电子产品可靠性基础知识

1、电子产品可靠性基础知识 可靠性基础知识可靠性基础知识 电子产品可靠性基础知识 第一节第一节 可靠性的基本概念可靠性的基本概念 一、故障（失效）及其分类一、故障（失效）及其分类 1. 故障：产品或产品的一部分不能或将不能故障：产品或产品的一部分不能或将不能 完成预定功能的事件或状态完成预定功能的事件或状态 2故障分类故障分类 故障的规律故障的规律 偶然故障、耗损故障偶然故障、耗损故障 故障的后果故障的后果 致命性故障、非致命性故障致命性故障、非致命性故障 故障的统计特性故障的统计特性 电子产品可靠性基础知识 二、可靠性二、可靠性 1可靠性：产品在规定的条件下和规定的可靠性：产品在规定的条件下和规

2、定的 时间内，完成规定功能的能力。时间内，完成规定功能的能力。 可靠性的概率度量称为可靠度可靠性的概率度量称为可靠度 独立故障、从属故障（前者是指不是由于另一个产独立故障、从属故障（前者是指不是由于另一个产 品引起的故障，后者是有另一个产品故障引起的故障，品引起的故障，后者是有另一个产品故障引起的故障， 一般在评价产品可靠性时只统计独立故障）一般在评价产品可靠性时只统计独立故障） 电子产品可靠性基础知识 2产品可靠性分类：产品可靠性分类： 固有可靠性：固有可靠性：产品在设计、制造中赋予的，是产品的一种固有特性，也产品在设计、制造中赋予的，是产品的一种固有特性，也 是产品的开发者可以控制的。是产

3、品的开发者可以控制的。 使用可靠性使用可靠性 ：产品在实际使用过程中表现出的一种性能的保持能力的特产品在实际使用过程中表现出的一种性能的保持能力的特 性，他除了考虑固有可靠性的影响因素之外，还要考虑产品安装、操作使用性，他除了考虑固有可靠性的影响因素之外，还要考虑产品安装、操作使用 和维修保障等方面因素的影响。和维修保障等方面因素的影响。 基本可靠性：基本可靠性：产品在规定条件下无故障的持续时间或概率，它产品在规定条件下无故障的持续时间或概率，它 反映产品对维修人力的要求。反映产品对维修人力的要求。 任务可靠性：任务可靠性：产品在规定的任务剖面内完成规定功能的能力。产品在规定的任务剖面内完成规

4、定功能的能力。 电子产品可靠性基础知识 三、维修性三、维修性 产品在规定的条件下和规定的时间内，按规产品在规定的条件下和规定的时间内，按规 定的程序和方法进行维修时，保持或恢复执行规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复执行规 定状态的能力。定状态的能力。 维修性是产品的一种特性，即由产品设维修性是产品的一种特性，即由产品设 计赋予的使其维修简便、迅速和经济的固计赋予的使其维修简便、迅速和经济的固 有特性。有特性。 电子产品可靠性基础知识 四、保障性四、保障性 系统（装备）的设计特性和计划的保障资源系统（装备）的设计特性和计划的保障资源 满足平时和战时使用要求的能力。满足平时和战时使用要求的能力

5、。 包括两个方面的含义：与装备保障有关的包括两个方面的含义：与装备保障有关的 设计特性；保障资源的充足和适用程度。设计特性；保障资源的充足和适用程度。 电子产品可靠性基础知识 五、软件可靠性五、软件可靠性 产品可靠性有两部分构成：硬件可靠性及软件产品可靠性有两部分构成：硬件可靠性及软件 可靠性可靠性 与软件可靠性有关的标准：与软件可靠性有关的标准： IEC 60300-3-6软件可信性应用指南软件可信性应用指南 IEC 61713软件生存期的软件可信性应用指南软件生存期的软件可信性应用指南 电子产品可靠性基础知识 六、可用性和可信性的概念六、可用性和可信性的概念 1可用性可用性 可用性是产品可

6、靠性、维修性和维修保可用性是产品可靠性、维修性和维修保 障的综合反映障的综合反映 2可信性可信性 可信性是一个集合术语，用来表示可用可信性是一个集合术语，用来表示可用 性及其影响因素：可靠性、维修性、维修保性及其影响因素：可靠性、维修性、维修保 障。障。 电子产品可靠性基础知识 七、可靠度函数、累积故障（失效）分布函数七、可靠度函数、累积故障（失效）分布函数 1可靠度可靠度 可靠度：可靠度：R(t) )tT(P)t (R 2累积故障分布函数：累积故障分布函数：F(t) tTPtF 1 tFtR 电子产品可靠性基础知识 3故障密度函数：故障密度函数：f(t) dt tdF tf duuftF t

7、 0 t du)u(f)t (R 电子产品可靠性基础知识 八、可靠性与维修性的常用度量八、可靠性与维修性的常用度量 （一）可靠度：（一）可靠度：产品在规定的条件和规定的时间内，完成规定功产品在规定的条件和规定的时间内，完成规定功 能的概率称为可靠度，一般用能的概率称为可靠度，一般用R(t）表示，若产品的总数为）表示，若产品的总数为No,工作到工作到t时刻产时刻产 品发生的故障数为品发生的故障数为r（t），则产品在），则产品在t时刻的可靠度的观测值为：时刻的可靠度的观测值为： 0 0 N )t ( rN )t (R （二）故障（失效）率：（二）故障（失效）率：工作到某时刻尚未发生故障的产工作到某

8、时刻尚未发生故障的产 品，在该时刻后单位时间内发生故障的概率，称之为产品的故障率：品，在该时刻后单位时间内发生故障的概率，称之为产品的故障率： ttN tr t S 故障率的单位故障率的单位 1菲特（菲特（fit）=10-9/小时小时 电子产品可靠性基础知识 （三）平均失效（故障）前时间（三）平均失效（故障）前时间（MTTF） 0 1 0 1 N i i t N MTTF 当产品的寿命分布服从指数分布当产品的寿命分布服从指数分布 0 1 dteMTTF t （四）平均故障间隔时间（四）平均故障间隔时间（MTBF） 1 （其中（其中T为总试验时间）为总试验时间） 0 1 0 01 N T t N

9、 MTBF N i i 2完全修复的产品完全修复的产品 dttRMTTFMTBF 0 电子产品可靠性基础知识 （五）贮存寿命（五）贮存寿命 产品在规定条件下贮存时，仍能满足规产品在规定条件下贮存时，仍能满足规 定质量要求的时间长度。定质量要求的时间长度。 （六）平均修复时间（六）平均修复时间（MTTR） n i i n/tMTTR 1 式中式中ti：第：第i次修复时间次修复时间 n：修复次数：修复次数 电子产品可靠性基础知识 九、浴盆曲线九、浴盆曲线 1早期故障期：早期故障期：在产品投入使用的初期，产品的故障率较在产品投入使用的初期，产品的故障率较 高，且具有迅速下降的特征。此阶段故障主要是设

10、计与制作中的缺高，且具有迅速下降的特征。此阶段故障主要是设计与制作中的缺 陷，如设计不当、材料缺陷、加工缺陷、安装调整不当等，产品投陷，如设计不当、材料缺陷、加工缺陷、安装调整不当等，产品投 入使用后很容易较快暴露出来。入使用后很容易较快暴露出来。 2偶然故障期：偶然故障期：在产品投入使用一段时间后，产品的故障在产品投入使用一段时间后，产品的故障 率可降到一个较低的水平，且基本处于平稳状态，可以近似认为故障率为常率可降到一个较低的水平，且基本处于平稳状态，可以近似认为故障率为常 数，这一阶段就是偶然故障期。数，这一阶段就是偶然故障期。 3耗损故障期：耗损故障期：特点是产品的故障率迅速上升，很快

11、出现特点是产品的故障率迅速上升，很快出现 产品故障大量增加直至最后报废。产品故障大量增加直至最后报废。 电子产品可靠性基础知识 电子产品可靠性基础知识 十、可靠性与产品质量的关系十、可靠性与产品质量的关系 性能指标性能指标 产品质量产品质量 专门特性（包括可靠性、维专门特性（包括可靠性、维 修性、保障性等）修性、保障性等） 电子产品可靠性基础知识 第二节第二节 基本可靠性设计与分析技术基本可靠性设计与分析技术 一、可靠性设计的基本内容一、可靠性设计的基本内容 规定定性定量的可靠性要求规定定性定量的可靠性要求 建立可靠性模型建立可靠性模型 可靠性分配可靠性分配 可靠性预计可靠性预计 可靠性设计准

12、则可靠性设计准则 耐环境设计耐环境设计 元器件选用与控制元器件选用与控制 电磁兼容设计电磁兼容设计 降额设计与热设计降额设计与热设计 电子产品可靠性基础知识 可靠性模型可靠性模型 串联模型：串联模型：组成产品的所有单元中任一单组成产品的所有单元中任一单 元发生故障都会导致整个产品故障元发生故障都会导致整个产品故障 并联模型：并联模型：组成产品所有单元同时工作时，只要有一个单元组成产品所有单元同时工作时，只要有一个单元 不发生故障，产品就不会故障，亦称贮备模型不发生故障，产品就不会故障，亦称贮备模型 电子产品可靠性基础知识 式中式中Ri(t)与与i(t)第第i单元的可靠度与故障率；单元的可靠度与

13、故障率； Rs(t)与与s(t)第第i单元的可靠度与故障率；单元的可靠度与故障率； 电子产品可靠性基础知识 二、可靠性分配二、可靠性分配 在产品设计阶段，将产品的可靠性定量要求在产品设计阶段，将产品的可靠性定量要求 按规定的准则分配到规定的产品层次的过程。按规定的准则分配到规定的产品层次的过程。 常用方法：评分分配法；比例分配法常用方法：评分分配法；比例分配法 评分分配法评分分配法 选择故障率入为分配参数，主要考虑四个选择故障率入为分配参数，主要考虑四个 影响因素：影响因素： 复杂度：组成分系统的元器件数数量及组装复杂度：组成分系统的元器件数数量及组装 调试的难易程度调试的难易程度 技术成熟度

14、：分系统的技术水平和成熟程度技术成熟度：分系统的技术水平和成熟程度 重要度：分系统的重要性重要度：分系统的重要性 环境条件：分系统所处环境条件环境条件：分系统所处环境条件 电子产品可靠性基础知识 每个因素的分值在每个因素的分值在1-10之间之间 分配公式：分配公式： sii C （1） （2） / ii C （3） 4 1j iji y （4） u i i 1 电子产品可靠性基础知识 三、可靠性预计三、可靠性预计 根据产品各组成部分的可靠性预测产品在规根据产品各组成部分的可靠性预测产品在规 定的工作条件下的可靠性定的工作条件下的可靠性 常用方法：元器件计数法；应力分析法常用方法：元器件计数法；

15、应力分析法 元器件计数法预计公式：元器件计数法预计公式： n i QiGiis N 1 应力分析法预计公式：应力分析法预计公式： （1）K Ebp （2） n i pis i N 1 （3） S S MTBF 1 电子产品可靠性基础知识 四、故障模式、影响及危害分析四、故障模式、影响及危害分析 1. FMECA 2. FMECA包括包括FMEA和和CA FMEA CA 电子产品可靠性基础知识 3严酷度及其分类严酷度及其分类 I类（灾难性故障）类（灾难性故障） II类（致命性故障）类（致命性故障） III类（严重故障）类（严重故障） IV类（轻度故障）类（轻度故障） 4故障概率等级故障概率等级

16、A级（经常发生，大于总故障概率的级（经常发生，大于总故障概率的0.2） B级（很可能发生，为总故障概率的级（很可能发生，为总故障概率的0.10.2） C级（偶然发生，为总故障概率的级（偶然发生，为总故障概率的0.010.1） D级（很少发生，为总故障概率的级（很少发生，为总故障概率的0.0010.01） E级（极不可能发生，小于总故障概率的级（极不可能发生，小于总故障概率的0.001） 电子产品可靠性基础知识 （一）（一）FMECA的实施步骤的实施步骤 （1）掌握产品结构和功能的有关资料）掌握产品结构和功能的有关资料 （2）掌握产品启动、运行、操作、维修资料）掌握产品启动、运行、操作、维修资料

17、 （3）掌握产品所处环境条件的资料）掌握产品所处环境条件的资料 （4）定义产品及其功能和最低工作要求）定义产品及其功能和最低工作要求 （5）按照产品功能方框图画出可靠性框图）按照产品功能方框图画出可靠性框图 （6）确定分析级别）确定分析级别 （7）描述故障模式、分析原因及影响）描述故障模式、分析原因及影响 （8）找出故障的检测方法）找出故障的检测方法 （9）找出预防措施）找出预防措施 （10）确定严酷度）确定严酷度 （11）确定故障概率等级）确定故障概率等级 （12）填写）填写FMEA表，绘制危害性矩阵表，绘制危害性矩阵 电子产品可靠性基础知识 故障模式及影响分析表故障模式及影响分析表 初始约

18、定层次初始约定层次 任任 务务 审审 核核 第第 页共页共 页页 约定层次约定层次 分析人员分析人员 批批 准准 填表日期填表日期 故故 障障 影影 响响 代代 码码 产产品品或或功功 能能标标志志 功功 能能 故故障障 模模式式 故故障障 原原因因 任任务务阶阶段段与与 工工作作方方法法 局局部部 影影响响 高高一一层层 次次影影响响 最最终终 影影响响 故故障障 检检测测 方方法法 补补偿偿 措措施施 严严酷酷度度 类类别别 备备 注注 电子产品可靠性基础知识 五、失效（故障）树分析五、失效（故障）树分析 FTA 故障树分析的一般要求故障树分析的一般要求 （1）故障树分析的准备工作）故障树

19、分析的准备工作 （2）故障树的建造）故障树的建造 （3）故障树的定性分析）故障树的定性分析 （4）故障树的定量分析）故障树的定量分析 （5）编写故障树分析报告）编写故障树分析报告 电子产品可靠性基础知识 六、维修性设计六、维修性设计 （1）简化设计）简化设计 （2）可达性设计）可达性设计 （3）标准化、互换性与模块化设计）标准化、互换性与模块化设计 （4）防差错及识别标志设计）防差错及识别标志设计 （5）维修安全性设计）维修安全性设计 （6）故障检测设计）故障检测设计 （7）维修中的人的因素工程设计）维修中的人的因素工程设计 电子产品可靠性基础知识 第三节第三节 可靠性试验可靠性试验 可靠性试验的概念可靠性试验的概念 可靠性试验：实验室试验，现场试验可靠性试验：实验室试验，现场试验 可靠性试验可靠性试验 工程试验工程试验 统计试验统计试验 环境应力筛选试验环境应力筛选试验 可靠性增长试验可靠性增长试验 可靠性测定试验可靠性测定试验 可靠性鉴定试验可靠性鉴定试验 可靠性验收试验可靠性验收试验 电子产品可靠性基础知识 一、环境应力筛选一、环境应力筛选 二、可靠性增长试验二、可靠性增长试验 三、加速寿命试验三、加速寿命试验 四、可靠性测定试验四、可靠性测定试验 五、可靠性鉴定试验五、可靠性鉴定试验 六、可靠性验收试验六、可靠性验收试验 电子产品可靠性基础知识 第五节第五节 可信性管理