可靠性基礎(chǔ)知識(shí)

金學(xué)明/BillyJin

Rev.3A

1可靠性基礎(chǔ)知識(shí)

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(yàn)MTBF計(jì)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(zhēng)，卻不能有效投入使用。當(dāng)時(shí)美國(guó)軍用電子設(shè)備由于是效率很高而面臨著十分嚴(yán)重的局面：1949年美國(guó)海軍電子設(shè)備有70%失效，一個(gè)正在使用的電子管要有九個(gè)新的電子管作為臨時(shí)替換的備件；1951—1952一般的無(wú)線電設(shè)備中24%有故障，而雷達(dá)高達(dá)84%有故障；美國(guó)空軍每年的設(shè)備維修費(fèi)為設(shè)備購(gòu)置費(fèi)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(mǎi)了一個(gè)手機(jī),買(mǎi)回后第60天(期間開(kāi)機(jī)時(shí)間共為960小時(shí))出現(xiàn)接聽(tīng)時(shí)無(wú)法聽(tīng)到對(duì)方聲音故障，第61天將該手機(jī)送修,維修人員使用了0.5小時(shí)更換喇叭；A客戶取回后的第20天(期間開(kāi)機(jī)時(shí)間共為240小時(shí))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(gè)小時(shí)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(dòng)化智能化實(shí)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(guó)國(guó)防部下令成立由軍方、工業(yè)部門(mén)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(kāi)始實(shí)施一個(gè)從設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、生產(chǎn)到交付、儲(chǔ)存、使用的全面的可靠性發(fā)展計(jì)劃，并于1957年發(fā)表了《軍用電子設(shè)備可靠性》的研究報(bào)告。該報(bào)告從9個(gè)方面闡述了可靠性設(shè)計(jì)、試驗(yàn)及管理的程序及方法，確定了美國(guó)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(biāo)志著可靠性已成為一門(mén)獨(dú)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(shí)間內(nèi),完成規(guī)定功能的能力?！耙粋€(gè)產(chǎn)品、三個(gè)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(wú)形產(chǎn)品。規(guī)定條件：包括使用時(shí)的環(huán)境條件和工作條件.

規(guī)定時(shí)間：廣義的工作時(shí)間,除時(shí)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(shū)中給出的正常工作性能指標(biāo)。衡量一個(gè)產(chǎn)品可靠性水平時(shí)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(biāo)要求時(shí)一定要對(duì)規(guī)定條件、規(guī)定時(shí)間和規(guī)定功能給予詳細(xì)具體的說(shuō)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(shí)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(shí)間內(nèi)，按規(guī)定的程序和方法進(jìn)行維修時(shí)，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(jī)構(gòu)和場(chǎng)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(jì)賦予的使其維修簡(jiǎn)便、迅速、安全和經(jīng)濟(jì)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(shí)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(jì)特性和計(jì)劃的保障資源滿足平時(shí)和戰(zhàn)時(shí)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(jì)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(jì)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(jì)特性和計(jì)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(shí)刻或時(shí)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€(gè)集合性術(shù)語(yǔ)，用來(lái)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(guò)可用性、可靠性、維修性，維修保障性的定性和定量要求表達(dá)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(shí)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(shí)刻產(chǎn)品發(fā)生的故障數(shù)故障（失效）率：工作到某時(shí)刻尚未發(fā)生故障（失效）的產(chǎn)品，在該時(shí)刻后單位時(shí)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(shí)故障（失效）率。故障率一般用表示。

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

:所取時(shí)間間隔

:在t時(shí)刻沒(méi)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(shí)間（MTTF）：設(shè)個(gè)不可修復(fù)的產(chǎn)品在同樣條件下進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)得其全部失效時(shí)間為,其平均失效前時(shí)間（MTFF）為：

(產(chǎn)品壽命服從指數(shù)分布)平均故障間隔時(shí)間（MTBF）一個(gè)可修復(fù)產(chǎn)品在使用過(guò)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(cè)得其每次工作持續(xù)時(shí)間為，其平均故障間隔時(shí)間MTBF為：

(完全修復(fù)產(chǎn)品)

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

：第i次修復(fù)時(shí)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(shí)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(jì)與制造中的缺陷，如設(shè)計(jì)不當(dāng)，材料缺陷，加工缺陷，安裝調(diào)整不當(dāng)?shù)龋度胧褂煤蠛苋菀妆┞冻鰜?lái)。措施：加強(qiáng)質(zhì)量管理及采用篩選等辦法來(lái)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(rèn)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(bào)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(diǎn)到來(lái)之前停止使用，對(duì)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(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命。***高質(zhì)量等級(jí)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(jìn)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(biāo)及時(shí)性—開(kāi)發(fā)周期和交貨期適應(yīng)性—直觀得出結(jié)論專門(mén)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(shí)間的保持能力，換句話說(shuō)，要長(zhǎng)時(shí)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(kāi)發(fā)中開(kāi)展可靠性、維修性設(shè)計(jì)、試驗(yàn)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(yàn)可靠性試驗(yàn)?zāi)康腶、用試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)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(guò)對(duì)產(chǎn)品的可靠性試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、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(zhǎng)?？煽啃栽囼?yàn)分類 環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)工程試驗(yàn)可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)加速壽命試驗(yàn)可靠性試驗(yàn)可靠性測(cè)定試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)可靠性鑒定試驗(yàn)可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)恒定應(yīng)力*步進(jìn)應(yīng)力*序進(jìn)應(yīng)力*15可靠性試驗(yàn)可靠性試驗(yàn)?zāi)康暮愣☉?yīng)力*15可靠性試驗(yàn)環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)概念：是通過(guò)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(wú)法發(fā)現(xiàn)的。2、環(huán)境應(yīng)力不必準(zhǔn)確模擬真實(shí)的環(huán)境條件，但不應(yīng)超過(guò)設(shè)計(jì)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(duì)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(jī)振動(dòng)。4、不能提高產(chǎn)品的固有可靠性。16可靠性試驗(yàn)環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)16可靠性試驗(yàn)可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)概念：是一個(gè)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(jìn)措施能防止薄弱環(huán)節(jié)再現(xiàn)而進(jìn)行的試驗(yàn)。

1、規(guī)定的環(huán)境應(yīng)力可以是產(chǎn)品工作的實(shí)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(zhǎng)試驗(yàn)是通過(guò)發(fā)現(xiàn)故障、分析和糾正故障以及對(duì)糾正措施的有效性而進(jìn)行驗(yàn)證以提高產(chǎn)品可靠性水平的過(guò)程。一般稱為試驗(yàn)→分析→改進(jìn)。

3、增長(zhǎng)試驗(yàn)包含對(duì)產(chǎn)品性能的監(jiān)測(cè)、故障檢測(cè)、故障分析及減少故障再現(xiàn)的設(shè)計(jì)改進(jìn)措施的檢驗(yàn)。

4、試驗(yàn)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(lái)防止故障重現(xiàn)才能提高可靠性。

5、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)促進(jìn)自身的可靠性增長(zhǎng)。17可靠性試驗(yàn)可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)17可靠性試驗(yàn)加速壽命試驗(yàn)概念：通過(guò)提高工作環(huán)境的應(yīng)力水平來(lái)加速產(chǎn)品的失效，盡快地暴露產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中的缺陷，發(fā)現(xiàn)故障模式，稱這種超過(guò)正常應(yīng)力水平下的壽命試驗(yàn)為加速壽命試驗(yàn)。

1、恒定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)依據(jù)失效機(jī)理選定一組逐漸升高的應(yīng)力水平。直到每個(gè)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(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)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(gè)水平上進(jìn)行規(guī)定時(shí)間長(zhǎng)度的壽命試驗(yàn)。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(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)原理同“步進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)”應(yīng)力的改變是隨時(shí)間連續(xù)變化的而非跳躍式增加。18可靠性試驗(yàn)加速壽命試驗(yàn)18可靠性試驗(yàn)可靠性測(cè)定試驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^(guò)試驗(yàn)測(cè)定產(chǎn)品的可靠性水平。分類：定時(shí)截尾試驗(yàn)和定數(shù)截尾試驗(yàn)

1、定時(shí)截尾試驗(yàn)：測(cè)定試驗(yàn)是從t＝0時(shí)刻起投入若干產(chǎn)品進(jìn)行壽命試驗(yàn)，累計(jì)試驗(yàn)到規(guī)定的時(shí)間T*停止試驗(yàn)（即先定累計(jì)工作時(shí)間T*，到T*時(shí)統(tǒng)計(jì)故障數(shù)r）。注意：當(dāng)T*時(shí)產(chǎn)品沒(méi)壞或全壞，則表明T*選擇不適合。

2、定數(shù)截尾試驗(yàn)：測(cè)定試驗(yàn)是從t＝0時(shí)刻起投入若干產(chǎn)品進(jìn)行壽命試驗(yàn)，試驗(yàn)中出現(xiàn)的故障數(shù)到規(guī)定的r個(gè)故障數(shù)時(shí)停止試驗(yàn)（即先定故障數(shù)r，再統(tǒng)計(jì)累計(jì)工作時(shí)間T*

。

MTBF的點(diǎn)估計(jì)值為：：截尾試驗(yàn)時(shí)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(diǎn)19可靠性試驗(yàn)可靠性測(cè)定試驗(yàn)19可靠性試驗(yàn)可靠性鑒定試驗(yàn)概念：為了驗(yàn)證開(kāi)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(yàn)叫可靠性鑒定試驗(yàn)，并以此作為是否滿足要求的依據(jù)。

1、可靠性鑒定試驗(yàn)是一種驗(yàn)證試驗(yàn)。

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

3、壽命服從指數(shù)分布的定時(shí)截尾可靠性鑒定試驗(yàn)有標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)方案，例如美國(guó)軍標(biāo)MIL-STD-781D，中國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB899。20可靠性試驗(yàn)可靠性鑒定試驗(yàn)20可靠性試驗(yàn)可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)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(yàn)，以驗(yàn)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(yàn)收試驗(yàn)是一種統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)，可采用序貫試驗(yàn)方案、定時(shí)或定數(shù)截尾試驗(yàn)方案。

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

3、試驗(yàn)樣品要能代表生產(chǎn)批，同時(shí)應(yīng)定義批量大小。

4、可靠性試驗(yàn)開(kāi)始前應(yīng)在標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境條件下進(jìn)行性能檢測(cè)。21可靠性試驗(yàn)可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)21MTBF計(jì)算℃規(guī)則(10℃規(guī)則)當(dāng)產(chǎn)品周圍環(huán)境溫度上升10℃時(shí)，產(chǎn)品壽命就會(huì)較少一半；當(dāng)周圍環(huán)境溫度上升20℃時(shí)，產(chǎn)品壽命就會(huì)較少到四分之一。這種規(guī)則可以說(shuō)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(jìn)行各種加速壽命老化試驗(yàn)。22MTBF計(jì)算℃規(guī)則(10℃規(guī)則)22MTBF計(jì)算加速系數(shù)計(jì)算

：加速系數(shù)：激活能量=0.5eV