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20世紀(jì)50年代開始，電子管、二極管等新型電子元器件誕生并廣泛應(yīng)用。電子元器件故障頻發(fā)，在產(chǎn)品設(shè)計階段需要算一算產(chǎn)品的可靠度、失效率、使用壽命等可靠性指標(biāo)。這也是可靠性專業(yè)進(jìn)入“有指標(biāo)、可計算、可驗證”的理論自洽的一個自然而然的發(fā)展。

可靠性物理方法的發(fā)展可以劃分為兩個階段。

第一個階段是協(xié)變量模型的誕生和運(yùn)用。

協(xié)變量模型試圖以一種顯式的函數(shù)關(guān)系將可靠性指標(biāo)（如故障率）與其相關(guān)的產(chǎn)品內(nèi)、外在特性參數(shù)（這些參數(shù)稱為協(xié)變量）建立起關(guān)聯(lián)關(guān)系。例如，對電子元器件來說，協(xié)變量可能是電壓、電流、溫度、濕度或描述應(yīng)力及環(huán)境的其它參數(shù)。通過對這些協(xié)變量和故障率之間的關(guān)系開展物理或統(tǒng)計分析，建立故障率與上述參數(shù)的關(guān)系模型，稱之為協(xié)變量模型。

協(xié)變量模型的建立過程一般先假設(shè)它們之間的關(guān)系是一種簡單的函數(shù)形式（如線性關(guān)系、冪律關(guān)系等），再經(jīng)過一定的試驗或使用數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析獲取模型中的相關(guān)系數(shù)，從而建立起故障率與協(xié)變量之間的定量關(guān)系。協(xié)變量模型表明了故障率與協(xié)變量之間具有統(tǒng)計相關(guān)性而不一定具有因果性。

協(xié)變量模型最廣泛的應(yīng)用就是各種可靠性預(yù)計手冊，1956年美國國防部下屬的可靠性分析中心發(fā)布了第一部基于協(xié)變量模型的可靠性預(yù)計手冊，亦即美軍標(biāo)MIL-HDBK-217的前身。之后這一類方法論的改進(jìn)和使用一直持續(xù)至今。

當(dāng)前基于這類手冊的可靠性預(yù)計結(jié)果不斷受到質(zhì)疑，特別是利用這類手冊開展可靠性設(shè)計的有效性大打折扣，但這絲毫不影響協(xié)變量模型在可靠性專業(yè)發(fā)展中的重要歷史地位。它標(biāo)志著可靠性專業(yè)開始向物理學(xué)這一科學(xué)基石邁進(jìn)。

第二個階段是故障物理（Physics of Failure, PoF）模型的誕生和運(yùn)用。

故障物理模型在對引起產(chǎn)品故障發(fā)生的物理、化學(xué)、生物等過程進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上，建立描述故障時間或性能參數(shù)與引起故障的要素之間定量關(guān)系的確定性模型。

1962年9月，美國空軍羅姆發(fā)展中心在芝加哥組織了第一屆故障物理研討會，揭開了故障物理模型研究和應(yīng)用的序幕。20世紀(jì)90年代以來，可靠性物理方法在工程實踐中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，并形成了工具化軟件平臺。

故障物理模型一般分為兩類，一類是性能退化模型（可稱之為P模型），即產(chǎn)品性能隨時間和引起退化的各要素之間關(guān)系的數(shù)學(xué)方程，模型指明了性能退化的因果關(guān)系，因此改變模型中的參數(shù)即可改變性能退化的軌跡，給定性能閾值即可獲得產(chǎn)品故障時間。

另一類是故障時間模型（可稱之為T模型），即產(chǎn)品故障時間與引起故障的各要素之間關(guān)系的數(shù)學(xué)方程，模型指明了產(chǎn)品故障時間的因果關(guān)系，改變模型的參數(shù)即可改變產(chǎn)品的故障時間。值得指出的是：因為故障物理模型是確定性方程，改變模型中的參數(shù)即對應(yīng)著產(chǎn)品的設(shè)計、工藝和使用條件的變化，因此基于故障物理模型可以直接判斷產(chǎn)品故障時間是否滿足要求，很多情況下故障時間直接與產(chǎn)品壽命相關(guān)。

基于故障物理模型分析計算產(chǎn)品的故障時間一般要遵循以下幾個步驟：

一是開展全面充分的故障機(jī)理分析，獲得產(chǎn)品故障所有可能的機(jī)理；

二是選擇或研究每一個故障機(jī)理對應(yīng)的故障物理模型；

三是按照故障機(jī)理之間的相互影響關(guān)系計算整個產(chǎn)品的故障時間（最簡單的處理即假設(shè)各個機(jī)理之間是獨立的，則利用故障物理模型計算出的最短時間就是整個產(chǎn)品的故障時間）。

從以上這幾個步驟可以看出，雖然每一個故障物理模型都是確定性的，但是分析計算整個產(chǎn)品的故障時間卻存在著不確定性，這是因為故障物理模型中的各參數(shù)實際上都具有分散性特征，在利用故障物理模型計算產(chǎn)品的故障時間時必須考慮模型參數(shù)的不確定性。

需要指出的是，可靠性物理方法這一名詞雖然誕生于電子學(xué)領(lǐng)域，但是其基本的理念和做法在其它學(xué)科領(lǐng)域同樣是適用的，甚至在機(jī)械學(xué)、電氣工程學(xué)領(lǐng)域，類似的故障物理模型的探索還要早于電子學(xué)領(lǐng)域。

可靠性物理方法并不需要統(tǒng)計大量的故障數(shù)據(jù)，而是更加關(guān)注于產(chǎn)品故障的物理化學(xué)過程與產(chǎn)品設(shè)計、制造和使用特性之間的關(guān)系，甚至還涉及產(chǎn)品制造商的管理能力，這樣的思路在工程實踐中可以對影響產(chǎn)品可靠性的原因一目了然，保證了產(chǎn)品可靠性計算的結(jié)果可以指導(dǎo)設(shè)計、制造和管理的實踐。

可靠性統(tǒng)計方法把故障視為隨機(jī)事件，利用概率論和統(tǒng)計方法建立統(tǒng)計模型給出產(chǎn)品可靠性的度量、分析與評估結(jié)果，而可靠性物理方法將故障視為由一系列確定性的原因引起的事件。二者給出的結(jié)果形式雖然類似，但是導(dǎo)出方法論的認(rèn)識論完全不同。

可靠性物理方法的出現(xiàn)是可靠性科學(xué)發(fā)展史上的重要轉(zhuǎn)折，它構(gòu)建了可靠性學(xué)科的物理學(xué)基礎(chǔ)，標(biāo)志著可靠性科學(xué)研究徹底轉(zhuǎn)向了科學(xué)的基石——物理學(xué)。

可靠性物理方法在實踐中也存在著兩個方面的困難。

一是模型的精度。無論是協(xié)變量模型還是故障物理模型，模型的精度問題始終困擾著可靠性物理方法的應(yīng)用實踐。

二是故障機(jī)理的耦合機(jī)制。故障機(jī)理的獨立假設(shè)在產(chǎn)品功能、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的情況下，難以滿足應(yīng)用實踐的需求，而分析各種機(jī)理之間的耦合關(guān)系，又是一個十分艱巨的任務(wù)。

由于以上兩個方面的原因，人們在建立故障物理模型過程中存在著大量的認(rèn)知不確定性問題。