電子產(chǎn)品可靠性試驗(yàn)報(bào)告1

1、電子設(shè)備產(chǎn)品的可靠性試驗(yàn) 摘 要: 可靠性試驗(yàn)是可靠性工程最基本的內(nèi)容和最重要的工作項(xiàng)目。本文對(duì)電子設(shè)備產(chǎn)品可靠性試驗(yàn)的技術(shù)基礎(chǔ)、可靠性試驗(yàn)的特點(diǎn)和分類(lèi)、電子設(shè)備產(chǎn)品可靠性試驗(yàn)的方案設(shè)計(jì)，以及可靠性試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和處理方法作了一些介紹。 關(guān)鍵詞: 電子設(shè)備產(chǎn)品；可靠性；指標(biāo)；試驗(yàn)；數(shù)據(jù)處理 引言：隨著電子技術(shù)的發(fā)展，對(duì)電子設(shè)備產(chǎn)品也提出了更高的要求。由于設(shè)備技術(shù)性能和結(jié)構(gòu)要求等方面的提高，可靠性問(wèn)題愈顯突出。如果沒(méi)有可靠性保證，高性能指標(biāo)是沒(méi)有任何意義的，現(xiàn)代用戶買(mǎi)產(chǎn)品就是買(mǎi)可靠性，對(duì)生產(chǎn)廠家來(lái)說(shuō)，可靠性就是信譽(yù)，就是市場(chǎng)，就是經(jīng)濟(jì)效益。從整機(jī)來(lái)講，可靠性貫穿于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理中。從部件、元器

2、件的角度來(lái)講，電子元器件的可靠性水平?jīng)Q定了整機(jī)的可靠性程度。電子設(shè)備產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)是一些綜合性、統(tǒng)計(jì)性的指標(biāo)，與質(zhì)量性能指標(biāo)完全不同，不可能用儀表、儀器或其它手段得到結(jié)果，而是要通過(guò)試驗(yàn)，從試驗(yàn)的過(guò)程中取得必要的數(shù)據(jù)，然后通過(guò)數(shù)據(jù)分析，處理才能得到可靠性指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)量。電子設(shè)備產(chǎn)品的可靠性及其試驗(yàn)一.電子設(shè)備產(chǎn)品的可靠性1. 可靠性的基本概念 可靠性屬于質(zhì)量的范疇，是產(chǎn)品質(zhì)量的時(shí)間函數(shù)。從基本概念上講，可靠性指標(biāo)與質(zhì)量的性能指標(biāo)所強(qiáng)調(diào)的內(nèi)容是不同的，可靠性的基本概念與時(shí)間有關(guān)（如表1 所示），這些基本概念的具體化，就是產(chǎn)品故障或壽命特征的數(shù)學(xué)模型化。只有通過(guò)可靠性試驗(yàn)才能確定產(chǎn)品故障或壽命特征

3、符合哪一種數(shù)學(xué)分布，才可以決定產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)，進(jìn)而推算產(chǎn)品的可靠程度。在可靠性工程中，最常見(jiàn)的壽命分布函數(shù)有指數(shù)分布、威布爾分布、對(duì)數(shù)正態(tài)分布和正態(tài)分布。 2.電子設(shè)備產(chǎn)品的可靠性指標(biāo) 大量統(tǒng)計(jì)資料證明：電子設(shè)備產(chǎn)品的失效分布一般服從指數(shù)分布。從電子設(shè)備產(chǎn)品及許多電子元器件的失效機(jī)理來(lái)看，隨著時(shí)間的足夠長(zhǎng)，失效率趨近于一個(gè)穩(wěn)定值，其基本特征可以用指數(shù)函數(shù)的曲線相比擬， 即服從指數(shù)分布，因此電子設(shè)備產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)有： R(t)=e- (1) 累積失效概率F(t): F(t)=I-R(t)=1-e- 失效密度函數(shù)f(t): f(t)=F'(t)= e- 平均故障間隔時(shí)間MTBF： 可靠

4、度R(t): MTBF=1/ 由上可看出在指數(shù)分布時(shí)產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)表示式比較簡(jiǎn)單，并且失效率是一個(gè)常數(shù)。在進(jìn)行電子設(shè)備產(chǎn)品可靠性分析時(shí)，只要得到的數(shù)值，其它指標(biāo)就可以直接算出來(lái)。二.電子設(shè)備產(chǎn)品的可靠性試驗(yàn)1.可靠性試驗(yàn)的特點(diǎn)和分類(lèi)可靠性指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)主要依靠現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)或模擬現(xiàn)場(chǎng)條件試驗(yàn)，所以可靠性試驗(yàn)不同于一般設(shè)備的性能試驗(yàn)。從廣義上講為了了解、評(píng)價(jià)、分析和提高電子設(shè)備產(chǎn)品的可靠性水平而進(jìn)行的試驗(yàn)，可以用來(lái)確定電子設(shè)備產(chǎn)品在各種環(huán)境條件下工作或貯存的可靠性的特征量。一般說(shuō)電子設(shè)備產(chǎn)品的可靠性試驗(yàn)可以分為研制階段的試驗(yàn)，可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)，可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)，元器件老煉試驗(yàn)，極限試驗(yàn)，負(fù)荷及過(guò)負(fù)荷試驗(yàn)，過(guò)

5、載能力試驗(yàn)等，這類(lèi)試驗(yàn)的目的是了解設(shè)計(jì)是否滿足了可靠性指標(biāo)的要求，找出或排除設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中的缺限和不足，證明設(shè)計(jì)可靠性能否實(shí)現(xiàn)，因而可靠性試驗(yàn)可以根據(jù)設(shè)備研制過(guò)程中的不同階段，不同要求進(jìn)行各種不同的試驗(yàn)。對(duì)于不同的電子設(shè)備產(chǎn)品，所要達(dá)到的目的不同，可以進(jìn)行的可靠性試驗(yàn)形式也就各異，因此可靠性試驗(yàn)對(duì)于電子設(shè)備產(chǎn)品來(lái)說(shuō)是一個(gè)系統(tǒng)工程，電子設(shè)備產(chǎn)品的可靠性試驗(yàn)可以歸納為以下幾大類(lèi)型（如圖1所示）。另外，溫度、振動(dòng)、沖擊及高溫壽命、加速壽命等試驗(yàn)在實(shí)際應(yīng)用中較為廣泛。圖1 可靠性試驗(yàn)的類(lèi)型2.電子設(shè)備產(chǎn)品可靠性試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)電子設(shè)備產(chǎn)品可靠性試驗(yàn)計(jì)劃的基本內(nèi)容應(yīng)含有：（1）試驗(yàn)的目的和要求；（2）試

6、驗(yàn)樣機(jī)數(shù)量；（3）試驗(yàn)條件（環(huán)境、維修等）；（4）試驗(yàn)類(lèi)型的確定和統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方案的選擇；（5）判斷方法、失效判據(jù)，故障判據(jù)等等。這里需要指出的是樣機(jī)數(shù)量，對(duì)于可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)，試驗(yàn)樣機(jī)多一些是必要的，對(duì)鑒定和接收試驗(yàn)來(lái)說(shuō)，樣機(jī)多一些可以提高試驗(yàn)結(jié)果的置信度。一般鑒定試驗(yàn)不足三臺(tái)則全數(shù)試驗(yàn)。接收試驗(yàn)不得少于3臺(tái)，推薦樣機(jī)數(shù)量為每批設(shè)備的10%（見(jiàn)表2）?？傊煽啃栽囼?yàn)方案要根據(jù)電子設(shè)備產(chǎn)品的實(shí)際使用條件和故障特征選擇合適的試驗(yàn)方案。2.1 試驗(yàn)類(lèi)型的選擇（1）老產(chǎn)品已生產(chǎn)多年，未進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)，現(xiàn)產(chǎn)品的生命力較強(qiáng)，需要繼續(xù)生產(chǎn)，可選擇可靠性測(cè)定試驗(yàn)，測(cè)出設(shè)備的MTBF 驗(yàn)證值，同時(shí)根據(jù)暴露的問(wèn)題采取

7、措施，提高產(chǎn)品的可靠性。（2）新產(chǎn)品處于設(shè)計(jì)試制階段，可通過(guò)可靠性試驗(yàn)暴露產(chǎn)品中的薄弱環(huán)節(jié)，以便采取改進(jìn)措施，提高產(chǎn)品的固有可靠性，可選擇可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)。（3）新產(chǎn)品設(shè)計(jì)定型、生產(chǎn)定型和產(chǎn)品創(chuàng)優(yōu)，可選擇可靠性鑒定試驗(yàn)，一般情況下選用定時(shí)截尾或定數(shù)截尾試驗(yàn)方案，以對(duì)產(chǎn)品的MTBF 真值作出估計(jì)。（4）根據(jù)供需雙方鑒定的合同規(guī)定，需要對(duì)產(chǎn)品的MTBF真值作驗(yàn)證的，可選擇可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)，采用定時(shí)截尾或定數(shù)截尾試驗(yàn)方案。若供需雙方鑒定的合同規(guī)定，只要通過(guò)了系統(tǒng)試驗(yàn)方案就可交貨，不需對(duì)產(chǎn)品的MTBF真值作出估計(jì)，可選用概率比序試驗(yàn)方案，這種情況特別適用單臺(tái)大型電子設(shè)備產(chǎn)品。2.2 環(huán)境條件及應(yīng)力的確定根

8、據(jù)使用方向生產(chǎn)方提供的電子設(shè)備產(chǎn)品任務(wù)書(shū)或供需雙方簽訂的合同，搞清電子設(shè)備產(chǎn)品在工作時(shí)所處的環(huán)境條件及給予它的應(yīng)力。如果無(wú)特殊要求，應(yīng)按電子設(shè)備產(chǎn)品總技術(shù)條件要求，在實(shí)驗(yàn)室模擬進(jìn)行，一般情況下可采用圖2 所加的應(yīng)力及循環(huán)方式。圖2 電子設(shè)備可靠性試驗(yàn)方案所加的應(yīng)力及循環(huán)方式2.3 統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方案的參數(shù)確定(1)0(可接收的MTBF 值)的確定。0 應(yīng)小于等于(是按照電子設(shè)備產(chǎn)品所處的環(huán)境條件和應(yīng)力，用可靠性預(yù)計(jì)方法確定的MTBF值)。0 確定之后，根據(jù)選擇的鑒別比Dm（Dm=0/ 1），就可以計(jì)算出1(1 指最低可接受的MTBF 值）。（2）生產(chǎn)方風(fēng)險(xiǎn) 率、使用方風(fēng)險(xiǎn)率的選擇。一般情況下，供需雙

9、方簽訂的合同（ 包括協(xié)議書(shū)）已定的可按合同執(zhí)行。如果合同無(wú)規(guī)定，或是生產(chǎn)廠家自行驗(yàn)證，一般情況下可選擇0.20.3，高風(fēng)險(xiǎn)可選擇0.30.4。（3）試驗(yàn)時(shí)間t 的選擇。除與、有關(guān)外，主要取決于電子設(shè)備產(chǎn)品屬于何種類(lèi)型，該設(shè)備能否長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行可靠性試驗(yàn)，試驗(yàn)費(fèi)用的大小，可在表2 中最佳樣機(jī)數(shù)與最大樣機(jī)數(shù)之間進(jìn)行選擇（t=T/n，T 為截尾時(shí)間）。2.4 測(cè)試周期的確定測(cè)試周期必須合理選擇，周期太密，會(huì)增加工作量，周期太疏又會(huì)失掉有用的信息?？砂聪铝泄接?jì)算，然后確定：R(t)=e- =e-t/F(t)=1-e-t/e-t/ =1-F(t)-t =Ln1-F(t)t= Lnn = Ln = Ln 1

10、- -rn = Lnnn-r其中：t 規(guī)定的試驗(yàn)時(shí)間；r 相關(guān)失效數(shù)；n 抽樣數(shù)； MTBF。測(cè)試時(shí)間太長(zhǎng)，可確定1天測(cè)1次，及時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品失效并做好記錄。2.5 失效判據(jù)（失效標(biāo)準(zhǔn)）的制定所謂失效，即產(chǎn)品喪失規(guī)定的功能。因此，凡是在試驗(yàn)過(guò)程中不滿足電子設(shè)備產(chǎn)品技術(shù)性能的任一項(xiàng)指標(biāo)，應(yīng)作為失效判據(jù)，此判據(jù)必須由可靠性工程師負(fù)責(zé)，召集設(shè)計(jì)、工藝、檢驗(yàn)等方面技術(shù)人員討論，統(tǒng)一思想，最后制定。三.可靠性試驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析與處理1.可靠性試驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析方法可靠性試驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)就是產(chǎn)品壽命分布函數(shù)及參量之間的關(guān)系。例如故障與應(yīng)力（電、熱、振動(dòng)、溫度等）對(duì)應(yīng)關(guān)系;故障與產(chǎn)品早期性能變化的規(guī)律等，這些包含有

11、兩個(gè)變量的數(shù)據(jù)，在分析時(shí)就可用相關(guān)及回歸分析方法，或用最小二乘法，從試驗(yàn)中取得的數(shù)據(jù)，可以制成各種圖，如直方圖，拆線圖等，擬合成直線、曲線用以確定產(chǎn)品故障（壽命）的數(shù)學(xué)模型，由模型就可寫(xiě)出其可靠性指標(biāo)，最后推算出該產(chǎn)品的可靠性參數(shù)值。電子設(shè)備產(chǎn)品的故障模式（壽命分布）可以用指數(shù)分布的數(shù)學(xué)模型來(lái)描述，所以 （小時(shí)），我們通過(guò)試驗(yàn)，只要取得MTBF的估計(jì)值（觀測(cè)值），就可算出失效率及可靠度R(t)來(lái)。然后與設(shè)計(jì)過(guò)程中的預(yù)計(jì)值相比較，達(dá)到指標(biāo)要求，試驗(yàn)停止，達(dá)不到則繼續(xù)試驗(yàn)。2.電子設(shè)備產(chǎn)品可靠性試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理可靠性試驗(yàn)的數(shù)據(jù)是一些實(shí)際的、多因素的信息集體，對(duì)于電子設(shè)備產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，試驗(yàn)的目的不同，所需

12、采集的數(shù)據(jù)種類(lèi)就不同，因此要用試驗(yàn)的觀測(cè)值來(lái)估計(jì)設(shè)備的可靠性特征值，這是電子設(shè)備產(chǎn)品可靠性試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵。我們知道MTBF 是衡量電子產(chǎn)品可靠性的一個(gè)重要指標(biāo)，并且檢驗(yàn)下限應(yīng)等于電子設(shè)備產(chǎn)品最低可接受的MTBF。實(shí)際工作中常采用觀測(cè)值的點(diǎn)估計(jì)即： Reliability Analys nd Rese式中， 為MTBF（電子設(shè)備產(chǎn)品）觀測(cè)點(diǎn)估計(jì)值;T 為電子設(shè)備產(chǎn)品試驗(yàn)時(shí)間總和;r 為電子設(shè)備產(chǎn)品在試驗(yàn)中的故障次數(shù)。Arch還有一種故障強(qiáng)度點(diǎn)估計(jì)，當(dāng)r>0（有故障發(fā)生時(shí)）：可靠性分析與研究 當(dāng)r=0(試驗(yàn)過(guò)程中未發(fā)生故障): 式中， 為電子設(shè)備產(chǎn)品失效率點(diǎn)估計(jì)值； 為電子設(shè)備產(chǎn)品MTB

13、F的點(diǎn)估計(jì)值；T 為電子設(shè)備產(chǎn)品試驗(yàn)時(shí)間總和；r 為故障次數(shù)。利用點(diǎn)估計(jì)的方法可以大致估算出電子設(shè)備產(chǎn)品MTBF。這是些經(jīng)驗(yàn)公式，可以為驗(yàn)證設(shè)計(jì)可靠性進(jìn)行可靠性試驗(yàn)，以實(shí)現(xiàn)快捷處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)。未來(lái)展望與專(zhuān)業(yè)應(yīng)用作為一名通信專(zhuān)業(yè)的本科大學(xué)生，了解掌握電子可靠性技術(shù)，尤其是通信電子產(chǎn)品的可靠性試驗(yàn)是十分必要的，這項(xiàng)技術(shù)將在這我今后的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域內(nèi)廣泛應(yīng)用。隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，網(wǎng)絡(luò)正成為人們工作和生活越來(lái)越重要的組成部分。人們用它聽(tīng)歌看電影玩游戲，企業(yè)用它建立運(yùn)營(yíng)體系、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、下發(fā)生產(chǎn)指令。試想某天當(dāng)我們無(wú)法上網(wǎng)時(shí)，會(huì)是怎樣的境況？你將無(wú)法在MSN上和好友暢聊，無(wú)法在Google地圖上查找交通路線，無(wú)法在

14、家了解股票行情習(xí)慣依賴互聯(lián)網(wǎng)的我們將不得不改變生活方式。對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，停機(jī)除造成直接的經(jīng)濟(jì)損失外，還可能引發(fā)社會(huì)影響和信任危機(jī)。美國(guó)Infonetics Research對(duì)80家大型企業(yè)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，由網(wǎng)絡(luò)故障造成的損失平均占年銷(xiāo)售額的3.6%。就像電話一樣，人們希望網(wǎng)絡(luò)也能“想用就用”，可靠性的專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)就是“可用度高”。實(shí)現(xiàn)高可用網(wǎng)絡(luò)的方法，除了像冗余備份、提高故障診斷能力、增加備件這些減少設(shè)備宕機(jī)時(shí)恢復(fù)時(shí)間的方法之外，還包括一個(gè)重要的指標(biāo)就是設(shè)備的可靠性。1.可靠性管理：可靠性保證和增長(zhǎng)的基礎(chǔ)之所以把可靠性管理放在第一位，優(yōu)先于可靠性設(shè)計(jì)、分析和試驗(yàn)，是因?yàn)槲覀冋J(rèn)為后者都是具體的、細(xì)節(jié)的技術(shù)或

15、方法，是可以短期內(nèi)修正或完善的，而可靠性管理則代表了一個(gè)公司可靠性領(lǐng)域在流程和制度上的成熟度，需要時(shí)間、實(shí)踐、經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)的積累和沉淀，可以說(shuō)是員工心智和公司文化的體現(xiàn)。良好的可靠性管理通過(guò)建立一套嚴(yán)格的紀(jì)律，指導(dǎo)我們什么時(shí)候要做什么事情；可以讓今天的教訓(xùn)成為明天的預(yù)防，在明天就“一次性把事情做對(duì)”；可以讓我們“站在巨人的肩膀上”，做任何事情都不是從零開(kāi)始。而所有的目的，只是為了實(shí)現(xiàn)可靠性目標(biāo)的承諾，保證提供給客戶的產(chǎn)品，在承諾的時(shí)間內(nèi)是高可靠的、是滿足客戶要求的。2.可靠性設(shè)計(jì)：關(guān)注細(xì)節(jié)，重在執(zhí)行談到電子產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)，我們幾乎馬上會(huì)想到熱設(shè)計(jì)、元器件降額、容差容錯(cuò)設(shè)計(jì)、可靠性預(yù)計(jì)等等。就像小

16、學(xué)作文，中心思想是確定的，關(guān)鍵看如何寫(xiě)這篇文章?？煽啃栽O(shè)計(jì)是否成功，有兩點(diǎn)必不可少，其一是執(zhí)行，其二是細(xì)節(jié)。3.可靠性分析：防患未然，心知肚明可靠性分析主要包括三部分：可靠性預(yù)計(jì)、FMEA（故障模式影響分析）和FTA（故障樹(shù)分析）。可靠性預(yù)計(jì)通過(guò)MTBF、返修率等指標(biāo)作為維修、備件成本的預(yù)計(jì)，或整網(wǎng)可用度的評(píng)估，對(duì)設(shè)備可靠性增長(zhǎng)貢獻(xiàn)不多。FTA構(gòu)造繁雜、對(duì)人員經(jīng)驗(yàn)和技能要求高、容易出錯(cuò)。對(duì)于復(fù)雜產(chǎn)品，F(xiàn)MEA是一個(gè)防患未然的有效方法。4.可靠性試驗(yàn)：真金不怕火煉我們研發(fā)出來(lái)的每一款產(chǎn)品，都會(huì)經(jīng)受可靠性試驗(yàn)的洗禮，其中最嚴(yán)酷的當(dāng)屬HALT試驗(yàn)（Highly Accelerated Life Test，高加速壽命試驗(yàn)）。5.可靠性篩選：最后質(zhì)檢員研發(fā)出來(lái)的產(chǎn)品，到量產(chǎn)后，由于器件批次間的參數(shù)離散、工藝控制的原因，可靠性有可能會(huì)降低。在H3C，我們還采用了一個(gè)時(shí)尚前衛(wèi)的可靠性保證手段，那就