectronicReliability Notebook (1985)
• NPRD-3, Nonelectronic Parts ReliabilityData, RAC, IITRI (1985)
• NPRD-95, Non-Electronic Parts ReliabilityData (1995)
• EPRD-97, Electronic Parts ReliabilityData (1997)
• RAC, PRISM Tool (2000 - 2005)
• RiAC-HDBK-217Plus, (2005 - 2010)
  

除美國之外，航太與國防產業可靠度預估方法以法國國防部所支持的FIDES與中國的國軍標GJB/Z 299為主：

• FIDES Guide, Reliability Methodology forElectronic Systems (2003, 2009, 2010)
• GJB/Z-299, 電子設備可靠性預計手冊 (1987, 1998, 2006, 2016)
  
• NDS-Z-9011, 信賴度預測 (1980, 2014)

在通訊產業包括德國西門子公司、義大利國家電訊團體、美國貝爾通訊研究公司、英國電訊公司、日本電報與電話公司、法國電訊公司等機構，從1974年開始訂定通訊電子設備的可靠度預估資料：

• SN 29500, Siemens Reliability and Quality Specification Failure Rates of Components, (Siemens Failure Rate Database)(1974 - 1999).
• IRPH, Italtel Reliability Prediction Handbook (1974 - 2003).
• BellCore TR-332, Reliability Prediction Procedure for Electronic Equipment (1975 - 1997).
• HRD, Handbook of Reliability Data for Components Used in Telecommunications Systems (British Telecom Reliability Handbook) (1977 - 1992).
• NTT Procedure, Nippon Telegraph and Telephone Corporation  Standard Reliability Table for Semiconductors(1982 - 1985).
• RDF, Complation of CNET’s Reliability Data (1983 - 2003).
• Telcordia SR-332, Reliability Prediction Procedure for Electronic Equipment (2001 - 2011).
  

在汽車產業方面，美國汽車工程師學會(Society of Automotive Engineers,SAE)可靠度標準委員會，負責發展汽車電子專用的可靠度預估模組：

• ARP-1.0, Automotive Reliability Prediction Program (Powertronic Systems Inc., PSI)，Society of Automotive Engineer’s Technical Paper 870050。
  

在電機電腦電子系統產業方面，1995年之後配合美國國防部引用民用技術的政策，此類系統設備的可靠度預估技術由美國電機電子工程師學會負責，在馬里蘭大學Dr. Michael Pect的主導下制定相關可靠度預估標準：

• IEEE-STD-1413, IEEE Standard Methodology for Reliability Prediction and Assessment for Electronic Systems and Equipment (1996).
• IEEE-STD-1413.1, IEEE Guide for Selection and Using Reliability Predictions Based on IEEE 1413 (2002).
  

在機械系統產業方面，1985年推動的國際跨國合作的機械零件可靠度研究計畫開始，其成果於1990年由美國海軍發行的機械可靠度程序，此一文件持續維護迄今：

• DTRC-90/010, Handbook of Reliability Prediction Procedures for Mechanical Equipment (1990).
• NSWC-11, Handbook of Reliability Prediction Procedures for Mechanical Equipment (1992 - 2011).
  

電力發電產業方面，主要由美國電機電子工程師學會(IEEE)主導，初期以核能發電廠設備為主，後來又發展至工業與商業發電機系統：

• IEEE-STD-500, IEEE Guide to the Collection and Presentation of Electrical, Electronic, Sensing Component, and Mechanical Equipment Reliability Data for Nuclear-Power Generating Stations(1984).
• IEEE-STD-493, IEEE Recommended Practice for the Design of Reliable Industrial and Commercial Power Systems (2007).
  

在國際標準方面，有關可靠度預估主要是由國際電工委員會(IEC)所主導的商用零件失效率與應力轉換因子，以及參考法國電信局的可靠度預估方法所衍生訂定的國際可靠度預估標準：

• IEC-61709, Reliabililty – Reference Conditions for Failure Rates and Stress Models for Conversion (1996).
• IEC-62380, Reliability Data Handbook –Universal Model for Reliability Prediction of Electronics Components, PCBs and Equipment (2004).
  

除了上述較為常見的可靠度預估資訊外，近年來比較活躍的領域如波音所主導的VITA 51開放標準、石油產業以海上鑽油平台為主的OREDA (Offshore Reliability Data)可靠度數據、提供安全儀控系統(safety instrumented system, SIS)元件可靠度數據估計值的PDS資料手冊(PDS Data Handbook)，另外土木工程結構也有類似的可靠度預估方法與資料庫。

可靠度預估技術未來趨勢大致說明如下：

• 考量產品全壽期 ⇒ 符合以可恃性(Dependability)取代可靠度的國際趨勢。
• 使用日曆時間取代操作時間 ⇒ 顧客觀點，容易有共識與簡化問題。
• 維持以物品失效率為可靠度參數 ⇒ 零件失效率 = 基本失效率 {× 有意義有影響作用的修正因子s}。
• 失效率是隨機變數 ⇒ 伽瑪分佈。
• 可靠度預估不只是零件失效率資料表或數據庫而已 ⇒ 建立零件失效率模型庫是趨勢。
• 考慮操作、不操作、及循環模式對可靠度的影響程度 ⇒ 強化操作應用情境與失效物理等技術面效應的建模。
• 除以零件失效率為基礎的技術面考量外，可靠度預估技術必須考量專案管理、系統管理、流程管理、供應商管理、測試與篩選、操作使用、老化退化等過程的努力對可靠度的影響。 ⇒ 先天的命 + 後天的運，命運兼顧。
• 重視物品退化機制與測試度技術的掌控及建模 ⇒ 除了算命之外還要算病。
• 以217Plus與FIDES的系統工程預估法為主，CALCE的失效物理預估法為輔。
• 可靠度預估工作重點：高層靠關係、基層靠實力、出門靠運氣。
  

可靠度預估資料網路資源：
⇒ 法國空中巴士集團發行之FIDES可靠度預估手冊下載網站, 2004, 2009, 2010.
⇒ 下載美國海軍NSWC發行之機械設備可靠度預估手冊：NSWC-11, Handbook of Reliability Prediction Procedures for Mechanical Equipment, 2011.
⇒ 下載美國RiAC發行之 217Plus可靠度預估手冊, 2006.
⇒ 下載國際電工委員會發行之可靠度資料手冊：IEC-62380, Reliability Data Handbook –Universal Model for Reliability Prediction of Electronics Components, PCBs and Equipment (2004).
⇒ 下載美國國防部發行之可靠度預估手冊，軍規網站選單下載：MIL-HDBK-217F2, Reliability Prediction of Electronic Equipment, 1995. 或直接下載   MIL-HDBK-217F2 (1995)  or MIL-HDBK-217F (1992)

⇒ 下載日本防衛省 NDS-Z9011B (2014)， 信賴度預測

⇒ 下載 GJB 299A (1991)、GJB 299B (1998)、GJB 299C (2006)，電子設備可靠性預測手冊