可靠性基础培训

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1、可靠可靠性基础培训性基础培训1可靠性的发展可靠度的作业技术是从二战后由美国开始广为应用由于美国国防部及三军对可靠作业极为重视所以各种可靠度作业标准规范或指导书相继大量制度和应用以作为美军武器系统可靠度作业管制之依据而这些标准逐渐被美国民间工业及其它工业先进国家企业界所应用2那些方面属可靠性问题那些方面属可靠性问题精精精美、精细、精致、精巧、精简 .耐耐耐用、耐撞、耐磨、耐震、耐火 使用寿命不长使用寿命不长 (MTBF)保固期回收太多保固期回收太多 (Reliability)故障有多重分布故障有多重分布 (Distribution)3质量质量与可靠与可靠性性的的不同不同可靠度是设计出来的，可以提

2、升产品平均寿命质量是工艺水平，可以减少变异量早夭期任务期老化期可靠性产命寿命存活机率市场返修率品质工艺水平制程一致性首次开箱合格率规格工程设计安全设计功能设计失效率产命寿命4质量质量与可靠与可靠性性的的不同不同下面是两个公司产品的失效比较，能不能看出什么来？下面是两个公司产品的失效比较，能不能看出什么来？5可靠性概述定义可靠性就是指产品于既定的时间内，在特定的使用条件下，执行特定性能或功能，成功达成工作目标的机率若是以数学的符号来表示，R(t) = Pr ( Tt | C1, C2, )其中 t 是指定的工作时间(期望时间)，T是实际的出现故障时间（寿命）, Pr( ) 是指在 t 任务时间不

3、出现故障的机率; C1, C2, 是固定的条件例如 一电磁炉在老化工作100天中, 产品不出现故障的机率位90%，其可靠度表达: R(100天) = Pr ( T100天)=90%6 广义的可靠性试验包含性能试验、环境试验、寿命试验(亦即狭义之可靠性试验)。可靠性概述7性能试验即符合性试验，检验产品的性能功能的实现（固定时间和使用条件两项要素而且是在标准的环境条件寻求物品性能的能力范围与变化情形）环境试验检验产品对各种环境应力（机械 气候 电应力）的适应性，快速暴露产品缺陷，是可靠性试验的主要技术方法（固定时间与性能而寻求环境条件对物品之影响）寿命试验也就常说的MTBF MTTF.(固定性能与

4、环境寻求时间对物品的影响)可靠性概述8MTTF (Mean Time To Failures)平均无故障时间MTBF （Mean Time Between Failures)平均无故障间隔时间ESS （Environmental Stress screening Test)环境应力筛选ALT (Accelerate life test)加速寿命试验HALT (High Accelerate life test)高加速寿命试验HASS (HighAccelerate Stress screening )高加速应力筛选可靠性概述9产品功能性失效：产品功能性失效：致命失效：致命失效：指产品完全失去规

5、定功能能力漂移性失效：漂移性失效：指产品的一个或几个产数超过规定值引起的失效，漂移性失效在一些产品中是允许的。间歇性失效间歇性失效: : 产品在使用中或试验中出现时好时坏的 失效产品阶段性失效产品阶段性失效: :（盆曲线）（盆曲线） 早夭期 偶然失效 磨损退化失效可靠性概述10产品寿命期(时间t)失效率函数(t)早夭期有用期(偶发失效期)磨耗期图1.产品失效浴缸曲线早夭期:早夭期内之失效多生产不完善，材料存在缺陷，不合格的生产环境，质量管理未尽妥善而发生.可用失效期:在可用期中所发生的失效多属机遇性的.磨耗期之失效:产品或零组件经过可用期后,由于料件质量退化（如氧化 腐蚀 老化等）失效率快速上

6、升.可靠性概述11寿命试验（MTBF） MTBF 不是一个产品使用周期, 也不是一个产品 使用周期的平均, 而是一大批产品统计特性MTBF试验过程中样品无失效或部分失效时，采用截尾寿命试验方法（定时截尾试验；定数截尾试验）MTBF试验的几种估计计算 a. 平均寿命的点估计值b. 单侧置信下限估计c. 双侧区间估计12双侧区间估计公式单侧置信下限估计公式-试验时间X2-分位数分布表r 失效次数 (非预期的且必需采取一定措施才能使产品正常工作的失效模式)c-置信水平 1-c=a(显着性水平）寿命试验（MTBF）13双侧区间定时截尾方案表双侧区间定时截尾方案表寿命试验（MTBF）14案例： 一计算机

7、的可靠性指标为30000小时，最低可靠性指标为20000小时，生产方和使用方的风险均为10%.设计一个检定试验方案解： 上限指=30000 下限值=20000风险均为10%d=3000020000=1.5查表可用方案1，试验时间为：T=下限值45=900000小时判定标准是在900000小时内累计失效小于37次，可判定通过 寿命试验（MTBF）15单侧置信下限计算例题现在公司新开发一款电磁炉,电磁炉的MTBF值设计要求为1万小时,请对此电磁炉进行测试是否能满足要求值? (正常工作温度环境下测试）已知条件：置信水平C=95% ;如出现3次失效将停止测试计算MTBF解： 公式 假设测试过程中没有出

8、现失效X2 a (2k+2) 查表为5.9915, 代入公式10000=2T/5.9915 即T=29957.5小时T为总的试验时间， 根据具体的情况可加大测试机器缩短测试周期如测试机器为20台，测试周期为 299957.5/20*24=62.4天 如果在测试过程出现了一次失效, 且经过维修后继续测试.此时根据查表X2 a (2k+2)=9.4877, T 总的测试将延长, 每一台的测试相应延长.寿命试验（MTBF）16假如我们的测试从6月1日8:00开始测试,在6月10日出现第1次失效,经过维修后继续测试,在6月24日出现第2次失效,经过维修后继续测试,在6月30日8:00出现第3次失效停止

9、测试.请大家计算此批产品MTBF? 是否符合设计要求? 计算MTBF=2*20*30*24/ 15.5073= 1857小时即实际测试MTBF值为1857小时, 小于设计要求1万小时MTBF 与故障率关系与故障率关系MTBF= 1/比如说我们产品MTBF为10000小时. 并不是说每一台均能工作10000小时不出现故障. 假如用户每天使用2小时，一年为720小时（360天计算），10000小时约13年.由MTBF=1/ MTBF=1/13=0.076 即该产品的平均故障率为7.6%, 一年内100台产品平均有7.6台会出现故障.寿命试验（MTBF）17X2 分位表寿命试验（MTBF）18加速寿

10、命测试一般執行壽命試驗之目的在評估產品於既定環境下之使用壽命，耗時較久，且須投入大量的金錢，而產品可靠度資訊又不能即時獲得並加以改善，導致失去許多“商機”與“競爭力”。因此，如何在實驗室中以加速壽命試驗(Accelerated Life Testing; ALT)的方法，在可接受的試驗時間內評估產品的使用壽命.寿命试验（MTBF）19加速寿命测试 基本上，加速壽命試驗是在物理與時間上，加速產品的劣化肇因，以較短的時間試驗，並據以推定產品在正常使用狀態的壽命或失效率 . 加速壽命試驗之基本條件是不能破壞原有特性要儘量選擇失效機構不變化的試驗條件，或失效機構容易單純化的試驗條件，使加速壽命試驗結果

11、之適用範圍明確化. 例如某設備的輸入電壓限制為100130V，若規劃以200V為輸入，當然就破壞了原有的設計特性。 寿命试验（MTBF）20加速寿命测试 加速壽命試驗考慮的三個要素為環境應力、試驗樣本數及試驗時間。假如產品既複雜又昂貴，則樣本數將較少，相對的須增加試驗時間或環境應力，以加速其試驗;反之如果產品造價較便宜，且數量多，則欲縮短試驗時間的情況下，可考慮增加樣本數或環境應力。 一般電子、資訊業而言，零件類的可靠度模式及加速模式幾乎部可以從美軍規範或相關文獻查得，甚或可自行試驗分析，獲得其數學經驗公式. 电子产品一般使用温度加速试验寿命试验（MTBF）21加速寿命测试 加速壽命試驗，最重

12、要的是如何掌握其加速因子(AcceleratedFactor) .相同產品，做二種不同應力(加速)條件的試驗，其結果可得二個不同的特徵壽命.1設為(低應力試驗條件)及2(為高應力條件)，則1/2即為加速因子(高、低應力間相對的加速程度)，相同產品老化程度下，兩種試驗的時間顯然不同，T1/T2值即為加速因子。22加速寿命测试温度加速试验之加速因子计算温度加速试验之加速因子计算 假設產品在正常操作狀態之壽命及溫度分別為n及Tn;加速壽命試驗狀態之壽命及溫度分別為a及Ta，加速因子(A)為 a. 知道兩種試驗條件下的溫度(Ta&Tn),，即可獲知加速試驗之加速因子 b. K为常数 8.623X10的

13、负5次方c. E为 活化能系数.(一般電子產品在早天期失效之活化能約在 0.20.6eV之間，正常有用期失效之活化能趨近於1.0eV，而衰老期失效之活化能將大 於1.0eV ) 23例例: 取7件產品作50之加速壽命試驗，得知其失效時間分別為:3000、3450、5000、6500、7850、8000、8500小時。若該產品正常的操作溫度為25，則該產品執行50加速試驗之加速因子，以及正常操作下之平均壽命可依下列方式計算之。 該產品執行50加速試驗之加速因子為(設活化能E=1.0eV) =20 該產品在50之平均壽命為 50=(3000+3450+5000+6500+7850+8000+850

14、0)/7=6043小時 故該產品正常操作下(25)之平均壽命為 25604320=120860小時 即加速寿命=*A(加速因子)加速寿命测试24加速寿命测试加速因子对照表加速因子对照表25环境试验环境试验 广义的环境是指模拟产品在生产 运输和用户使用中可能用到的各种应力如 机械 气候 电应力等； 狭义的环境试验是指气候应力试验，如温度 湿度等. 环境试验和加速应力能快速暴露产品缺陷，是可靠性试验的主要技术方法 环境试验概述26环境试验顺序环境试验顺序 电子电工产品环境试验方法很多，会存在一个试验先后顺序的问题. 就是指同一台产品进行二种和二种以上的单因素模拟试验时，应先进行什么试验，后进行什么

15、试验有时如果试验顺序不当会直接导致试验结果不真实.如何来选择合理的试验顺序？根据产品实际可能遇到的环境因素来确定试验顺序根据对产品产生最大的环境来确定试验顺序根据试验经费和试验时间来确定试验顺序根据试验目的来确定试验顺序可参考GJB150.1附录A“环境试验顺序表“2728适用于大多数产品一般常用试验顺序适用于大多数产品一般常用试验顺序29 环境试验程序环境试验程序 预处理预处理 在试验开始之前,为了消除或部分消除试验样品过去所受的影响,需要多产品进行预处理。 初始检查初始检查在进行任何环境试验前，试验样品应在标准大气压和常温下测试并记录结果试验条件试验条件 给样品施加规定的环境测试条件，检验

16、试验条件对产品的影响 中间检测中间检测 恢复恢复 最后检查最后检查30环境实验中断处理环境实验中断处理1.允许误差范围内的中断。在试验中断期间,试验条件未超过规定的试验允许误差。在此情况下，中断时间可以作为总的试验时间的一部分。2.未达到试验条件的中断试验条件低于规定的试验条件而试验中断时，应立即对样品进行外观检查以及工作性能检测，如果未发现损伤和性能降低，则应使样品在试验温度上重新稳定后继续试验。其试验时间应为中断前的时间和重新稳定后的时间之和。恢复试验后，若没有出现不满足试验条件的情况，则试验有效。3.超过试验条件的中断试验条件超过规定的试验条件时，应立即对试验样品进行全面的外观检查和工作

17、性能检测。如果未发现问题可以考虑继续试验，但在此情况下，如果样品在后一项试验中出现故障或失败，则试验结果常作无效处理，如果发现问题，最好的办法结束试验，并用新的样品重新试验。31环境试验注意点环境试验注意点 环境测试标准都只给出了测试的严酷等级环境测试标准都只给出了测试的严酷等级, ,没有明确没有明确说明按什么等级来进行测试，在测试时要根据产品的要说明按什么等级来进行测试，在测试时要根据产品的要求求 用户的使用地域，用户可预期和不可预期的使用方用户的使用地域，用户可预期和不可预期的使用方法来选择测试标准及加速测试标准法来选择测试标准及加速测试标准. . 在恒温恒湿内做模拟测试时放置物品不要超过

18、箱体体在恒温恒湿内做模拟测试时放置物品不要超过箱体体积的积的1/3. 1/3. 有些温湿度测试要求有些温湿度测试要求机器机器在在恒温箱内或与恒恒温箱内或与恒温箱内同等的环境下测试温箱内同等的环境下测试. 温度存储和温度冲击外其它温度存储和温度冲击外其它温湿度测试要求带电工作测试温湿度测试要求带电工作测试. 温湿度测试结束后将产温湿度测试结束后将产品在恒温箱内恢复到常温常湿后取出品在恒温箱内恢复到常温常湿后取出. 振动测试需将产品牢固捆绑在测试台的中间，每振动振动测试需将产品牢固捆绑在测试台的中间，每振动完一个轴后需检查完一个轴后需检查. 32环境试验对产品及部件的影响环境试验对产品及部件的影响

19、 10度规则度规则 当讨论产品在不同的环境下使用寿命时，一般采当讨论产品在不同的环境下使用寿命时，一般采用用1010度规则的表达方式。即当周围的环境温度上升度规则的表达方式。即当周围的环境温度上升1010度时，产品的寿命就会减少一半；当周围的环境度时，产品的寿命就会减少一半；当周围的环境温度温度上升温度温度上升2020度时，产品寿命就会减少四分之一。度时，产品寿命就会减少四分之一。这种规则可以说明温度是如何影响产品寿命（失效）这种规则可以说明温度是如何影响产品寿命（失效）的。的。33环境试验对产品及部件的影响环境试验对产品及部件的影响 环境温度校正计算图环境温度校正计算图当环境温度25度时产品

20、表面为90度，环境温度60度时产品表面温度是多少？GB2423.2 高温试验附录34环境试验对产品及部件的影响环境试验对产品及部件的影响 温度影响温度影响35环境试验对产品及部件的影响环境试验对产品及部件的影响 温度影响温度影响36环境试验对产品及部件的影响环境试验对产品及部件的影响 湿度影响湿度影响37环境试验对产品及部件的影响环境试验对产品及部件的影响 湿度影响湿度影响38环境试验对产品及部件的影响环境试验对产品及部件的影响 温度变化影响温度变化影响39环境试验对产品及部件的影响环境试验对产品及部件的影响 机械影响机械影响40可靠性设计基本概念可靠性设计基本概念设计人员四全面和三阶段设计人

21、员四全面和三阶段 全面了解元器件的参数，可靠性能力（或薄弱环节）全面了解元器件的参数，可靠性能力（或薄弱环节）全面了解产品生产工艺，设备条件全面了解产品生产工艺，设备条件.全面了解整机或系统的失效特点与环境试验方法全面了解整机或系统的失效特点与环境试验方法全面了解各类元器件的失效机理与对应的筛选试验全面了解各类元器件的失效机理与对应的筛选试验设计阶段设计阶段 重视可靠性增长试验重视可靠性增长试验、确定和暴露薄弱环节确定和暴露薄弱环节生产阶段生产阶段 元件件的保证元件件的保证、生产工艺的保证生产工艺的保证 使用阶段使用阶段 环境条件环境条件 、操作方法和检测程序操作方法和检测程序、合理维护、现场

22、使用、合理维护、现场使用可靠性可靠性.41可靠性设计基本概念可靠性设计基本概念 设计基本方法和内容设计基本方法和内容降额设计降额设计 简化设计简化设计 余设计余设计 容差设计容差设计 热设计（热设计（10度规则）度规则）可靠性分配可靠性分配 可靠性预计可靠性预计 可靠性增长可靠性增长元器件的选用和应用控制元器件的选用和应用控制 电子产品可靠性设计重点电子产品可靠性设计重点 热设计和降额热设计和降额 简化设计简化设计 设计过程的验证试验设计过程的验证试验42可靠性试验分类 按试验结果分类按试验结果分类定性与定量两种定性与定量两种 定性试验定性试验当可靠度技术资料较少过去的经验不易活用时或者必须在

23、短时间发现制品的弱点或潜在缺陷确定其质量保证程度所实施的可靠度试验称为定性可靠度试验此类试验包括应力筛选环境试验阶梯或步进应力试验 定量试验定量试验就是根据试验结果所获得的数据及产品的可靠度模式可以直接推测试件的可靠度值此类试验包括寿命试验耐久试验失效率试验等43按试验技术分类按试验技术分类可分五种可分五种 性能试验性能试验性能试验，又称为功能试验是一个验证设计可行性的试验工作，以便及早发现设计上之缺失或弱点适时加以改进试验通常是在实验室标准状况下进行性能与功能测试，试件通过性能试验不表示就符合系统之质量需求，除非它能更进一步通过耐强(环境试验)及耐久(可靠度试验)等之验证试验44 环境应力筛

24、选环境应力筛选环境应力筛选之目的为利用环境应力，使在电子产品在制程因较弱零组件与不良工艺等因素所造成之非设计疵病，提早暴露而被检测出来，因而得以采取修改行动或将之剔除，提高该产品之制造质量，使之维持设计时赋予之水平。45 环境试验环境试验环境试验乃在实验室内利用模拟的试验设备，验证试件承受或抵抗环境应力的耐用能力按照试验的理论基础及摸拟环境的特色，环境试验可分为自然环境试验和动力环境试验;按施加环境的项目可分为单一环境试验和复合环境试验，一般多以单项序列试验执行。46 可靠度试验可靠度试验 可靠度试验乃验证产品在时间方面的特性 ,又称为寿命试验或经久性试验 加速或加严试验加速或加严试验一般说来，加速试验考虑的三个要素为环境应力、试验样本数及试验时间47按试件的组合层次别分类按试件的组合层次别分类: :可分三类可分三类 零件试验零件试验进料试验零件鉴定试验零件可靠度筛选等 组件试验组件试验制程环境应力筛选制程功能试验 系统（产品）试验系统（产品）试验出厂验收试验环境接收试验可靠度鉴定试验环境鉴定试验生产可靠度试验等48 按产品研发程序分类按产品研发程序分类可分三类可分三类 发展试验工程发展试验功能发展试验环境发展试验可靠度发展成长试验等鉴定试验功能鉴定试验环境鉴定试验可靠度鉴定试验接收试验功能鉴定试验环境试验生产可靠度试验4950 讲义结束 谢谢51