可靠性工程（Reliability Engineering）是确保产品在规定条件下、规定时间内完成规定功能的系统方法。可靠性的本质是质量的时间维度—质量关注"产品好不好"，可靠性关注"产品好不好用多久"。
可靠性工程涵盖三个层面：可靠性设计（Design for Reliability, DfR）在产品设计阶段就预防失效；可靠性分析通过统计方法预测产品寿命；可靠性验证通过试验证明产品达到可靠性目标。
可靠性工程在航空航天、国防军工、汽车、医疗设备等安全关键行业是强制性要求。例如：汽车安全气囊要求10年/15万公里内失效概率<0.01%，飞机发动机要求飞行中失效概率<10⁻⁹/小时。
| 指标 | 符号 | 定义 | 计算公式 | 适用场景 |
|---|---|---|---|---|
| 平均无故障时间 | MTBF | 可修复产品两次故障间的平均时间 | 总运行时间/故障次数 | 设备/系统 |
| 平均失效时间 | MTTF | 不可修复产品从开始到失效的平均时间 | 总运行时间/失效数 | 电子元器件 |
| 失效率 | λ | 单位时间内发生失效的概率 | λ=1/MTBF | 通用 |
| 可靠度 | R(t) | 产品在时间t内不失效的概率 | R(t)=e^(-λt) | 通用 |
指标关系：MTBF和MTTF都表示平均时间，区别在于是可修复还是不可修复系统。失效率λ是MTBF的倒数。可靠度R(t)是指数分布下时间t的存活概率。
示例：某服务器MTBF=50,000小时，则λ=1/50000=0.00002/小时。运行1年（8760小时）的可靠度R(8760)=e^(-0.00002×8760)=e^(-0.1752)=83.9%。即1年内有83.9%的概率不发生故障。
威布尔分布（Weibull Distribution）是可靠性分析最常用的寿命分布，比指数分布更灵活，可以描述递增、恒定和递减的失效率。
威布尔可靠度函数：R(t) = e^[-(t/η)^β]
威布尔分析步骤：①收集失效数据（失效时间/截尾数据）②用Minitab或专用软件拟合威布尔参数 ③画概率图评估拟合优度 ④计算B10寿命（10%产品失效的时间）或B1寿命（1%失效）⑤与可靠性目标对比。
B10寿命：90%的产品能存活到B10时间点。汽车行业常用B10寿命作为可靠性指标。
加速寿命试验（Accelerated Life Testing, ALT）通过施加高于正常水平的应力（温度/电压/振动等），加速产品失效，在短时间（几周）内获得长寿命（几年）的可靠性数据。
| 加速应力 | 适用产品 | 常用模型 |
|---|---|---|
| 温度 | 电子元器件/材料 | Arrhenius模型 |
| 温度+湿度 | 电子设备/封装 | Eyring/Peck模型 |
| 电压 | 绝缘材料/电容器 | 逆幂律模型 |
| 振动/机械 | 机械结构/连接器 | 疲劳寿命模型 |
Arrhenius模型：寿命与温度的关系：L = A × e^(Ea/kT)，其中Ea=激活能（电子元器件通常0.3-1.0eV），k=玻尔兹曼常数，T=绝对温度。温度每升高10°C，寿命约减半（经验法则）。
关键注意：加速试验的前提是失效机理不变—加速应力只改变失效速度，不改变失效模式。如果高温导致新的失效模式，加速模型无效。
可靠性增长（Reliability Growth）是通过"测试→发现故障→改进设计→再测试"的迭代过程，持续提升产品可靠性的方法。
Duane模型：累积MTBF与累积试验时间的关系：MTBF_cumulative = C × T^m，其中m为增长率（通常0.3-0.6），C为初始常数。取对数后：ln(MTBF) = ln(C) + m × ln(T)，在对数坐标上呈直线。
TAAF方法：Test（施加应力运行）→ Analyze（分析故障根因）→ And Fix（改进设计）→ 重复循环。
可靠性增长目标制定：初始MTBF→目标MTBF→计算所需试验时间→制定TAAF计划→跟踪Duane图验证增长趋势。
某航天企业DC-DC电源模块要求MTBF≥50,000小时。初始样机MTBF仅8,000小时。
通过TAAF迭代6轮：每轮200小时高温应力试验→FMEA分析故障→设计改进。用Duane模型跟踪增长趋势，第6轮达到MTBF=62,000小时。
某汽车LED驱动要求10年寿命（B10≥10年）。正常寿命试验需要10年，不可接受。
用Arrhenius模型：85°C加速（比正常使用45°C高40°C），加速因子AF≈8。加速试验只需1.25年等效10年。威布尔分析B10=12.3年。
某血氧仪要求MTBF≥20,000小时（约2.3年连续使用）。通过DFR方法：FMEA识别12个高风险失效模式→降额设计（电子元件）+冗余设计（传感器）+环境应力筛选。
质量检验问"当下合格吗"，可靠性试验问"能用多久"。质量检验在出厂前做（一次性），可靠性试验在研发阶段做（模拟长期使用条件）。检验看功能，可靠性看寿命。
四个来源：①客户需求/合同要求 ②竞争产品分析 ③行业标准（如MIL-HDBK-217） ④历史产品数据。目标应量化且可验证。
可信的前提是失效机理不变。如果加速应力只加速原有失效模式（不引入新模式），则结果可信。验证方法：加速试验失效品与现场失效品做失效分析对比，确认失效模式一致。
MTBF=50,000小时≠能用50,000小时。MTBF是统计平均值，表示大量产品的平均故障间隔。单个产品的实际寿命服从指数分布（或威布尔分布），运行50,000小时的可靠度R=e^(-1)=36.8%。
指数分布假设失效率恒定（β=1），只适用于随机失效期。威布尔分布通过形状参数β可以描述三种失效阶段：β<1递减（早期失效）、β=1恒定（随机失效）、β>1递增（磨损失效）。更贴近实际。
取决于初始可靠性与目标的差距。通常增长率为0.3-0.6（Duane模型）。MTBF提升10倍约需5-10个TAAF循环，每个循环2-4周，总计3-6个月。
如果产品安全关键或保修成本高，就需要。小型企业可以从简化版开始：做FMEA识别高风险项+关键部件降额设计+供应商可靠性数据评审。不需要全套ALT。
MTBF是平均故障间隔（可修复系统），B10是10%产品失效的时间点。B10对客户更直观（"90%的产品能用到X小时"）。汽车行业偏好B10，电子行业偏好MTBF。