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可靠性设计是现代工程设计的重要组成部分。它是指在产品设计阶段，通过合理的设计方法和技术手段，确保产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的概率。可靠性设计的核心思想包括预防失效的发生、提高系统可靠度、降低维护成本和延长使用寿命。右侧的曲线图展示了产品可靠度随时间的变化规律，通常呈指数衰减趋势。
可靠性指标体系包括三个核心指标。可靠度R(t)表示产品在时间t内正常工作的概率，通常随时间递减。失效率λ(t)表示单位时间内失效的条件概率，对于指数分布是常数。平均无故障时间MTBF是可靠度函数的积分，表示预期的正常工作时间。右侧图表展示了这些指标随时间的变化关系，蓝色曲线是可靠度，红色直线是恒定失效率。
可靠性设计遵循四个核心原则。简化设计通过减少复杂性来降低故障点，但可靠性相对较低。冗余设计通过增加备份系统显著提高可靠性，从0.9提升到0.99。容错设计使系统能够承受部分失效继续工作。预防性设计通过预防措施避免失效发生。不同设计原则的效果对比显示，冗余设计在提高可靠性方面最为显著。
以飞机的多重备份系统为例来分析冗余设计。在串联系统中，所有引擎都必须正常工作，系统才能运行，其可靠度为各部件可靠度的乘积，等于0.729。而在并联系统中，只要有一个引擎正常工作，系统就能运行，可靠度大幅提升至0.999。通过冗余设计，系统可靠性提升了1.37倍，这就是冗余设计在航空航天领域广泛应用的原因。
可靠性设计是现代工程设计的重要组成部分，它在产品设计阶段就考虑和预防潜在的故障问题。其主要目标是提高产品可靠性、降低故障率、延长使用寿命并确保安全性。可靠性设计采用冗余设计、容错设计、故障安全设计和可靠性分析等方法，广泛应用于航空航天、汽车工业、电子设备和核电站等关键领域。
冗余设计是可靠性设计的核心原理之一，通过增加备用部件或系统来提高整体可靠性。在串联系统中，任何一个部件失效都会导致系统失效，系统可靠性等于各部件可靠性的乘积。而在并联冗余系统中，只有所有部件都失效时系统才会失效。例如，两个可靠性为0.9的部件，串联时系统可靠性降至0.81，而并联时可提升至0.99。
系统配置直接影响可靠性。串联系统中部件依次连接，任何一个部件失效都会导致整个系统失效，因此系统可靠性会随着部件数量增加而降低。相反，并联系统中部件并行工作，只有当所有部件都失效时系统才会失效，这种冗余配置大大提升了系统的整体可靠性。
航空发动机的双路燃油系统是可靠性设计的经典案例。民航客机采用主燃油管路和备用燃油管路的冗余设计，确保即使一路燃油系统出现故障，另一路仍能维持发动机正常工作。单路燃油系统的可靠性约为0.999，而双路系统的可靠性可达到0.999999。这意味着故障率从千分之一降低到百万分之一，安全性提升了1000倍，为飞行安全提供了重要保障。
汽车双回路制动系统是可靠性设计的典型应用。系统包括制动踏板、制动液储罐和两个独立的制动回路。每个回路控制两个车轮，即使一个回路失效，另一个回路仍能提供制动力。单回路的可靠性为0.95，而双回路系统的可靠性提升至0.9975，失效概率从5%降低到0.25%，安全性提升了20倍。这种设计确保了汽车制动系统的高可靠性。