可靠性基礎(chǔ)知識-3A課件

可靠性基礎(chǔ)知識

金學(xué)明/BillyJin

Rev.3A

1可靠性基礎(chǔ)知識

金學(xué)明/BillyJin

Rev.3A引言內(nèi)容提要產(chǎn)品可靠性現(xiàn)象可靠性歷史概述可靠性基本概念可靠性試驗MTBF計算2引言內(nèi)容提要產(chǎn)品可靠性現(xiàn)象2產(chǎn)品可靠性現(xiàn)象現(xiàn)象一：二次大戰(zhàn)中電子裝備大量用於戰(zhàn)爭，卻不能有效投入使用。當時美國軍用電子設(shè)備由于是效率很高而面臨著十分嚴重的局面：1949年美國海軍電子設(shè)備有70%失效，一個正在使用的電子管要有九個新的電子管作為臨時替換的備件；1951—1952一般的無線電設(shè)備中24%有故障，而雷達高達84%有故障；美國空軍每年的設(shè)備維修費為設(shè)備購置費的兩倍，需有三分之一的地勤人員維修電子設(shè)備。3產(chǎn)品可靠性現(xiàn)象現(xiàn)象一：3產(chǎn)品可靠性現(xiàn)象現(xiàn)象二：

A客戶在2008年2月買了一個手機,買回后第60天(期間開機時間共為960小時)出現(xiàn)接聽時無法聽到對方聲音故障，第61天將該手機送修,維修人員使用了0.5小時更換喇叭；A客戶取回后的第20天(期間開機時間共為240小時)又出現(xiàn)上次同樣的故障,然后再次送修，10天后收到取貨通知，并了解到維修人員使用了1.0個小時更換了主板上的音頻控制器芯片。4產(chǎn)品可靠性現(xiàn)象現(xiàn)象二：4可靠性歷史概述50年代60年代70年代80年代90年代

起步階段更深更廣發(fā)展階段綜合化自動化智能化實用化發(fā)展階段發(fā)展階段深入發(fā)展階段1952年8月21日，美國國防部下令成立由軍方、工業(yè)部門和學(xué)術(shù)界組成的“電子設(shè)備可靠性咨詢組”（AdvisoryGrouponReliabilityofElectronicEquipment）即AGREE。1955年A-GREE開始實施一個從設(shè)計、試驗、生產(chǎn)到交付、儲存、使用的全面的可靠性發(fā)展計劃，并于1957年發(fā)表了《軍用電子設(shè)備可靠性》的研究報告。該報告從9個方面闡述了可靠性設(shè)計、試驗及管理的程序及方法，確定了美國可靠性工程發(fā)展的方向，成為可靠性發(fā)展的奠基性文件，標志著可靠性已成為一門獨立的學(xué)科，是可靠性工程發(fā)展的重要里程碑。5可靠性歷史概述50年代60年代70年代80年代90年代可靠性基本概念可靠性：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi),完成規(guī)定功能的能力?！耙粋€產(chǎn)品、三個規(guī)定”產(chǎn)品：指硬件和流程性材料等有形產(chǎn)品以及軟件等無形產(chǎn)品。規(guī)定條件：包括使用時的環(huán)境條件和工作條件.

規(guī)定時間：廣義的工作時間,除時間外,還可以是里程,次數(shù)等。規(guī)定功能：指產(chǎn)品規(guī)格書中給出的正常工作性能指標。衡量一個產(chǎn)品可靠性水平時一定要給出故障(失效)判據(jù)。因此，在規(guī)定產(chǎn)品可靠性指標要求時一定要對規(guī)定條件、規(guī)定時間和規(guī)定功能給予詳細具體的說明。6可靠性基本概念可靠性：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi),完成可靠性基本概念維修性：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，按規(guī)定的程序和方法進行維修時，保持或恢復(fù)執(zhí)行規(guī)定狀態(tài)的能力。規(guī)定條件：維修的機構(gòu)和場所及相應(yīng)的人員、技能與設(shè)備、設(shè)施、工具、備件、技術(shù)資料等。規(guī)定的程序和方法：是按技術(shù)文件規(guī)定采用的維修工作類型、步驟、方法等。維修性是產(chǎn)品質(zhì)量的一種特性，即由產(chǎn)品設(shè)計賦予的使其維修簡便、迅速、安全和經(jīng)濟的固有特性。7可靠性基本概念維修性：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，按規(guī)可靠性基本概念保障性：系統(tǒng)（裝備）的設(shè)計特性和計劃的保障資源滿足平時和戰(zhàn)時使用要求的能力。保障性是裝備系統(tǒng)的固有屬性，它包括兩方面含義，即與裝備保障有關(guān)的設(shè)計特性和保障資源的充分和適用程度。

裝備具有可保障的特性（保障設(shè)計特性）和能保障的特性（保障資源）才是具有完整保障性的裝備。8可靠性基本概念保障性：系統(tǒng)（裝備）的設(shè)計特性和計劃的保障資源可靠性基本概念可用性：是在要求的外部資源得到保證的前提下，產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定時刻或時間區(qū)間內(nèi)外于可執(zhí)行規(guī)定功能狀態(tài)的能力。固有可用性是可靠性、維修性和維修保障的綜合反映。使用可用性受可靠性、維修性、維修保障性和外部資源的影響?？尚判裕菏且粋€集合性術(shù)語，用來表示可用性及其影響因素：可靠性、維修性、維修保障。

可信性僅用于非定量條款中的一般描述，可信性的定性和定量具體要求是通過可用性、可靠性、維修性，維修保障性的定性和定量要求表達的。

9可靠性基本概念可用性：是在要求的外部資源得到保證的前提下，產(chǎn)可靠性基本概念可靠度：產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率稱為可靠度，一般用表示。

:產(chǎn)品總數(shù)

:工作到t時刻產(chǎn)品發(fā)生的故障數(shù)故障（失效）率：工作到某時刻尚未發(fā)生故障（失效）的產(chǎn)品，在該時刻后單位時間內(nèi)發(fā)生故障（失效）的概率，稱之為產(chǎn)品的故障（失效）率，也稱瞬時故障（失效）率。故障率一般用表示。

:t時刻后，時間內(nèi)的發(fā)生故障的產(chǎn)品數(shù)。

:所取時間間隔

:在t時刻沒有發(fā)生故障的產(chǎn)品數(shù)。

10可靠性基本概念可靠度：10可靠性基本概念平均失效（故障）前時間（MTTF）：設(shè)個不可修復(fù)的產(chǎn)品在同樣條件下進行試驗，測得其全部失效時間為,其平均失效前時間（MTFF）為：

(產(chǎn)品壽命服從指數(shù)分布)平均故障間隔時間（MTBF）一個可修復(fù)產(chǎn)品在使用過程中發(fā)生了次故障，每次故障修復(fù)后又重新投入使用，測得其每次工作持續(xù)時間為，其平均故障間隔時間MTBF為：

(完全修復(fù)產(chǎn)品)

T為產(chǎn)品總的工作時間11可靠性基本概念平均失效（故障）前時間（MTTF）：11可靠性基本概念貯存壽命產(chǎn)品在規(guī)定條件下貯存時，仍能滿足規(guī)定質(zhì)量要求的時間長度。是產(chǎn)品貯存可靠性的量度。平均修復(fù)時間（MTTR）在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，產(chǎn)品在任一規(guī)定的維修級別上，修復(fù)性維修總時間與在該級別上被修復(fù)產(chǎn)品的故障總數(shù)之化。

：第i次修復(fù)時間

：修復(fù)次數(shù)12可靠性基本概念貯存壽命12可靠性基本概念

浴盆曲線大多數(shù)不可修復(fù)產(chǎn)品的故障率隨時間的變化曲線形似浴盆，故將故障率曲線稱為浴盆曲線。特征：故障率較高，且迅速下降。故障主要是設(shè)計與制造中的缺陷，如設(shè)計不當，材料缺陷，加工缺陷，安裝調(diào)整不當?shù)?，投入使用后很容易暴露出來。措施：加強質(zhì)量管理及采用篩選等辦法來減少甚至消滅早期故障。特征：故障率較低，基本平穩(wěn)，近似認為故障率為常數(shù)。由偶然因素引起。特征：故障率迅速上升，故障大量增加直至最后報廢。故障主要由老化、疲勞、磨損、腐蝕等耗損性因素引起。措施：在耗損起始點到來之前停止使用，對耗損的零件部件予于修維修、更換，可以降低產(chǎn)品的故障率，延長產(chǎn)品的使用壽命。***高質(zhì)量等級的電子產(chǎn)品其故障率曲線在其壽命期內(nèi)基本是一條平穩(wěn)的直線。而質(zhì)量低劣的產(chǎn)品可能存在大量的早期故障或很快進入耗損故障階段。13可靠性基本概念浴盆曲線特征：故障率較高，且迅速下降。特征：可靠性基本概念可靠性與產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)系產(chǎn)品質(zhì)量是產(chǎn)品的一組固有特性，描述該產(chǎn)品滿足顧客和其他相關(guān)方要求的能力。產(chǎn)品固有特性包括：性能特性—性能指標及時性—開發(fā)周期和交貨期適應(yīng)性—直觀得出結(jié)論專門性—可靠性、維修性和保障性（最關(guān)心）。產(chǎn)品可靠性是產(chǎn)品性能隨時間的保持能力，換句話說，要長時間地保持性能就是不要出故障，不出故障或出了故障能很快維修好是產(chǎn)品很重要的質(zhì)量特性。要使產(chǎn)品高可靠、好維修就要在產(chǎn)品開發(fā)中開展可靠性、維修性設(shè)計、試驗和管理工作。14可靠性基本概念可靠性與產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)系14可靠性試驗可靠性試驗?zāi)康腶、用試驗數(shù)據(jù)來說明產(chǎn)品是否符合可靠性定量要求，以接收或拒收，合格與不合格等。b、通過對產(chǎn)品的可靠性試驗發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計、元器件、零部件、原材料和工藝方面的缺陷，以便采取有效的糾正措施，使產(chǎn)品可靠性增長。可靠性試驗分類 環(huán)境應(yīng)力篩選試驗工程試驗可靠性增長試驗加速壽命試驗可靠性試驗可靠性測定試驗統(tǒng)計試驗可靠性鑒定試驗可靠性驗收試驗恒定應(yīng)力*步進應(yīng)力*序進應(yīng)力*15可靠性試驗可靠性試驗?zāi)康暮愣☉?yīng)力*15可靠性試驗環(huán)境應(yīng)力篩選試驗概念：是通過在產(chǎn)品上施加一定的環(huán)境應(yīng)力，以剔除由不良元器件、零部件或工藝缺陷引起的產(chǎn)品早期故障一種工序或方法。

1、通常這種早期故障用常規(guī)的方法和目視檢查等是無法發(fā)現(xiàn)的。2、環(huán)境應(yīng)力不必準確模擬真實的環(huán)境條件，但不應(yīng)超過設(shè)計能耐受的極限，其大小應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品總體要求確定。3、對電子產(chǎn)品施加環(huán)境應(yīng)力最有效的是溫度循環(huán)應(yīng)力和隨機振動。4、不能提高產(chǎn)品的固有可靠性。16可靠性試驗環(huán)境應(yīng)力篩選試驗16可靠性試驗可靠性增長試驗概念：是一個在規(guī)定的環(huán)境應(yīng)力下，為暴露產(chǎn)品薄弱環(huán)節(jié)，并證明改進措施能防止薄弱環(huán)節(jié)再現(xiàn)而進行的試驗。

1、規(guī)定的環(huán)境應(yīng)力可以是產(chǎn)品工作的實際環(huán)境應(yīng)力、模擬環(huán)境應(yīng)力或加速變化的環(huán)境應(yīng)力。

2、可靠性增長試驗是通過發(fā)現(xiàn)故障、分析和糾正故障以及對糾正措施的有效性而進行驗證以提高產(chǎn)品可靠性水平的過程。一般稱為試驗→分析→改進。

3、增長試驗包含對產(chǎn)品性能的監(jiān)測、故障檢測、故障分析及減少故障再現(xiàn)的設(shè)計改進措施的檢驗。

4、試驗本身并不能提高產(chǎn)品可靠性，只有采取了有效的糾正措施來防止故障重現(xiàn)才能提高可靠性。

5、產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)過程中應(yīng)促進自身的可靠性增長。17可靠性試驗可靠性增長試驗17可靠性試驗加速壽命試驗概念：通過提高工作環(huán)境的應(yīng)力水平來加速產(chǎn)品的失效，盡快地暴露產(chǎn)品設(shè)計過程中的缺陷，發(fā)現(xiàn)故障模式，稱這種超過正常應(yīng)力水平下的壽命試驗為加速壽命試驗。

1、恒定應(yīng)力加速壽命試驗依據(jù)失效機理選定一組逐漸升高的應(yīng)力水平。直到每個應(yīng)力水平均有一定數(shù)量的樣品出現(xiàn)失效為止。

2、步進應(yīng)力加速壽命試驗在選定加速應(yīng)力水平下由低向高逐步提高應(yīng)力水平。每個水平上進行規(guī)定時間長度的壽命試驗。一般原則是要在不同加速應(yīng)力水平上有一定量的累積失效樣品。

3、序進應(yīng)力加速壽命試驗原理同“步進應(yīng)力加速壽命試驗”應(yīng)力的改變是隨時間連續(xù)變化的而非跳躍式增加。18可靠性試驗加速壽命試驗18可靠性試驗可靠性測定試驗?zāi)康模和ㄟ^試驗測定產(chǎn)品的可靠性水平。分類：定時截尾試驗和定數(shù)截尾試驗

1、定時截尾試驗：測定試驗是從t＝0時刻起投入若干產(chǎn)品進行壽命試驗，累計試驗到規(guī)定的時間T*停止試驗（即先定累計工作時間T*，到T*時統(tǒng)計故障數(shù)r）。注意：當T*時產(chǎn)品沒壞或全壞，則表明T*選擇不適合。

2、定數(shù)截尾試驗：測定試驗是從t＝0時刻起投入若干產(chǎn)品進行壽命試驗，試驗中出現(xiàn)的故障數(shù)到規(guī)定的r個故障數(shù)時停止試驗（即先定故障數(shù)r，再統(tǒng)計累計工作時間T*

。

MTBF的點估計值為：：截尾試驗時間：出現(xiàn)的故障數(shù)：給定置信水平：的相應(yīng)單邊置信下限：是自由度為的分布的分位點19可靠性試驗可靠性測定試驗19可靠性試驗可靠性鑒定試驗概念：為了驗證開發(fā)的產(chǎn)品的可靠性是否與規(guī)定的可靠性要求一致，用具有代表性的產(chǎn)品在規(guī)定條件下所作的試驗叫可靠性鑒定試驗，并以此作為是否滿足要求的依據(jù)。

1、可靠性鑒定試驗是一種驗證試驗。

2、驗證試驗就其方法而言是一種抽樣檢驗程序，與其他抽樣驗收區(qū)別在于，它考慮的是與時間有關(guān)的產(chǎn)品質(zhì)量特性，如平均故障間隔時間（MTBF）。

3、壽命服從指數(shù)分布的定時截尾可靠性鑒定試驗有標準的試驗方案，例如美國軍標MIL-STD-781D，中國軍用標準GJB899。20可靠性試驗可靠性鑒定試驗20可靠性試驗可靠性驗收試驗概念：用已交付或可交付的產(chǎn)品在規(guī)定條件下所做的試驗，以驗證產(chǎn)品的可靠性不隨生產(chǎn)期間工藝、工裝、工作流程、零部件質(zhì)量的變化而降低，其目的是確定產(chǎn)品是否符合規(guī)定的可靠性要求。

1、驗收試驗是一種統(tǒng)計試驗，可采用序貫試驗方案、定時或定數(shù)截尾試驗方案。

2、驗收試驗所采用的試驗條件要與可靠性鑒定試驗中使用的綜合環(huán)境相同。

3、試驗樣品要能代表生產(chǎn)批，同時應(yīng)定義批量大小。

4、可靠性試驗開始前應(yīng)在標準的環(huán)境條件下進行性能檢測。21可靠性試驗可靠性驗收試驗21MTBF計算℃規(guī)則(10℃規(guī)則)當產(chǎn)品周圍環(huán)境溫度上升10℃時，產(chǎn)品壽命就會較少一半；當周圍環(huán)境溫度上升20℃時，產(chǎn)品壽命就會較少到四分之一。這種規(guī)則可以說明溫度是如何影響產(chǎn)品壽命的。人們利用升高環(huán)境溫度可以加速失效現(xiàn)象發(fā)生的原理進行各種加速壽命老化試驗。22MTBF計算℃規(guī)則(10℃規(guī)則)22MTBF計算加速系數(shù)計算

：加速系數(shù)：激活能量=0.5eV