Fiabilitatea reprezintă probabilitatea ca un sistem (element, bloc, ansamblu, aparat, echipament) să-și îndeplinească funcția intenționată, în condiții de utilizare determinate, pe o perioadă de timp precizată. Termenul fiabilitate provine din cuvântul de origine franceză "fiabilité" care se referă la studiul defectărilor sistemelor și care este o componentă esențială a siguranței în funcționareGrand Larousse Encyclopedique, tome IV, Librairie Larousse, Paris, 1973.După Dicționarul LAROUSSE, fiabilitatea este o "mărime caracterizând securitatea funcționării unui mecanism; măsură a probabilității de funcționare a unei aparaturi conform normelor prescrise". Fiabilitatea are corespondent în limba engleză prin termenul "reliability" (reliable -demn de încredere, sigur, trainic) și în limba rusă prin "нaдёжнoсть" (citește: nadiojnost) care înseamnă siguranță, securitate, soliditate. În literatura de specialitate din limba română s-au folosit inițial, ca sinonime, atât termenul de "fiabilitate" cât și termenul de "siguranță în funcționare", însă în prezent se consideră că siguranța în funcționare (engl.dependability) înglobează în principal patru componente: fiabilitate, mentenabilitate , disponibilitate și securitateAlain Villemeur, Sûreté de fonctionnement des systèmes industriels. Paris, Eyrolles, juillet 1988, 795 p..Fiabilitatea este o funcție de timp R(t), definită drept probabilitatea ca, în condiții operaționale specificate, obiectul (componenta, procesul, sistemul) să funcționeze fără defecte, menținându-și parametrii prestabiliți în intervalul de timp [0,t). Fiabilitatea se notează cu simbolul R, de la termenul englez reliability, notație însușită de întreaga literatură de specialitate.
Practic, fiabilitatea este o probabilitate (de bună funcționare) , cu o valoare cuprinsă între 0 și 1.
La sistemele mai complexe, cunoscând fiabilitatea fiecărei componente în parte, se poate calcula fiabilitatea (siguranța în funcționare) a întregului sistem.
Noțiunea de fiabilitate se aplică nu numai la produse/aparate/echipamente, ci și cu referire la procese tehnologice. Fiabilitatea unui proces tehnologic reprezintă capacitatea acestuia de a asigura execuția produselor la volumul de producție dat, menținând în timp cerințele stabilite pentru calitatea produselor.A. S. Pronikov, Nadiojnost mașin (Fiabilitatea mașinilor), Moscova, "Mașinostroenie", 1978, p.442
Formele fiabilității Fiabilitatea se poate exprima în următoarele forme distincte:
Fiabilitatea previzională (proiectată) se stabilește încă din faza de proiectare a produsului. În această fază, pe baza structurii sistemului și a fiabilității elementelor constructive componente se verifică "a priori" fiabilitatea sistemului/produsului, în conformitate cu specificațiile tehnice.Traian Grămescu, Viorel Chirilă, Calitatea și fiabilitatea produselor. Editura TEHNICA--INFO, , Chișinău, 2002, pp.17-18
Fiabilitatea experimentală (de laborator) se determină în laborator, pe prototip, seria zero și/sau piese-epruvetă, pe standuri de probe și încercări de fiabilitate, unde se creează condiții de solicitare (mecanice, termice, electrice, temperatură, umiditate etc.) similare cu condițiile reale de exploatare. Prin determinarea fiabilității experimentale se verifică și corectitudinea calculelor efectuate la stabilirea fiabilității previzionale.
Fiabilitatea operațională (efectivă) se determină în timpul utilizării produselor, în condițiile reale de folosire/exploatare a unui număr mare de exemplare identice pe o anumită perioadă de timp, produse care sunt utilizate efectiv de beneficiar. De exemplu, pentru studiul fiabilității unor autocamioane se culeg și se prelucrează statistic datele culese direct din autobazele utilizatorilor.
Fiabilitatea nominală este acea fiabilitate, sau indicator de fiabilitate, care este stabilită prin tema de proiectare, fiind prescrisă în specificații (standarde, documente de firmă, norme interne, contracte, caiete de sarcini etc.) și care se înscrie pe produs ; se referă la durata de viață, utilizare sau conservare a acestuia, garantată de furnizor.
Fiabilitatea potențială este cea evaluată la punerea în funcțiune a produsului. Poate fi stabilită experimental, pe componente extrase din fabricația de serie.Tudor, Andrei, Mirică, Radu-Florin, Laurian, Tiberiu, Fiabilitatea sistemelor mecanice. Editura BREN, București, 2003, ISBN 973-648-112-3
În practică, se calculează fiabilitatea previzională, se verifică în laboratoare determinându-se fiabilitatea experimentală, se confirmă în exploatare prin fiabilitatea operațională și, eventual, se înscrie pe produs fiabilitatea nominală.
Fiabilitatea unui sistem complex poate fi mărită pe două căi: a) simplificarea structurii și folosirea unor componente de calitate superioară; b) implementarea toleranței la defecte (engleză: fault tolerance).Cașcaval, Petru, Sisteme de timp real. Fiabilitatea și siguranța în funcționare. Editura Performantica, Iași, 2007. ISBN 978-973-730-325-7
Sisteme fără restabilire automată Prin sistem fără restabilire se înțelege un sistem a cărui capacitate de funcționare nu se mai restabilește în perioada exploatării, după apariția defecțiunii (sistem nereparabil). Exemple de sisteme nereparabile sunt sateliții și circuitele integrate.
În legătură cu fiabilitatea trebuie definiți anumiți termeni, după cum urmează.
Defectul se definește ca incapacitatea unui element de a îndeplini o funcție cerută. Defectul este considerat o abatere a unei caracteristici de calitate de la nivelul dorit (impus).
Defectarea sau căderea (failure) reprezintă încetarea capacității unui produs de a-și îndeplini funcția specificată, așadar întreruperea funcționării lui în perioada de exploatare. Defectele sunt cauzele defectărilor. Defectele care pot apărea în faza de execuție a produsului sunt: defecte provocate de natura materialului; defecte provocate de mașina sau utilajul tehnologic; defecte provocate de operatorul uman; defecte provocate de metoda de control. În etapa de exploatare, defectele pot fi cauzate de uzare, de șocuri și deformații, de mediul ambiant, defecțiuni provocate de factorul uman. Exprimarea cantitativă a căderilor se poate face prin consemnarea duratelor (timpilor) de bună funcționare până la defectare.N. Bârsan-Pipu, Al. Isaic-Maniu, Viorel Gh. Vodă, Defectarea. Modele statistice cu aplicații. Editura Economică, București, 1997
Indicatorii de fiabilitate sunt mărimi care exprimă cantitativ fiabilitatea produselor. Aceștia sunt: funcția de fiabilitate; funcția de nonfiabilitate; densitatea de probabilitate a defectărilor; intensitatea (rata) de defectare; timpul mediu de bună funcționare. Funcția de fiabilitate R(t) este probabilitatea P ca un produs să funcționeze fără defectare, în intervalul (0, t) , în condiții determinate:
R(t) = P(T >t) (1) unde:
T --variabilă aleatoare (timpul); t --limită cu valoarea dată a timpului de bună funcționare (care se admite că începe de la timpul zero).
Funcția este descrescătoare, continuă și pozitivă în intervalul de timp (0, ∞). Dacă t= 0, R(0) = 1; dacă t→∞, R(∞) →0.
Funcția de nonfiabilitate F(t) exprimă probabilitatea defectării unui produs care trebuie să funcționeze bine într-un interval de timp t stabilit:
F(t) = P(T < t) (2) Între cele două funcții, de fiabilitate și de nonfiabilitate există relația : R(t) = 1 - F(t)
Funcția densității de probabilitate a defectărilor f(t) exprimă densitatea de repartiție a evenimentului "defectare".
O noțiune importantă legată de fiabilitate este intensitatea de defectare (rata de defectare) λ(t) care exprimă probabilitatea ca un echipament, utilaj, produs etc. în bună stare de funcționare la momentul t să se defecteze în intervalul (t, t+dt). Prin definiție, λ(t) este o densitate de probabilitate condiționată a defectărilor.
Timpul mediu de bună funcționare MTBF (Mean Time Between Failures) exprimă timpul mediu de funcționare între două defectări succesive, în cazul produselor reparabile. În domeniul tehnicii de calcul, indicatorul MTBF reprezintă intervalul mediu de timp care se scurge până când o piesă hardware se defectează sau necesită întreținere. Timpul mediu de bună funcționare are aceleași inițiale MTBF și în limba franceză, engleză și spaniolă. În cazul unui sistem nereparabil, deci care este înlocuit după defectare, în locul indicatorului MTBF se folosește timpul mediu până la defectare MTTF (Mean Time To Failure). Cu cât MTTF crește, cu atât fiabilitatea se mărește. În practică, interesează în mod deosebit modul cum rata defectărilor λ(t) evoluează în timp. Pentru sistemele mecanice este tipică evoluția printr-un grafic denumit, în mod curent, curbă în formă de "cadă de baie" (engl.: bath--tub curve).
Pentru a stabili fiabilitatea unui sistem fără restabilire (nereparabil) se ia în considerație durata scursă de la punerea sau repunerea în funcțiune până la defectarea sistemului, denumită și "timp de funcționare fără defecțiuni", durată care este o variabilă aleatoare continuă. Pentru concizia reprezentării, de obicei se indică doar valoarea medie a timpului de bună funcționare.
În evoluția intensității de defectare a unui obiect în timp (durata de viață) se pot constata trei perioade distincte pe graficul de tip "cadă de baie": perioada inițială sau de rodaj, în care defecțiunile se datorează unor cauze necunoscute sau doar ascunse, cum ar fi erorile de proiectare, deficiențele fabricației, ale controlului de calitate sau montajului, dar eventual și deficiențe în proiectare ș.a. În această perioadă, intensitatea de defectare este ridicată, pentru că se defectează elementele/componentele cele mai slabe, însă intensitatea de defectare se micșorează rapid până la un palier. Corectarea sau eliminarea acestor defecte în urma îmbunătățirii controlului tehnic de calitate, conduce la micșorarea intensității de defectare. În mod obișnuit, evitarea unor astfel de situații la beneficiar se obține prin executarea rodajului, înainte de livrare și dare în exploatare. perioada de maturitate, de viață utilă sau de exploatare normală, în care frecvența defectărilor se menține aproximativ constantă. Defectările apar din cauza unor accidente sau evoluții imprevizibile ale funcționării. Perioada de viață utilă este în general mult mai mare decât celelalte, ceea ce face ca pentru multe astfel de obiecte (sisteme) intensitatea și frecvența defecțiunilor să fie relativ constantă. Alte caracteristici importante de fiabilitate sunt timpul mediu dintre două avarii succesive (engleză: Mean Time Between Failures, MTBF), precum și timpul mediu necesar pentru o reparație (engleză: Mean Time To Repair, MTTR). Scopul studiilor de fiabilitate este întotdeauna asigurarea unei disponibilități maxime, cât mai apropiate de 100 % din timpul de funcționare prevăzut. Pentru creșterea duratei de viață a unui sistem în perioada de maturitate se asigură efectuarea operațiunilor de mentenanță prescrise (ungere, curățare etc.).Bogdan Ivan, Contribuții la implementarea managementului fiabilității și mentenabilității în proiectarea instalațiilor. Teză de doctorat, Universitatea Tehnică de Construcții București, 2014 perioada finală sau de îmbătrânire (bătrânețe), sau perioada defecțiunilor critice (catastrofale) în care intensitatea și frecvența defectărilor crește rapid, datorită unor uzuri inevitabile sau oboselii materialelor. Defectările evoluează cu o distribuție asimilată cu repartiția Weibull , deci cu o rată de defectare în creștere rapidă și continuă. Schimbările componentelor defecte și reparațiile preventive ale elementelor uzate asigură deseori evitarea apariției fenomenelor de defectare din perioada a treia, care pot avea consecințe grave. În practică s-a constatat că pentru unele utilaje și agregate tehnologice, perioada finală nu este atinsă, datorită mai ales uzurii morale, care conduce la scoaterea lor din folosință înainte de această perioadă.