可靠性測試基礎

部門：測試部作者：白志龍日期：2011.10.22可靠性測試的重要性電子產品的復雜程度在不斷增加。電子設備的使用環(huán)境日益嚴酷電子設備的裝置密度不斷增加人們對產品的要求越來越嚴可靠性的意義1）高可靠性產品是滿足現代技術和生產的需要。2）高可靠性產品可獲得高的經濟效益。3）高可靠性產品，才有高的競爭能力。產品的可靠性是指：產品在規(guī)定的條件下在規(guī)定的時間內完成規(guī)定的功能的能力?？煽啃允钱a品的一種動態(tài)質量標準可靠性基本概念

產品在規(guī)定的條件下、在規(guī)定的時間內完成規(guī)定的功能的能力?！耙?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”是指產品規(guī)定了的任務時間,也可以是次數或里程“規(guī)定功能”是指產品規(guī)定了的必須具備的功能及其技術指標可靠性要素可靠性包含了設計可靠性,耐久性、可維修性

可靠性試驗的目的是了解故障模式和故障率有關的數值和趨勢?？煽啃灾笜丝煽慷萊（t）：產品在規(guī)定條件下使用時間t后,還能完成規(guī)定功能的概率.

由上式可看出0≤R(t)≤1,因此R(t)越接近于1,產品的可靠度越高.

由于大部分的產品其失效分布為指數形式,在指數分布情況下,可靠度R(t)的計算公式為

R=e-λt

可靠性指標不可靠度F(t)：它是產品在規(guī)定條件和規(guī)定時間內產品失效的概率。

可靠性指標失效率曲線(浴盆曲線):產品的失效率隨工作時間的變化具有不同的特點,根據長期以來的理論研究和數據統計,發(fā)現多數設備失效率曲線形成浴盆的剖面.

可靠性指標第I部份是早期失效階段。失效率從一個很高的指標迅速下降；主要是由于制造工藝缺陷和設計缺陷暴露產生，例如原材料缺陷引起絕緣不良，焊接缺陷引起虛焊，裝配和調整不當引起參數漂移，元器件缺陷引起性能失效等。早期失效可通過加強原材料和元器件的檢驗、工藝檢驗、不同級別的環(huán)境應力篩選等嚴格的質量管理措施加以暴露和排除。第II部份是中期穩(wěn)定階段。失效率穩(wěn)定在一個較低水平,且可近似為常數,產品可靠性指標所描述的就是這個時期；從物理意義上理解，當少數產品的明顯缺陷顯露出來后，剩下的就是正常的產品，這部份產品可以較穩(wěn)定、持久地工作，所以失效率也穩(wěn)定在一個較低水平

.第III部份是后期失效階段；這段時間內，產品的失效率迅速上升；從物理意義上理解，到了后期，產品經過長時間的工作、磨損、老化，慢慢接近壽命終點，隨著時間的增加（Tmax以內），到達壽命終點的產品越來越多，失效率也就隨之上升

什么是好的產品不發(fā)生故障，容易使用即使進行了錯誤操作也不會發(fā)生問題發(fā)生故障也容易糾正即使發(fā)生故障也不會產生二次損壞

那個好？1.經常出故障很快就能修好2.偶爾發(fā)生故障但花費，時間方面令人頭痛故障和損壞的關系因故障失去功能沒有損壞也失去功能部分損壞但不失去功能暫時異常維修后可恢復所以故障不一定是損壞，但損壞一定有故障故障及其后果所謂故障就是產品失去了功能，如果出現故障會有什么后果？1.失去功能，材料報廢，造成二次損害2.無法停止工作造成的危險，傷害到人身3.修理的時間，花費，人力，配件，有的還要拿到維修點去拆裝，拆裝引起的其他故障無法修等，造成的壽命終結。質量和可靠性關系質量（Quality）就是產品性能的測量，指一個產品是否合乎規(guī)格（SPEC）的要求，是否符合各項性能指標的問題。可靠性（Reliability）則是對產品耐久力的測量，指一個產品生命周期有多長。質量（Quality）解決的是現階段的問題，可靠性（Reliability）解決的是一段時間以后的問題。質量是現階段目前的事情，表現為測試不能達到我們要求的規(guī)范?？煽啃允菍頃r態(tài)，表現為能可靠的用多久的問題。是一個比較泛概念，是指產品的特性滿足我們對這產品的要求的程度。為什么要做可靠性試驗可靠性試驗條件下的數據可以得到控制，它能夠提供非常詳細的可靠性數據。一個合適的早期研發(fā)階段系列測試能夠為可靠性增長計劃的執(zhí)行提供有效數據支持。對于時間計劃、項目的成本等等同樣可以作為參考依據。另外這些信息對于規(guī)劃未來產品的循環(huán)發(fā)展同樣有用。

可靠性試驗對產品在設計階段:(B階段)進行可靠性調查、分析和評價的一種手段，試驗結果為故障分析、研究采取的糾正措施以及判斷產品是否達到指標要求提供依據；可靠性試驗對產品在使用階段:(C階段)為驗證產品在制造完成后從存放、運輸到使用過程中的有效性及壽命。各種使用環(huán)境或使用狀態(tài)的變化后可能出現的故障的試驗。這些試驗通常能反映出被檢驗產品抵抗這些變化的可靠性程度。

產品為什么會失效產品失效原因很多：

1.環(huán)境因素

2.設計可能先天不足。

3.制造中所用原材料、零部件的未知因素。

4.產品處于應力狀態(tài)，超過本身強度就會失效。

5.用戶一些“特殊的”使用方式。疲勞損壞及過程材料在受到交變應力的破壞下，習慣上稱為疲勞破壞，疲勞損壞機理是循環(huán)應力傳至機構體邊界的能量所造成的裂紋，裂紋沿著這些弱點的線擴展，起到應力集中器的作用。1.測試材料在受力后會隨力成比例的延展（這個過程屬于彈性區(qū)）2.受力加大，材料會更加快速的延展（這個過程是塑性區(qū)）3.隨后是頸縮（隨著塑性應變的增大，受力面積減小，應力上下波動，斷裂前的征兆）4.最后是斷裂。疲勞破壞的特點：斷裂發(fā)生要經過一定的循環(huán)數，破壞呈脆性斷裂，斷開分區(qū)明顯。主要影響因素有高溫，腐蝕，應力集中，材料強度，組織結構，夾雜物，載荷條件，加工處理條件等如何抗疲勞了解材料疲勞性知識，或通過試驗獲得注意應力的集中區(qū)，螺釘孔，固定處，交匯點，邊角，凸緣處按故障安全來設計，即載荷由其他部分來承受或減少疲勞失效影響使用防護技術增加韌性，增加倒角，減少尖端的應力強度的定義和區(qū)分材料或構件承受外力時，抵抗塑性變形或破壞的能力稱強度。

強度是指材料承受外力而不被破壞(不可恢復的變形也屬被破壞)的能力.根據受力種類的不同分為以下幾種:

(1)抗壓強度--材料承受壓力的能力。

(2)抗拉強度--材料承受拉力的能力。

(3)抗彎強度--材料對致彎外力的承受能力。

(4)抗剪強度--材料承受剪切力的能力。

可靠性試驗要做什么1.理解用戶的需求

2.理解為達到目的要做什么3.了解產品的現實狀態(tài)4.知道目標和現實的差距5.改進方針6.改進（工藝，產品等）設計及質量管理7.確認工作結果有無達到目標及有無副作用試驗的目的：保證和提高產品的必要手段考核產品在不同環(huán)境條件下的適應性和耐受性對新的材料、設計、生產工藝作出評價暴露設計階段和用戶使用階段的故障因素排除早期失效提高產品質量研究產品的失效分布規(guī)律為可靠性的管理提出有效依據試驗的分類環(huán)境試驗壽命試驗機械強度試驗考察產品在各種環(huán)境（溫度、振動、離心、鹽霧等）條件下的適應能力，是評價產品可靠性的重要的試驗方法之一研究產品壽命特征的方法，在于了解產品的壽命特征量，失效規(guī)律，失效率，可靠壽命及可能出現的失效模式，對產品的可靠性水平進行評價，并通過反饋來提高產品的可靠性在靜力、動力等各種荷載和溫度變化、位移等因素作用下的結構強度和穩(wěn)定性，以及結構的組成規(guī)則。驗證電子產品外殼、內部架構等抵抗外力的保護性設計為了確認產品在不同的環(huán)境應力下正常工作，國標、行標都要求產品模擬環(huán)境方法進行一些測試項目。高溫、低溫測試高低溫交變測試（溫度循環(huán)、溫度沖擊）機械振動測試機械沖擊測試跌落、碰撞測試開關電測試扭力測試高空測試噪音測試鹽霧測試淋雨測試塵沙測試等外界環(huán)境影響的因素我國幅員遼闊，從寒帶到亞熱帶，從高原到平川，各種特殊環(huán)境都有1.由砂塵帶來的危害2.由高低溫帶來的危害3.由海拔帶來的危害4.酸雨帶來的危害高低溫影響高溫導致電氣和電子元器件的損傷或工作不正確.所有的輔料都有一個膨脹系數，如果兩個不同膨脹系數的零部件受到不同溫度影響就會產生機械應力和高溫長時間工作相比，重復的溫變帶來的損傷更大。高溫條件下試件的影響

a.填充物和密封條軟化或融化；

b.潤滑劑粘度降低，揮發(fā)加快，潤滑作用減?。?/p>

c.電子電路穩(wěn)定性下降，絕緣損壞；

d.加速高分子材料和絕緣材料老化，包括氧化、開裂、化學反應等；

e.材料膨脹造成機械應力增大或磨損增大。

低溫條件下試件的影響

a.使材料發(fā)硬變脆，玻璃制品和光學裝備破裂；

b.潤滑劑粘度增加，流動能力降低，潤滑作用減??；

c.電子元器件性能發(fā)生變化；

d.水冷凝結冰；

e.密封件失效；

f.材料收縮分離造成機械結構變化。濕度對產品的影響

a.

絕緣材料性能的退化

b.

電性短路

c.

金屬材料的氧化腐蝕

d.

活動機件由于腐蝕及潤滑劑污濁造成卡死

e.

電子組件的退化,參數漂移

冷熱沖擊

熱沖擊試驗的方法：將試樣置于溫度沖擊試驗箱，以-30℃到+60℃的范圍設置好溫度，按規(guī)定的保持時間，連續(xù)進行多次循環(huán)試驗。檢查：連續(xù)多次溫度沖擊結束后，從高溫狀態(tài)下取出，在正常大氣壓的室溫下放置不少于一段時間后進行檢查。

檢查產品外觀，縫隙，液晶屏的顯示，功能等

振動當在一個觀察點的某個質點（包括固體的、液體的和氣體的）離開其平衡位置作往復運動時，就產生了振動。若從空間來看。振動過程向空間傳播，即產生了波動。振動有三個要素，周期（頻率）、振幅和阻尼，考慮波動現象，還包括波速或波長。DeterministicsignalsDeterministicsignalsandHarmonicsHarmonicsRandomsignalTimesignaldescriptors振動常用公式及單位振動設備的組成振動產生的問題振動試驗可發(fā)現哪些問題？一、結合物的松脫。二、結構的強度。三、保護材料的磨損。四、零部件的破損。五、電子組件的接觸不良。六、電路短路及斷續(xù)不穩(wěn)。七、各零件之標準值偏移。八、提早將不良件篩檢。九、找尋零件、結構、包裝與運送過程間之共振關系。

振動試驗的優(yōu)點

a.設計時，可分析破壞點、易不良點

b.生產時，可以使產品不良率早發(fā)現及早分析每一批產品所產生的不同點和不良點

c.耐久測量，讓產品耐久使用、使不耐久的組件提早改進，公司品牌口碑即會更好。振動測試的意義在于確認產品的可靠度以及提前將不良品在出廠前篩檢出，并評估其不良品的失效分析以期成為一個高水準、高信賴度的產品。

沖擊機械沖擊是指機械系統或其中的一部分受到突然、急劇、非周期性的激勵時，發(fā)生的時間快于系統固有振動周期的狀態(tài)的一個驟然變化。模擬日常搬運和非正常操作，用來判定材料質量，評估材料脆性趨勢的指標。反應的是材料的塑性。機構物的材料是脆性的，當加上過大的沖擊載荷時，不經過延伸彎曲等可視的變形而在一擊之下發(fā)生斷裂，如果產品的某個部分區(qū)域的結構過于集中，破壞就更容易發(fā)生，產生故障的性質是惡劣的，損壞的強大非常大，且不可修復。沖擊產生的影響表現形式主要有1.產品某個部分會發(fā)生應力集中而破壞。2.緩沖結構功能劣化后在某一時間內被破壞。3.塑性變形的積累，不久會發(fā)生動作發(fā)澀的現象4.粘接的部件，由于沖擊照成脫落而損壞。5.可滑動部件，當沖擊力很大時，導致起固定作用的臨時設施失效而發(fā)生滑動，引起碰撞而損壞。

消除與降低沖擊產生的噪聲和其他影響的措施主要有：①選擇系統的剛度，提高固有頻率②適當增加阻尼③采取隔振措施④合理設計沖擊部位的形狀，以延長沖擊作用時間碰撞和沖擊一樣，也是能量激勵，不同的是能量較弱且多次重復沖擊影響的因素主要的決定因素：材料的選擇易誘發(fā)破壞性應力的集中結構緩沖機構的功能不完善等以人為本的設計理念融入到產品的設計當中，設計更加關注人的安全和感官振動"和"沖擊"的區(qū)別:振動通常是持續(xù)不斷的,而沖擊應該是一次一次的.可以是很多次,

振動是產品在使用和運輸過程中常遇到的環(huán)境.由于車輛的速度,路況,車輛的負荷不同,振動的頻率和振幅也不同.汽車火車運行的振動加速度一般小于5.6g,坦克可以有10g.飛機有20g.頻率一般在500HZ以下.

振動的位移用y表示,加速度用a表示.y=Asinwt

a=y''=-Awwsinwt.g=9.8m/s平方,就是重力加速度.w=2*3.14*f

f是頻率.w是角速度.

沖擊是模擬碰撞,跌落等環(huán)境的,是外界條件突然改變引起結構狀態(tài)的改變,就是時間短,沖擊力大的作用力.鐵路公路運輸中的沖擊加速度一般為7到10個g.火車剎車,連接瞬間速度不同可以有25個g.沖擊加速度的大小反映沖擊力的大小.相同時間,沖擊力越大,對產品的影響越大.相同的沖擊力,作用時間越長,對產品的影響越大.包材包材的定義：GB4122-83通用術語中定義在流通過程中保護產品方便儲運，促進銷售按一定技術和方法而采用的容器，材料及輔助物等的總稱。三大功能：保護商品;

方便流通和消費;

促進銷售,提高附加值.包材跌落參考值：<10Kg為80cm,10-20Kg為60cm，參考值來至于GB4847.5-92我們的要求是＞9Kg為76cm，＜9Kg為92cm包裝分類包裝的分類按商品經營習慣按包裝在流通中的作用按包裝材料分類按包裝使用范圍分類

對包裝材料的主要性能要求(1)力學性能主要包括彈性,可塑性,強度韌性和脆性等.(2)物理性能包裝材料的物理性能,主要包括密度,吸濕性,阻隔性，導熱性,耐熱性和耐寒性等.阻隔性是指包裝材料對氣流和水氣的阻隔性能.(3)化學穏定性化學穏定性是指包裝材料受外界條件的作用,不易發(fā)生化學變化（老化,生銹等）的性能.包材的試驗有：振動跌落撞擊存儲裸機跌落GB/T24235cm,10cm,25cm,50cm,1m等方向：六面四角合適最好美國著名的質量管理專家朱蘭（J.M.Juran）博士從顧客的角度出發(fā)，提出了產品質量就是產品的適用性，即產品在使用時能成功地滿足用戶需要