45JAN 2011 ︱ Quality Magazine．Chinese Society for Quality．Vol. 47 No.1

淺談可靠度工程

翁紹仁Weng, Shao-Jen Ph.D.作者現為東海大學、工業工程與經營資訊學系 (所 )、最佳化決策系統研究團隊

可靠度工程Reliability Engineering

「品質」與「可靠度」常常被混淆，但其

實兩者並不相同。「品質」指生產過程中、透

過衡量實際品質績效與既定品質規範標準做

比較，並針對其中品質差異採取必要的生產

品質管理決策，其所涵蓋的範圍非常廣，從

生產原物料、製造半成品、完成品到客戶服

務等等，主要是以客戶的產品品質規格要求

為基準點，因此品質概念是十分注重顧客的

滿意程度。反觀「可靠度」，它是有時間上的

考量，其指的是在設定使用環境條件或時間

條件限制下，產品或服務能達到所要求的功

能標準。簡單的說明可靠度就是一個產品或

服務在要求壽命或週期過程中是否正常，故

可靠度的高低將是影響到商品或服務的品質

滿意度，再則可靠度是相當重視產品壽命週

期的保證。

在產業中，可靠度工程的引進是一種應

用技術，過程需要整合不同領域技術，本質

上是設計進去，且要經過不斷地重覆實驗過

程加以認證，加上要被市場與顧客認同，最

終建立各種產品設計規範，減少變異程度，增

加產品穩定性。產品上註明的產品使用年

限，讓消費者了解產品在正常使用下的壽命

以及可能會故障的元件，便可以估算出來相

關的維修成本。消費者的滿意度通常大都是

來自一個產品的品質可靠度，換句話說就是

耐用度，如果產品可正常運作在一定的年限

或是保固期，則消費者的產品可靠度滿意度

也將提升，進而提升產品的銷售額，才有長

期的市場價值且好的口碑在市場行銷上面即

佔有一席之地，具備與別家廠商競爭的競爭

力，於是可靠度對於評估一個產品的品質來

說，是相當重要的一個指標。可靠度應用的

產業範圍非常廣泛，包含了高科技業、精密

機械業、材料工程、醫療產業及公營事業等

產業，最近這幾年，也紛紛探討可靠度應

用，例如 :半導體電磁波干擾 (EMI)機台的可

靠度保證、科技業系統廠 (系統廠：把上游零

組件給整合在一個系統內的製造廠 )產品的可

靠度保證、台灣高鐵系統的安全可靠度、及

Short Introduction of Reliability Engineering

46 品質月刊．47卷1期︱ 2011年1月

可靠度工程Reliability Engineering

華航飛安可靠度等等，都有做可靠度相關性

的測試及保證，「可靠度」工程對於在種種產

業愈來愈重視，如果疏忽和便宜行事，則後

果將不堪設想。

目前產業使用可靠度分析來提升品質

的案例日益增加，常用的分析手法像是韋

伯分析Weibull Analysis、失效模式與效應分

析 (Failure Mode & Effect Analysis; FMEA)、失

效樹 (Fault Tree)等等。韋伯分析可提供工程

師瞭解產品壽命數據的分析，其主要是透過

韋伯展點圖 (請參考圖1)來預測產品失效預報

與失效預估，以便進行維修計畫與成本效益

的汰換策略，另外韋伯展點圖也可提供其來

源資料的適且性。由圖1即可預測產品失效

達63.2%時的壽命時間為173450時間單位再

則，因b大於1及小於4，此乃早期產品老化

的開始，此時，產品大翻修與更換零件的策

略將被考慮，這屬於成本效益及產品可靠度

重要性的問題，當此產品可靠度是危及生命

時，則需要大翻修，若不是危及生命類的產

品，則可慮局部更換零件策略，以考慮較好

的成本效益。 最後兩參數 (t與t2)表示其資

料與韋伯線的密合度，愈接近1，表示愈好。

另一可靠度手法為 FMEA，例如電腦

的零組件很多，像是電池、主機板、觸碰

板 (Touch Panel)等等，以當中的觸碰板來

說，可透過FMEA分析後找出可能的失效模

式為：觸碰後沒反應、觸碰位置不正確、螢

幕上的游標難以控制這三種，再運用魚骨圖

進行每個失效模式的探討，將可列舉出造成

每個失效模式的潛在失效原因，然後再將這

些潛在失效原因依其嚴重度 (Severity; S)、難

檢度 (Detection; D)、發生度 (Occurrence; O)進行評分，其三個評分的乘積結果將可發現到

最高得分的潛在失效原因，也代表其RPN 較高者，必須優先採取對策，當找出失效可能

圖1：韋伯展點圖

47JAN 2011 ︱ Quality Magazine．Chinese Society for Quality．Vol. 47 No.1

表1：太陽能燈完全失效FMEA分析

(文章下接第44頁 )

來源後，相關製程

人員便能著手加以

改善，達到減低失

效的風險，以提升

品質與降低維修成

本之目的。表 1 提

供一個太陽能燈完

全 失 效 FMEA 分

析的例子，由最高

的RPN值，即可看

出電瓶的失效原因

為最優失考慮解決

的失效模式，再依

其潛在失效原因再

給分，將可再更深

入了解到那個是最

重要的潛在失效原

因，再依其改善策

略來進行失效原因

的改良。

圖3：導致電池起火燃燒的失效樹圖形

零組件名稱 功能 失效模式 失效原因 失效所造成的影響 嚴重度 發生度 難檢度 RPN

太陽能板 吸收太陽光的能量，轉換成電能。

太陽能板故障。

˙ 表面封裝不良進水後造成短路。

˙ 外部接線不良造成短路。

˙ 太陽能板無法轉換光能為電能導致電瓶過度放電而損毀。

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控制器 調節充放電過程中的電液與電壓和保護電瓶。

控制器完全失效。

˙ 內部浸水造成短路。 ˙ LED燈無法照明。˙ 充放電失去控制導致電瓶損毀。

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電瓶 儲蓄電能以供LED燈使用。

電瓶故障無法蓄電。失竊。

˙ 串聯系統只要有一個因過充或過放損壞就會導致全部失效。

˙ 溫度過高。˙ 短路。

˙ 無法儲能導致在夜間無法提供能量給LeD燈照明使用。

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可靠度工程Reliability Engineering

44 品質月刊．47卷1期︱ 2011年1月

品質報導Report

(文章上接第47頁 )

失效樹是決定導致系統層級最上層級期

望發生的特定事件 (稱為頂點事件 )，系統內

各種零件或事件的組合以布林代數演繹過程

表示，若以電腦的電池起火燃燒，首先將導

致此失效事件發生的可能原因一層一層往下

分析推導，像是電源供應調節器有缺陷、溫

度感應器失效、電容器短路等等原因，找出這

些可能原因後，便能建構出完整的失效樹，再

依據各零件的失效率 (Q)來計算系統層級最上

層級期望發生的特定事件 (稱為頂點事件 )的失效機率，如圖2所示，將可看到那個零件或

事件是主要靠成頂點事件失效，亦可提供最

小失效模式 (Minimum Failure Modes)，也就是

導致頂點事件發生的最少基本事件集合。

進行可靠度產品分析時，大致上可分為

幾個執行步驟。首先，必須考慮可靠度執行

專案的需求與產品設計規格，了解後即可開

始蒐集初步的產品資訊，例如：收集市場產

品返修資訊或利用產品老化測試等等方法，並

建立適當的可靠度模式；當模式建構完畢

後，接下來便可執行一連串相關分析比較，包

含了資料分佈分析、可靠度預估計算、故障

模式原因分析、其他替代方案分析以及可靠

度試驗分析等等，最後再將這些分析的結果

做總結，並提出對此可靠度分析專案的建

議，如此一來，將可達到提升產品可靠度之

目的。