可靠性基礎培訓

可靠性基礎培訓可靠性的發(fā)展可靠度的作業(yè)技術是從二戰(zhàn)后由美國開始廣為應用﹒由于美國國防部及三軍對可靠作業(yè)極為重視﹐所以各種可靠度作業(yè)標準﹐規(guī)范或指導書相繼大量制度和應用﹐以作為美軍武器系統(tǒng)可靠度作業(yè)管制之依據(jù)﹒而這些標準逐漸被美國民間工業(yè)及其它工業(yè)先進國家企業(yè)界所應用﹒那些方面屬可靠性問題精精美、精細、精致、精巧、精簡….耐耐用、耐撞、耐磨、耐震、耐火…使用壽命不長(MTBF)保固期回收太多(Reliability)故障有多重分布(Distribution)質量與可靠性的不同可靠度是設計出來的，可以提升產(chǎn)品平均壽命質量是工藝水平，可以減少變異量早夭期任務期老化期可靠性產(chǎn)命壽命存活機率市場返修率品質工藝水平制程一致性首次開箱合格率規(guī)格工程設計安全設計功能設計失效率產(chǎn)命壽命質量與可靠性的不同下面是兩個公司產(chǎn)品的失效比較，能不能看出什么來？可靠性概述

定義﹕可靠性就是指產(chǎn)品于既定的時間內(nèi)，在特定的使用條件下，執(zhí)行特定性能或功能，成功達成工作目標的機率若是以數(shù)學的符號來表示，R(t)=Pr

(Tt|

C1,C2,…)其中t是指定的工作時間(期望時間)，T是實際的出現(xiàn)故障時間（壽命）,Pr()是指在t任務時間不出現(xiàn)故障的機率;C1,

C2,…是固定的條件例如一電磁爐在老化工作100天中,產(chǎn)品不出現(xiàn)故障的機率位90%，其可靠度表達:

R(100天)=Pr

(T100天)=90%

廣義的可靠性試驗包含性能試驗、環(huán)境試驗、壽命試驗(亦即狹義之可靠性試驗)?？煽啃愿攀鲂阅茉囼灘s即符合性試驗，檢驗產(chǎn)品的性能功能的實現(xiàn)（固定時間和使用條件兩項要素﹐而且是在標準的環(huán)境條件﹐尋求物品性能的能力范圍與變化情形）環(huán)境試驗﹕檢驗產(chǎn)品對各種環(huán)境應力（機械氣候電應力）的適應性，快速暴露產(chǎn)品缺陷，是可靠性試驗的主要技術方法（固定時間與性能﹐而尋求環(huán)境條件對物品之影響）壽命試驗﹕也就常說的MTBFMTTF.(固定性能與環(huán)境﹐尋求時間對物品的影響)可靠性概述MTTF(MeanTimeToFailures)平均無故障時間MTBF（MeanTimeBetweenFailures)平均無故障間隔時間ESS（EnvironmentalStressscreeningTest)環(huán)境應力篩選ALT(Acceleratelifetest)加速壽命試驗HALT(HighAcceleratelifetest)高加速壽命試驗HASS(HighAccelerateStressscreening)高加速應力篩選可靠性概述產(chǎn)品功能性失效：致命失效：指產(chǎn)品完全失去規(guī)定功能能力漂移性失效：指產(chǎn)品的一個或幾個產(chǎn)數(shù)超過規(guī)定值引起的失效，漂移性失效在一些產(chǎn)品中是允許的。間歇性失效:

產(chǎn)品在使用中或試驗中出現(xiàn)時好時壞的失效產(chǎn)品階段性失效:（盆曲線）

早夭期偶然失效磨損退化失效可靠性概述產(chǎn)品壽命期(時間t)失效率函數(shù)(t)早夭期有用期(偶發(fā)失效期)磨耗期圖1.產(chǎn)品失效浴缸曲線早夭期:早夭期內(nèi)之失效多生產(chǎn)不完善，材料存在缺陷，不合格的生產(chǎn)環(huán)境，質量管理未盡妥善而發(fā)生.可用失效期:在可用期中所發(fā)生的失效多屬機遇性的.磨耗期之失效:產(chǎn)品或零組件經(jīng)過可用期后,由于料件質量退化（如氧化腐蝕老化等）失效率快速上升.可靠性概述壽命試驗（MTBF）

MTBF不是一個產(chǎn)品使用周期,也不是一個產(chǎn)品使用周期的平均,而是一大批產(chǎn)品統(tǒng)計特性．MTBF試驗過程中樣品無失效或部分失效時，采用截尾壽命試驗方法（定時截尾試驗；定數(shù)截尾試驗）MTBF試驗的幾種估計計算

a.平均壽命的點估計值b.單側置信下限估計c.雙側區(qū)間估計雙側區(qū)間估計公式單側置信下限估計公式Ｔ-試驗時間X2-分位數(shù)分布表r–失效次數(shù)(非預期的且必需采取一定措施才能使產(chǎn)品正常工作的失效模式)c-置信水平1-c=a(顯著性水平）壽命試驗（MTBF）雙側區(qū)間定時截尾方案表壽命試驗（MTBF）案例：一計算機的可靠性指標為30000小時，最低可靠性指標為20000小時，生產(chǎn)方和使用方的風險均為10%.設計一個檢定試驗方案解：上限指=30000下限值=20000風險均為10%d=30000÷20000=1.5查表可用方案1，試驗時間為：T=下限值×45=900000小時判定標準是在900000小時內(nèi)累計失效小于37次，可判定通過

壽命試驗（MTBF）單側置信下限計算例題現(xiàn)在公司新開發(fā)一款電磁爐,電磁爐的MTBF值設計要求為1萬小時,請對此電磁爐進行測試是否能滿足要求值?(正常工作溫度環(huán)境下測試）已知條件：置信水平C=95%;如出現(xiàn)3次失效將停止測試計算MTBF解：公式

假設測試過程中沒有出現(xiàn)失效X2a(2k+2)查表為5.9915,代入公式10000=2T/5.9915即T=29957.5小時T為總的試驗時間，根據(jù)具體的情況可加大測試機器縮短測試周期如測試機器為20臺，測試周期為299957.5/20*24=62.4天

如果在測試過程出現(xiàn)了一次失效,且經(jīng)過維修后繼續(xù)測試.此時根據(jù)查表X2a(2k+2)=9.4877,T總的測試將延長,每一臺的測試相應延長.壽命試驗（MTBF）假如我們的測試從6月1日8:00開始測試,在6月10日出現(xiàn)第1次失效,經(jīng)過維修后繼續(xù)測試,在6月24日出現(xiàn)第2次失效,經(jīng)過維修后繼續(xù)測試,在6月30日8:00出現(xiàn)第3次失效停止測試.請大家計算此批產(chǎn)品MTBF?是否符合設計要求?

計算MTBF=2*20*30*24/15.5073=1857小時即實際測試MTBF值為1857小時,小于設計要求1萬小時MTBF與故障率關系MTBF=1/λ比如說我們產(chǎn)品MTBF為10000小時.并不是說每一臺均能工作10000小時不出現(xiàn)故障.假如用戶每天使用2小時，一年為720小時（360天計算），10000小時約13年.由MTBF=1/λMTBF=1/13=0.076即該產(chǎn)品的平均故障率為7.6%,一年內(nèi)100臺產(chǎn)品平均有7.6臺會出現(xiàn)故障.壽命試驗（MTBF）X2分位表012345670.027.459411.239514.556617.651120.607923.468726.257828.99050.055.99159.487712.591615.507318.307021.026123.684826.29620.104.60527.779410.644613.361615.987218.549321.064123.54180.203.21895.98868.558111.030113.442015.812018.150820.46510.302.40794.87847.23119.524511.780714.011116.222118.41790.401.83264.04466.21088.350510.473212.583814.685316.77950.501.38633.35675.34817.34419.341811.340313.339315.3385壽命試驗（MTBF）加速壽命測試一般執(zhí)行壽命試驗之目的在評估產(chǎn)品於既定環(huán)境下之使用壽命，耗時較久，且須投入大量的金錢，而產(chǎn)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(AcceleratedLifeTesting;ALT)的方法，在可接受的試驗時間內(nèi)評估產(chǎn)品的使用壽命.壽命試驗（MTBF）加速壽命測試

基本上，加速壽命試驗是在物理與時間上，加速產(chǎn)品的劣化肇因，以較短的時間試驗，並據(jù)以推定產(chǎn)品在正常使用狀態(tài)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之適用範圍明確化.例如某設備的輸入電壓限制為100~130V，若規(guī)劃以200V為輸入，當然就破壞了原有的設計特性。

壽命試驗（MTBF）加速壽命測試

加速壽命試驗考慮的三個要素為「環(huán)境應力」、「試驗樣本數(shù)」及「試驗時間」。假如產(chǎn)品既複雜又昂貴，則樣本數(shù)將較少，相對的須增加試驗時間或環(huán)境應力，以加速其試驗;反之如果產(chǎn)品造價較便宜，且數(shù)量多，則欲縮短試驗時間的情況下，可考慮增加樣本數(shù)或環(huán)境應力。

一般電子、資訊業(yè)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(guī)範或相關文獻查得，甚或可自行試驗分析，獲得其數(shù)學經(jīng)驗公式.

電子產(chǎn)品一般使用溫度加速試驗壽命試驗（MTBF）加速壽命測試

加速壽命試驗，最重要的是如何掌握其加速因子(AcceleratedFactor).

相同產(chǎn)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.η1設為(低應力試驗條件)及η2(為高應力條件)，則η1/η2即為加速因子(高、低應力間相對的加速程度)，相同產(chǎn)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。加速壽命測試

溫度加速試驗之加速因子計算

假設產(chǎn)品在正常操作狀態(tài)之壽命及溫度分別為ηn及Tn;加速壽命試驗狀態(tài)之壽命及溫度分別為ηa及Ta，加速因子(Aη)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為常數(shù)8.623X10的負5次方c.E為活化能系數(shù).(一般電子產(chǎn)品在早天期失效之活化能約在

0.2~0.6eV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)

例:

取7件產(chǎn)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(chǎn)品正常的操作溫度為25℃，則該產(chǎn)品執(zhí)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(chǎn)品執(zhí)行50℃加速試驗之加速因子為(設活化能E=1.0eV)=20

該產(chǎn)品在50℃之平均壽命為

η50=(3000+3450+5000+6500+7850+8000+8500)/7=6043小時

故該產(chǎn)品正常操作下(25℃)之平均壽命為

η25＝6043×20=120860小時

即加速壽命=

*A(加速因子)加速壽命測試加速壽命測試

活化能=1

253035404550251

301.90061

353.53781.86141

406.45583.39671.82481

4511.566.08213.26751.79061

5020.32910.6965.74633.1491.758615535.14118.4899.93315.44343.03991.72866059.75431.4416.899.2565.16922.9394加速因子對照表環(huán)境試驗

廣義的環(huán)境是指模擬產(chǎn)品在生產(chǎn)運輸和用戶使用中可能用到的各種應力如機械氣候電應力等；狹義的環(huán)境試驗是指氣候應力試驗，如溫度濕度等.

環(huán)境試驗和加速應力能快速暴露產(chǎn)品缺陷，是可靠性試驗的主要技術方法

環(huán)境試驗概述環(huán)境試驗順序

電子電工產(chǎn)品環(huán)境試驗方法很多，會存在一個試驗先后順序的問題.就是指同一臺產(chǎn)品進行二種和二種以上的單因素模擬試驗時，應先進行什么試驗，后進行什么試驗有時如果試驗順序不當會直接導致試驗結果不真實.如何來選擇合理的試驗順序？根據(jù)產(chǎn)品實際可能遇到的環(huán)境因素來確定試驗順序根據(jù)對產(chǎn)品產(chǎn)生最大的環(huán)境來確定試驗順序根據(jù)試驗經(jīng)費和試驗時間來確定試驗順序根據(jù)試驗目的來確定試驗順序可參考GJB150.1附錄A“環(huán)境試驗順序表“適用于大多數(shù)產(chǎn)品一般常用試驗順序環(huán)境試驗程序

預處理在試驗開始之前,為了消除或部分消除試驗樣品過去所受的影響,需要多產(chǎn)品進行預處理。

初始檢查在進行任何環(huán)境試驗前，試驗樣品應在標準大氣壓和常溫下測試并記錄結果

試驗條件

給樣品施加規(guī)定的環(huán)境測試條件，檢驗試驗條件對產(chǎn)品的影響

中間檢測恢復最后檢查環(huán)境實驗中斷處理1.允許誤差范圍內(nèi)的中斷。在試驗中斷期間,試驗條件未超過規(guī)定的試驗允許誤差。在此情況下，中斷時間可以作為總的試驗時間的一部分。2.未達到試驗條件的中斷試驗條件低于規(guī)定的試驗條件而試驗中斷時，應立即對樣品進行外觀檢查以及工作性能檢測，如果未發(fā)現(xiàn)損傷和性能降低，則應使樣品在試驗溫度上重新穩(wěn)定后繼續(xù)試驗。其試驗時間應為中斷前的時間和重新穩(wěn)定后的時間之和?；謴驮囼灪?，若沒有出現(xiàn)不滿足試驗條件的情況，則試驗有效。3.超過試驗條件的中斷試驗條件超過規(guī)定的試驗條件時，應立即對試驗樣品進行全面的外觀檢查和工作性能檢測。如果未發(fā)現(xiàn)問題可以考慮繼續(xù)試驗，但在此情況下，如果樣品在后一項試驗中出現(xiàn)故障或失敗，則試驗結果常作無效處理，如果發(fā)現(xiàn)問題，最好的辦法結束試驗，并用新的樣品重新試驗。環(huán)境試驗注意點

環(huán)境測試標準都只給出了測試的嚴酷等級,沒有明確說明按什么等級來進行測試，在測試時要根據(jù)產(chǎn)品的要求用戶的使用地域，用戶可預期和不可預期的使用方法來選擇測試標準及加速測試標準.在恒溫恒濕內(nèi)做模擬測試時放置物品不要超過箱體體積的1/3.有些溫濕度測試要求機器在恒溫箱內(nèi)或與恒溫箱內(nèi)同等的環(huán)境下測試.溫度存儲和溫度沖擊外其它溫濕度測試要求帶電工作測試.溫濕度測試結束后將產(chǎn)品在恒溫箱內(nèi)恢復到常溫常濕后取出.振動測試需將產(chǎn)品牢固捆綁在測試臺的中間，每振動完一個軸后需檢查.

環(huán)境試驗對產(chǎn)品及部件的影響

10度規(guī)則當討論產(chǎn)品在不同的環(huán)境下使用壽命時，一般采用10度規(guī)則的表達方式。即當周圍的環(huán)境溫度上升10度時，產(chǎn)品的壽命就會減少一半；當周圍的環(huán)境溫度溫度上升20度時，產(chǎn)品壽命就會減少四分之一。這種規(guī)則可以說明溫度是如何影響產(chǎn)品壽命（失效）的。環(huán)境試驗對產(chǎn)品及部件的影響環(huán)境溫度校正計算圖當環(huán)境溫度25度時產(chǎn)品表面為90度，環(huán)境溫度60度時產(chǎn)品表面溫度是多少？GB2423.2高溫試驗附錄環(huán)境試驗對產(chǎn)品及部件的影響

溫度影響環(huán)境試驗對產(chǎn)品及部件的影響

溫度影響環(huán)境試驗對產(chǎn)品及部件的影響

濕度影響環(huán)境試驗對產(chǎn)品及部件的影響

濕度影響環(huán)境試驗對產(chǎn)品及部件的影響

溫度變化影響環(huán)境試驗對產(chǎn)品及部件的影響

機械影響可靠性設計基本概念設計人員四全面和三階段全面了解元器件的參數(shù)，可靠性能力（或薄弱環(huán)節(jié)）全面了解產(chǎn)品生產(chǎn)工藝，設備條件.全面了解整機或系統(tǒng)的失效特點與環(huán)境試驗方法全面了解各類元器件的失效機理與對應的篩選試驗設計階段重視可靠性增長試驗、確定和暴露薄弱環(huán)節(jié)生產(chǎn)階段元件件的保證、生產(chǎn)工藝的保證使用階段環(huán)境條件、操作方法和檢測程序、合理維護、現(xiàn)場使用可靠性.可靠性設計基本概念設計基本方法和內(nèi)容降額設計簡化設計余設計容差設計熱設計（10度規(guī)則）可靠性分配可靠性預計可靠性增長元器件的選用和應用控制

電子產(chǎn)品可靠性設計重點

熱設計和降額簡化設計設計過程的驗證試驗可靠性試驗分類

按試驗結果分類﹕定性與定量兩種定性試驗﹕當可靠度技術資料較少﹐過去的經(jīng)驗不易活用時﹐或者必須在短時間發(fā)現(xiàn)制品的弱點或潛在缺陷﹐確定其質量保證程度所實施的可靠度試驗稱為定性可靠度試驗﹒此類試驗包括應力篩選﹐環(huán)境試驗﹐階梯或步進應力試驗﹒

定量試驗﹕就是根據(jù)試驗結果所獲得的數(shù)據(jù)及產(chǎn)品的可靠度模式可以直接推測試件的可靠度值﹐此類試驗包括壽命試驗﹐