可靠性介绍2016.04.08

1、金晓清可靠性测试（电工电子类产品）可靠性工程Reliability Engineering- 2 -内容介绍u 第一部分：可靠性工程发展历史u 第二部分：可靠性概论u 第三部分：可靠性设计u 第四部分：可靠性分析u 第五部分：可靠性管理u 第六部分：可靠性试验- 3 -第一部分：可靠性工程发展历史- 4 -世界可靠性工程发展历史20世纪60年代20世纪50年代起步阶段发展阶段20世纪70年代成熟阶段20世纪90年代以后综合化.自动化.智能化和实用化阶段- 5 -历史上由于可靠性引起重大事故的事件1. 1957 美国 “先锋号”卫星发射两秒钟后爆炸，损失2.2亿美元2. 1986 美国 “挑战号

2、”航天飞机 起飞76s后爆炸，损失12亿美元， 直接原因是一个密封圈的问题引起的3. 1986年乌克兰的切尔诺贝利核电站，4号反应堆因核泄漏导致爆炸，直到2000年12月完全关闭，14年里乌克兰共有336万人遭到核辐射侵害4. 2015年，大众旗下的速腾后悬架频繁断裂，涉及56万车主，首先设计之初为多连杆独立悬架，在新速腾国产是为降低成本，因而变更为耦合杆式悬挂。- 6 -世界可靠性工程发展历史1940s1940s年，起源于美国年，起源于美国 重点在于电子管和真空管的可靠性研究 成立AGREE (Advisory Group on Reliability of Electronic Equip

3、ment ），电子设备可靠性顾问委员会1950s1950s年，年，推广推广发展阶段发展阶段 美国制定了一系列军用可靠性标准 AGREE在1957年发表的军用电子设备的可靠性报告成为后来全世界可靠性工作的指南 前苏联、日本、英国等发达国家开始介入可靠性研究 可靠性由电子设备拓展到电力、机械、动力等方面- 7 -1960s1960s年年，可靠性工程的系统化阶段，可靠性工程的系统化阶段 美国NASA应用于阿波罗太空计划项目全面采用的可靠性工程技术，极大地推动了可靠性技术在全世界的推广 可靠性工程已经成为系统工程的一部分，日益系统化 可靠性统计试验逐步完善1970s1970s年年，可靠性，可靠性保证保

4、证阶段阶段 可靠性管理的作用突出显现，美国将可靠性管理作为质量管理的核心 日本全面引进可靠性技术，推行全面质量管理，取得巨大效益世界可靠性工程发展历史- 8 -1980s1980s年，可靠性体系完善阶段年，可靠性体系完善阶段 美国建立了完备的可靠性标准体系，如可靠性通用大纲、可靠性预计、FMEA等 可靠性工作项目不断丰富，例如电路容差设计、潜在电路分析、随机有限元分析等 波音公司建立了完备的故障信息闭环管理体系1990s1990s年，可靠性工程深度拓展阶段年，可靠性工程深度拓展阶段 ISO9000将可靠性列入研制过程的必要工作项目 民用产品全面建立可靠性要求体系 机械、结构、机构的可靠性分析方

5、法成熟 诞生了大量可靠性软件工具世界可靠性工程发展历史- 9 -中国可靠性的发展历程1960s年，可靠性引入到中国1970s年，可靠性引进和研究阶段 诞生了大量可靠性标准 翻译了一些可靠性书籍 产生了一些可靠性报告1980s年，可靠性工程的应用1985年，诞生了中国质量与可靠性信息中心1986年，在高校中诞生了可靠性的专门学科1988年，GJB450-88武器装备可靠性通用大纲推行，成为军工和民用产品的可靠性工作标准- 10 -1990s年，中国航空航天可靠性技术成熟，全面推广可靠性技术的应用华为、中兴、大唐等通讯行业企业陆续开始推行可靠性技术出口产品的可靠性工作极大地推动了可靠性工程技术的应

6、用一些外资企业在中国建立的研发和生产机构可靠性应用技术 普及，间接地推动了我国可靠性技术的普及汽车行业推出QS9000，强制采用可靠性工程控制电力系统可靠性工程框架逐步建立船舶行业可靠性工程工作陆续开展现在可靠性工作成为产品质量的核心可靠性技术需求迫切中国可靠性的发展历程- 11 -软件可靠性发展20世纪70年代中期提出的软件可靠性80年代得到发展，使用软件可靠性方法90年，发展出软件可靠性工程 IEEE的软件工程委员会成立 软件可靠性定义：软件在规定条件下和规定时间内，不引起系统失效的能力，用概率表示即为软件可靠性。 规定条件：软件运行软硬件环境、软件操作剖面。规定时间：执行时间、日历时间和

7、时钟时间规定功能：提供给定的服务（产品具备的功能）- 12 -软件可靠性的特点1. 1.无形性无形性：产品没有一定的形状，其制作过程的可视性差2.2.一致性一致性：产品一旦成型后，无论复制多少份均完全一致，无散差3.3.不变性不变性：软件产品形成后，无论存放和使用多久，只要未经人为改动，就不会变化，不存在老化和损耗问题4.4.易改进性易改进性：软件产品通常比硬件产品容易变更5.5.复杂性复杂性：软件的运行路径通常很多，特别是大型软件，逻辑组合变化复杂，功能性也相对复杂。- 13 -第二部分：可靠性概论- 14 -可靠性工作能带来什么好处？可靠性研究的目的和意义 1） 防止故障和事故的发生，提高

8、系统 的安全性； 2）降低产品全寿命周期的总费用； 3）提高产品的使用率 ； 4）提高企业信誉，提高企业的经济效益；- 15 -文件记录文件记录调查结果显示（如某公司市场部2001 年调查记录）：“对可靠性的重视度，与地区的经济发达程度成正比”。例如，英国电讯（BT）关于可靠性管理/指标要求有产品寿命、MTBF报告、可靠性框图、失效树分析（FTA）、可靠性测试计划和测试报告等；泰国只有MTBF 和MTTF的要求；而厄瓜多尔则未提到，只是提出环境适应性和安全性的要求。产品的可靠性很重要，它不仅影响生产公司的前途，而且影响到使用者的安全（前苏联的“联盟11号”宇宙飞船返回时，因压力阀门提前打开而造

9、成三名宇航员全部死亡）。可靠性好的产品，不但可以减少公司的维修费用，而且可以很快就打出品牌，大幅度提升公司形象，增加公司收入。可靠性的重要性- 16 -可靠性工作能带来什么好处？可靠性的效益 一、用户效益 1、产品可靠性的提高，防止事故发生，保证用户安全。 2、可靠性提高，成本投资相近，用户效益提高。 3、可靠性提高，全寿命周期成本下降，节省维修费用。 二、企业效益 1、可靠性提高，企业竞争力增强，影响企业品牌。 （好的产品一般可以影响5位潜在客户，对于不好的产品可以影响25位潜在客户） 2、可靠性提高，减少事故赔偿费用。- 17 -可靠性工作的效益分析 （费效比）可靠性工作需要增加费用投入

10、需要专门的人力投入 采用更好的设备和零件 需要软件和硬件的支持 可靠性试验需要资金支持可靠性工作能够减少的费用支出 故障导致的直接和间接损失 维修、维护费用 保障费用，如备件供应等关键在于：如何进行权衡- 18 -u 可靠性的定义可靠性的定义：是产品在规定的条件条件下和规定的时间时间内，完成规定功能功能的能力能力。u 规定条件规定条件通常是指使用条件，维护条件，环境条件和操作条件；（使用条件越恶劣，产品可靠性水平越低）u 规定时间规定时间是可靠性的核心，亦称寿命单位，它是对产品使用持续性的度量，如工作小时、年、公里、次数等； （工作时间越长，产品的可靠性越低）u 规定功能规定功能产品规格说明书

11、规定的正常工作的性能指标，用于判断产品是否发生故障的标准；u 能能 力力是指产品本身固有特性，是指产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的水平；需用概率来度量。可靠性的定义- 19 -对于汽车来说规定的条件规定的条件 公路条件 气候条件 行使速度规定的时间规定的时间 行驶里程 行驶时间 日历时间规定的功能规定的功能 不发生安全性事件致命的 能够正常行驶严重的 不降低功能一般的 不会引起维修轻微的- 20 -可靠性基本概论 可靠性工程是一门研究产品缺陷或故障的发生和发展的规律，进而解决缺陷或故障的预防和纠正从而使缺陷或故障不发生或尽可能少发生的学科。 故障的表现形式有短路、开路、断裂、过度耗损

12、、漏油等，发现缺陷和故障不是目的，解决缺陷和故障才是目的，通过预防故障、发现故障、分析故障、纠正故障来提高产品的可靠性。u 故障故障是指产品不能执行规定功能的状态，通常指功能故障。u 失效失效是指产品丧失完成规定功能的能力的事件。- 21 -哪些因素可能导致产品的故障？产品的故障设计69制造10管理13其它7 - 22 -故障分类按其故障规律故障规律分为两大类： 偶然故障：由于偶然因素引起的故障，只能通过概率或统计方法预测 渐变故障：产品性能随时间的推移逐渐变化而产生的故障按其故障后果故障后果分为两大类： 灾难故障：导致人员伤亡、系统毁坏、重大财产损失的故障 严重故障：导致产品不能完成规定任务

13、使命的故障按其统计特性统计特性分为两大类： 独立故障：不是由于另一产品故障引起的故障，亦称为原发故障 从属故障：由另一产品故障引起的故障，亦称为诱发故障- 23 - 大多数产品的故障率随时间的变化曲线形似浴盆（如下图），故将故障率曲线称之为浴盆曲线。由于产品故障机理的不同，产品的故障率随时间的变化大致可以分为三个阶段：t t使用寿命使用寿命早期早期故障故障偶然故障偶然故障耗损故障耗损故障A AB B规定的规定的故障率故障率维修后故障率下降维修后故障率下降 (t)产品故障率浴盆曲线- 24 -产品故障率浴盆曲线第第 I 阶段：早期故障期阶段：早期故障期 在产品投入使用初期，产品的故障率较高，且具

14、有迅速下降的特征。 这一时期产品的故障主要是设计与制造中的缺陷，如设计不当、材料缺陷、加工缺陷、安装调整不当等，产品投入使用后很容易较快的暴露出来，明显的缺陷越来越少，也就形成了“失效率迅速下降”的现象； 可以通过加强质量管理及采用环境应力筛选等方法来减少甚至消除早期故障。- 25 -第第II II阶段：偶然故障期阶段：偶然故障期 在产品投入使用一段时间后，产品的故障率可以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是常数。 这个时期的产品故障主要是由偶然因素引起的，偶然故障期是产品的主要工作期间。第第IIIIII阶段：耗损故障期阶段：耗损故障期 在产品投入使用相当长的时间后，产

15、品的就会进入耗损故障期，其特点是产品随时间迅速上升，很快出现产品故障大量增加直至最后报废。 这个时期的产品故障主要是由老化、疲劳、磨损、腐蚀等耗损性因素引起的。 可以通过对产品试验数据进行分析，可以确定耗损阶段的起始点，在耗损起始点到来之前停止使用并进行预防性维修来延长产品的使用寿命。产品故障率浴盆曲线- 26 -产品可靠性指标产品可靠性指标极限有效度可用性经济性有效性维修性可靠性平均有效度瞬时有效度平均修复时间可靠寿命平均寿命失效率累积失效概率可靠性修复率维修度保修费用率全寿命周期成本成本比 成本可用度固有可用度使用可用度- 27 -可靠性常用参数可靠度R(t)可靠度R(t) 指产品在规定条

16、件下和规定时间内，完成规定功能的概率例如： 某型号的10000手机在一年共有10部次发生了功能性故障（不能正常使用部），该型号手机在一年内的可靠度为： R(1)(10000-10)/10000 =0.99900)()(NtrNtR式中：N0t=0时，在规定条件下进行工作的产品数； r(t)在0到t时刻的工作时间内，产品的累计故障数 （产品故障后不予修复）。- 28 -可靠性常用参数可用度A(t)可用度A (t) 在规定时间t内的任意随机时刻, 产品处于可用状态的概率.不可工作时间可工作时间可工作时间)(At- 29 -可靠性常用参数故障率(t)故障率（失效率）(t) 工作到某时刻尚未发生故障(

17、失效）的产品，在该时刻后单位时间内发生故障（失效）的概率。例如：投入工作灯泡10000只，在一年后发现一共有200只灯泡坏了，求一年后当时的故障率是多少？ 解：(t)=200/（10000-200）*365*24 =2.33* 10-6 /小时ttNtrts)()()(式中： r(t) t时刻后， t时间内故障的产品数； t 所取时间间隔； Ns(t) 残存产品数。- 30 -可靠性常用参数平均故障间隔时间MTBF故障率的倒数，针对指数分布产品及可修产品、产品的故障数为常数,则公式为 MTBF=1/MTBF平均故障间隔时间（Mean Time Between Failure） 表示可修复产品可

18、靠性的一种基本参数，其度量方法为：在规定的条件下和规定的时间内，产品寿命单位总数与故障次数之比例如： 设有一批电子产品累计共工作10万小时,共发生故障50次,问该产品的MTBF的观测值?解：MTBF=1/=100000/50=2000h- 31 -可靠性常用参数平均失效前时间MTTFMTTF平均失效前时间（Mean Time To Failure ） 表示不可修复产品可靠性的一种基本参数，其度量方法为：在规定的条件下和规定的时间内，产品寿命单位总数与失效产品总数之比（ MTTF即为平均寿命）例如：设有5个不可修复的产品进行寿命，它们的失效时间分别是1000h，1500h，2000h，2200h

19、，2300h，求该产品的MTTF观测值。解：MTTF=(1000+1500+2000+2200+2300)/5 =1800h- 32 -可靠性常用参数平均修复时间MTTRMTTR平均修复时间（Mean Time To Repair ）在规定的条件下和规定的时间内，产品在任一规定的维修级别上，修复性维修总时间与该级别上被修复产品的故障总数之比例如： 若某系统的平均修复时间为0.5小时,请问该系统故障后,在半小时内完成修复的机率是多少? 在1小时内完成修复的机率是多少?解:%5.8611)1(%6311)5.0(5.015.05.0eeMeeMMTTRtMTTRt- 33 -可靠性常用参数其它可靠

20、性参数BX 寿命（ B10 寿命、B5寿命）-LX寿命B10寿命：产品出厂后，工作到T时间后，有10的产品发生了耗损故障(关键部件的更换)，则T为B10寿命非电类产品一般采用BX寿命描述任务成功率执行任务S次，有N次成功，则N/S为任务成功率常用于非寿命类产品，如开关类等非正常停机率在S工作小时内有N次非正常停机，则N/S为非正常停机率常用于电子、电力设备以及发动机类产品平均寿命 MTTF 对于不可修复产品，指从开始使用直到发生失效这一段工作时间的平均值- 34 -可靠性中常见的概率分布产品的的可靠性参数都是随机变量，要运用概率论的理论和方法来研究这些随机变量的 规律，但是工程中很多人往往不清

21、楚随机变量的分布属于哪一种类型。 可靠性中常见的概率分布有：二点分布，二项分布，泊松分布，均匀分布，正态分布，指数分布，对数正态分布和威布尔分布等，其中二项分布和泊松分布是离散型概率分布，后面五种是连续型概率分布。 通常做法是先讨论几种典型的重要分布类型，在把产品的可靠性随机变量的 现场数据或试验数据用概率纸或计算机对其进行统计处理，若它与某种分布函数符合，则称这随机变量服从某种分布。- 35 -可靠性中常见的概率分布 随机变量的两种类型1）离散型随机变量（如果随机变量可能取的值为有限个） 二项分布（结果：成功或失败，又称贝努里试验） 泊松分布（比二项分布计算简单）2）连续型随机变量（给定区间

22、内取得任意数值） 正态分布（一般机械装置磨损故障产品，轮胎、灯泡等） 对数正态分布（常用于半导体器件） 指数分布（产品进入偶然故障期后呈现出来的故障率，如大部分电子类产品） 威布尔分布（由最弱环节模型导出，例如产品的整个寿命期）- 36 -第三部分：第三部分：可靠性可靠性设计设计- 37 -可靠性设计 产品的可靠性是设计出来的,生产出来的,也是管理出来的.产品开发者的可靠性设计水平对产品的固有可靠性具有重大影响。通用可靠性设计准则: 1. 简化设计 2. 冗余设计 3. 热设计 4. 环境防护设计 （防潮湿、防盐雾、防霉菌、耐冲击及振动、噪声、包装贮存运输、电磁兼容等设计以及原材料、零部件和元

23、器件选用） 电子产品可靠性设计1. 降额设计2. 容差设计3. 热设计机械产品可靠性设计1.静强度设计2.疲劳与断裂3.磨损与腐蚀- 38 -可靠性模型可靠性模型定义是对系统及其组成单元之间的可靠性/故障逻辑关系的描述。可靠性模型是系统任务可靠性分析的主要手段，因此与执行的任务密切相关 建立可靠性模型的目的如下： 1) 系统任务可靠性分析 2) 设计方案的可靠性权衡 3) 设计方案的可靠性改进 4) 为子系统和设备提出可靠性要求 5) 任务、维修、费用等方面权衡 6) 为费用分析、备件计算、检测周期提供可靠性支持- 39 -典型可靠性模型典型可靠性模型非工作贮备模型工作贮备模型非贮备模型串联模

24、型旁联模型表决模型并联模型桥联模型- 40 -串联模型串联模型 组成产品的所有单元中任一单元发生故障，均会导致 整个产品故障的模型称为串联模型。 串联模型是最常用和最简单的模型之一。 串联模型的特点是：产品的可靠度小于任一个单元的可靠度 串联模型的RBD如下图所示：串联模型的可靠性框图串联模型的可靠性框图123n- 41 -例：某系统由三个单元串联构成，若各个单元的平均失效时间分别为250，100，350h，求系统的平均失效时间，并求系统和各个单元再30h的可靠度（设各个单元均服从指数分布）350059)350110012501(321shMTTF322.595935008869.0)250/

25、30exp()30(1R7408.0)100/30exp()30(2R9179.0)350/30exp()30(3R6030.0)30()30()30()30(321RRRRs串联模型- 42 -并联模型 组成产品的所有单元都发生故障时，产品才发生故障的模型称为并联模型，也称为冗余模型（有贮备模型）。 并联模型的特点是：产品的可靠度大于任一个单元的可靠度 并联模型的RBD如下图所示：1M2n并联模型的可靠性框图并联模型的可靠性框图并联模型- 43 -例：某系统由三个单元并联构成，若各个单元的平均失效时间分别为250，100，350h，求系统的平均失效时间，并求系统和各个单元再30h的可靠度（设

26、各个单元均服从指数分布）解：先求出R1、R2、R3可靠度是多少？ Rs（30）=1-（1-R1)*(1-R2)*(1-R3) =1-(1-0.8869)*(1-0.7408)*(1-0.9179) =0.99768869.0)250/30exp()30(1R7408.0)100/30exp()30(2R9179.0)350/30exp()30(3R并联模型- 44 -表决模型表决模型由n个单元和一个表决器组成的表决系统。当表决器正常时，在系统的n个单元中，正常的单元数不小于r （1 r n ），系统就不会有故障，这样的系统称为r/n(G)表决模型。它是并联模型的一种特例，属于工作贮备模型。 r

27、/n(G)表决模型的RBD如下图所示：1M2nr/n(G)表决器表决器r r/ /n n( (G G) ) 表决模型的可靠性框图表决模型的可靠性框图- 45 -桥联模型桥联模型 系统某些功能冗余形式或替代工作方式的实现，是一种非并联、表决或旁联的桥联形式，称为桥联模型。示例：系统由A、B、C、D、E五个部分组成，当开关E打开时，电机A向设备B供电，电机C向设备D供电。如果电机C故障，合上开关E，由电机A向设备B和D供电 桥联模型的RBD如下图所示：- 46 -旁联模型旁联模型组成系统的n个单元只有一个单元工作，当工作单元故障时，通过监测与转换装置接到另一个单元继续工作，直到所有单元都发生故障时

28、系统才发生故障，称为非工作储备模型，又称旁联模型。 旁联模型的RBD如下图所示：12n故障监测和转换装置K旁联旁联模型的可靠性框图模型的可靠性框图- 47 -第四部分：可靠性分析- 48 -可靠性分析技术 可靠性预计技术 故障模式影响分析技术（FMEA） 故障树分析技术（FTA） 可靠性评估技术- 49 -可靠性预计可靠性预计是对产品或者系统的可靠性进行定量的估计，推测其可能达到的可靠性水平，是其从定性考虑转入定量分析的关键之处，是实施可靠性工程的基础。可靠性预计是根据组成系统的元器件、零部件的可靠性来估计的，是一个自下而上、由局部到整体、从小到大的一种系统综合过程，它需要根据历史产品的可靠性

29、数据、系统的构成和结构特点、系统的工作环境、元器件的工作应力和质量级别等因素来进行估计，主要用在产品的设计阶段。- 50 -可靠性预计目的可靠性预计目的：可靠性预计目的：将预计结果与要求的可靠性指标相比较，是否能达到用户要求在方案阶段，通过对不同方案预计值相比较，选择优化方案在研制阶段，通过预计，发现设计中的薄弱环节，以便加以改进为可靠性增长试验、验证试验及费用核算等提供数据通过预计为可靠性分配的合理性提供对照依据- 51 -可靠性预计-评分预计法评分评分预计法：预计法：依靠有经验的工程技术人员，按照产品的复杂度、技术成熟度、工作时间比率、环境严酷度等因素进行评分计算,每一种因素的分值在1-1

30、0之间。1 1）复杂）复杂度度: : 根据组成分系统的元部件数量以及它们组装调试的难易程度评定.最复杂的评10分.最简单的1分.2) 2) 技术技术成熟度成熟度: : 根据分系统的技术水平和成熟程度评定.技术成熟度最低评10分,最高评1分.3) 3) 工作时间工作时间比率比率: : 根据组成产品的单元工作时间来评定.系统工作时，单元一直工作的评10分,工作时间最短的评1分.4 4) ) 环境环境严酷度严酷度: : 根据组成产品的单元所处的环境来评定.单元工作过程中会经受恶劣和严酷的环境条件的评10分,环境条件最好的单元评1分.- 52 -可靠性预计-评分预计法某飞行器由6个系统组成，要求故障率

31、不大于900*10-6/h，已知制导故障率s=284.5*10-6/h，试预计其他分系统的故障率？计算飞行器故障率s=85.4+95.6+284.5+254.5+72.8+85.4=878.6*10-6/hMTBF平均故障时间 = 1,000,000/s =1138.2h - 53 -可靠性预计方法元器件元器件计数法：计数法：适用于电子产品初步设计阶段可靠性预计，可查GJB/Z-299C（电子产品可靠性预计手册）或MIL-HDBK-217F（电子设备可靠性预计手册）通过查询元器件的种类、数量、质量等级及工作环境类别，来得到元器件的故障率及质量系数，再按公式计算。见附件：MTBF(元器件计数法）

32、应力分析法：应力分析法：用于电子产品详细设计阶段的故障率预计，在详细设计阶段，已有元器件清单及元器件的应力数据，此时用应力分析法对电子产品的可靠性进行预计。相似产品相似产品法：法：根据相似的老产品中各单元故障率占产品故障率的比例，对新研发的产品进行可靠性分配的方法。- 54 -集成电路集成电路技术类型工作环境管脚数和位数工作应力质量级别封装类型可靠性预计模型可靠性预计模型GJB299CMIL-STD-217F失效率失效率电子元器件的应力分析法 - 55 -机械产品可靠性预计技术机械零件机械零件构成特征构成特征材料尺寸应力特征应力特征弯曲应力扭转应力构造数学模型构造数学模型概率分析方法概率分析方

33、法变量随机化可靠度可靠度- 56 -故障模式影响分析（FMEA）故障模式影响分析（Failure Mode and Effects Analysis，简记为FMEA）是分析系统中每一产品所有可能产生的故障模式及其对系统造成的所有可能影响，并按每一个故障模式的严重程度、检测难易程度以及发生频度予以分类的一种归纳分析方法。FMEA是一种事先预防的行为FMEA 分析的是潜在故障（Potential Failure），是可能发生但是现在还没有发生的故障。它是一种“事前预防”的行为“及时性”是FMEA的关键因素事先花时间对设计进行分析，事先低成本地进行修改减少未来更大损失的发生- 57 -FMEA的思路

34、风险在那里？风险在那里？设计缺陷过程问题使用问题服务问题风险的原因是什么？风险的原因是什么？风险的后果有多严重？风险的后果有多严重？发生几率有多大？发生几率有多大？当前控制措施是什么？当前控制措施是什么？风险评价风险评价风险排序风险排序要解决哪些风险？要解决哪些风险？控制措施是什么？控制措施是什么？效果如何？效果如何？相对定量评价RPN风险1、风险2.排在前面的资源允许的可以解决的谁来做？什么时候做？预计效果试验效果实际效果- 58 -故障模式影响分析（FMEA） 风险优先数（risk priority number，RPN)是工艺故障模式的严重度等级(S),频度等级(0),探测度等级(D)等

35、级的乘积。 RPN = (S) (0) (D)严重严重度度( (S) S)是指失效后果的严重程度。严重度仅适用于失效后果。严重度采用10分制进行打分，后果越严重，分数就越高。频度频度(0)(0)是指由某一原因使失效模式发生的可能性大小的评估。(即具体的失效起因/机理发生的频率)，频度采用10分制，发生概率越高，则分数越高。探测探测度度( (D)D)是指零件在离开该制造工序或装配工序之前,采用上述探测控制方法找出失效模式的可能性的大小。探测度也是用110分来评估，分数越高，表明过程控制方法有效性差。RPN是一项设计风险指针, RPN取值在1至1000之间。当RPN较高时, 设计小组应提出纠正措施

36、来降低RPN值，但是严重度数（S）较高时, 也会特别注意。 - 59 - 故障树是一种特殊的倒立树状的逻辑因果关系图，故障树分析”（Fault Tree Analysis）（简称FTA）是一个产品故障事件或灾难性危险事件即顶事件作为分析对象，通过有上向下按层次的故障因果逻辑分析，对可能造成产品故障的硬件、软件、环境、人为因素进行分析，画出故障树，确定产品故障原因的各种可能的组合方式及其发生概率，从而有效的确定系统发生故障的各种途径，并提高系统的可靠性和安全性。故障树基本概念FTA特点1）是一种自上而下的图形演绎方法2）有很大的灵活性3）综合性：硬件、软件、环境、人为因素等4）主要用于安全性分析

37、- 60 -故障树分析步骤故障树分析的主要步骤： （1）FTA的工作准备 （2）确定顶事件 （3）建立故障树 （4）故障输的规范化、简化和模块分解 （5）故障树的定性分析 （6）故障树的定量分析 （7）薄弱环节分析与建议- 61 -故障树示例- 62 -第五部分：可靠性管理- 63 - 可靠性管理就是从系统的观点出发,对产品设计开发、生产、使用各个阶段应开展的各项可靠性活动进行策划、组织、监督和控制，以尽可能少的资源投入实现顾客所要求的产品可靠性。制定制定可靠性发展战略可靠性发展战略 1）提出可考核的产品可靠性及维修性目标 2）明确可靠性工作的指导思想和工作基本原则 3）建立可靠性研究机构和队

38、伍 4）制定中长期可靠性培训计划 5）建设质量与可靠性信息系统 6）制定企业可靠性及维修性工作的规范或标准 7）明确企业高管和部门负责人及各类人员相关的可靠性职责 8）建立并完善各种可靠性试验系统 9）制定可靠性工作奖惩措施可靠性管理及发展战略- 64 -可靠性管理的基本原则 1）产品研发必须有可靠性、维修性、测试性、保障性、安全性等定性、 定量要求，这些要求应合理、科学，并且可实现。 2）可靠性工作必须遵循预防为主,早期投入的方针。 3）必须把可靠性工作纳入产品设计和开发策划中，统一规划。 4）必须遵循采用成熟设计的可靠性设计原则。 5）软件的开发必须符合软件工程的要求，对关键软件应有可靠性

39、要求 并规定验证方法。 6）采用有效方法和控制程序，减少制造过程对可靠性带来的不良影响 7）通过规范化工程途经，利用有关标准、规范、手册或有效的工程经验 8）必须加强对设计开发过程和生产制造过程中可靠性工作的监督和控制 9）重视产品在用户使用过程中的可靠性，并对其使用可靠性进行评估 10）可靠性工作必须从头开始,从产品开发 开始降性能,可靠性,进度,费用等 进行综合权衡- 65 -可靠性管理管理的基本职能.对象和方法:基本职能: 计划.组织.监督.控制和指导.对象: 产品开发.生产.使用过程中与可靠性有关的全部活动.重点: 产品开发阶段的设计和试验活动.计划: 开展可靠性管理首先要分析确定目标

40、,选择达到可靠性要求必须进行的一组可靠性工作,制定每项工作所需的资源,确定完成该项工作的时间和负责人.组织: 要确定可靠性工作的总负责人和建立管理机构.要有一批专职的和兼职的可靠性工作人员,明确相互职责.权限和关系,形成可靠性工作的组织体系和工作体系,以完成计划确定的目标和工作.监督: 利用报告.检查.评审.鉴定和认证活动,及时取得信息,以监督各项可靠性工作按计划进行.控制: 通过制定和建立各种标准.规范和程序,指导和控制各项可靠性活动的开展.- 66 -建立故障报告.分析和纠正措施系统(FRACAS) 目的:保证故障信息的正确性和完整性.并及时利用故障信息对产品进行分析.改进.以实现产品的可

41、靠性增长. 可靠性是产品无故障工作的概率或用无故障持续时间度量的产品品质特性，可靠性的主要任务是防止故障发生，控制故障发生的概率，纠正已经发生的故障，同时也是为其他新产品的研发提供预防故障的借鉴，建立故障报告、分析和纠正措施系统就是对故障加以严格管理的一种有效方法，也是企业可靠性管理的一项重要的工作内容。 建立和运行故障报告.分析和纠正措施系统是一项简单有效的管理工作，是真正做到故障归零、实现产品可靠性增长的关键。- 67 -故障报告1 1）报告）报告提交提交时机时机 产品任何功能级别在规定的检验和试验期间发生的故障均要向规定级别的管理部门报告.2 2）报告）报告的的形式形式 故障卡片,文件等

42、形式.3 3）报告的特点）报告的特点 一个闭环的故障报告系统.保证开发过程中发生的所有硬件故障 和软件错误,均能按规定格式和要求进行记录,并在规定的时间内向规定的管理部门报告.4 4）报告）报告的的内容内容 识别故障件的信息,故障现象,试验条件,机内测试(BIT)指示,发生故障的产品工作时间,故障观测者,故障发生时机以及观测故障时的环境条件.- 68 -故障分析故障调查.核实.尽可能不破坏故障现场,保持故障状态.1 1）工程分析）工程分析 在故障核实后,可以对故障产品进行测试.试验.观察分析,以确定故障部位.必要时,分解产品,进行理化分析,应力强度分析,以判断缺陷的性质,弄清故障产生的机理.2

43、 2）统计分析）统计分析 收集同类产品生产数量.试验.使用时间.已产生的故障数,估算该类故障出现的频率. 通过故障分析查明故障原因,以便有针对性地采取纠正措施.- 69 -故障（问题）归零管理 技术归零（五条）技术归零（五条） 1）定位准确：确定质量问题和故障准确部位2）机理清楚：通过理论分析或试验手段，确定质量问题和故障发生的根本原因3）问题复现：通过试验或其他验证手段，确认质量问题和故障发生的现象，验证定位的正确性和机理分析的正确性4）措施有效：针对发生的故障问题，采取纠正措施，通过验证，确保质量问题和故障得到解决5）举一反三：把问题信息反馈给相关部门，检查有无可能发生类似的 故障模式或质

44、量问题，并及时采取预防措施。- 70 - 管理归零（五条）管理归零（五条） 1）过程清楚：查明质量问题和故障发生和发展的全过程，从中找出管理上的薄弱环节或漏洞2）责任明确：依据规定的质量职责，分清造成质量问题的责任单位和责任人，并分清责任的主次大小3）措施落实：针对管理上的薄弱环节或漏洞，制定并落实有效的纠正措施和预防措施4）严肃处理：对于由管理原因造成的质量问题和故障应严肃对待，从中吸取教训，以达到警示和改进管理工作的目的5）完善制度：针对管理上的 薄弱环节和漏洞，健全和完善规章制度，并予以落实，从制度上避免质量问题和类似故障的发生故障（问题）归零管理- 71 -故障观测故障报告故障核实故障

45、隔离更换有怀疑的产品验证有怀疑的产品故障分析数据收集确定根本原因确定纠正措施将纠正措施用于研制的设备可靠性研制试验确定纠正措施的有效性将纠正措施用于生产是否1234567891011121314典型FRACAS系统是一个闭环系统- 72 -可靠性评审 可靠性评审是运用及早告警原理和同行专家评议的原则,充分利用专家群体的智慧和经验弥补开发团队和个人可能的不足和局限，对产品研发过程中可靠性设计、制造、试验等各项工作进行监控的一种管理手段,是尽早发现设计缺陷最经济和最有效的方法.可靠性设计评审的作用可靠性设计评审的作用: :1) 评价产品设计是否满足合同规定的要求,是否符合可靠性设计准则、规范及有关

46、标准的要求.2) 发现和确定薄弱环节和可靠性风险较高的部位,研讨并提出改进建议.3) 研制,开发,监督,检查及保障资源是否恰当.4) 检查可靠性保证大纲的全面实施.5) 减少设计更改,缩短开发周期,降低全寿命周期费用- 73 -第六部分：可靠性试验- 74 -可靠性试验的分类可靠性试验统计试验工程试验环境应力筛选寿命试验可靠性增长试验可靠性研制试验可靠性鉴定试验可靠性验收试验- 75 -可靠性试验的目的可靠性试验的可靠性试验的目的目的1）发现产品在设计、元器件、零部件、原材料和工艺方面的各种缺陷和故障。2）确认研发和生产的产品是否符合可靠性定量要求。3）提高产品的可靠性、任务成功性、减少维修人

47、力和保障费用提供信息，为评估和改进产品可靠性提供信息。但目前我国的可靠性工作主要还是在测试阶段，这里将测试放在前面（而且大部分公司都会忽略最初的可靠性设计，当测试出现失效后才开始考虑设计）。- 76 -可靠性试验-工程试验工程工程试验目的：试验目的：暴露产品在设计、工艺、元器件、原材料等方面存在的缺陷、薄弱环节和故障，为提高产品可靠性提供信息。工程试验：1）环境应力筛选（研发阶段、生产阶段）环境应力筛选（研发阶段、生产阶段） 为研发和生产的产品建立并实施环境应力筛选程序，以发现和排除不良元器件、制造工艺和其它原因引入的缺陷造成的早期故障。2）可靠性研制试验（研发阶段早期、中期）可靠性研制试验（

48、研发阶段早期、中期） 通过对产品施加适当的环境应力、工作载荷，寻找产品中的设计缺陷，以改进设计，提高产品固有可靠性水平。3）可靠性增长试验（可靠性增长试验（研发研发阶段中期）阶段中期） 通过对产品施加模拟实际使用环境的综合环境应力，暴露产品中的潜在缺陷并采取纠正措施，使产品的可靠性达到规定的要求。- 77 -环境应力筛选（研发阶段、生产阶段）环境应力筛选使用的应力主要用于激发故障、不模拟使用环境以下为通常使用的几种典型的应力筛选环境应力应力类型应力强度费用筛选效果温度恒定高温低低对元器件较好温度循环慢速变温较高较低不显著快速变温高高好温度冲击较高适中较好振动扫频正弦较低适中不显著随机振动高高好

49、综合温度循环与随机振动高很高很好- 78 -环境应力与失效关系 环境应力条件可以引起产品失效Hughes航空公司（美国）技术资料明确地表示了失效与环境应力之关系,其中温度、湿度及振动所引发的失效占环境应力引发失效的86%。- 79 -环境测试产品在使用过程中，有不同的使用环境（有些安装在室外、有些随身携带、有些装有船上等等），会受到不同环境的应力（有些受到风吹雨湿、有些受到振动与跌落、有些受到盐雾蚀侵等等）；为了确认产品能在这些环境下正常工作，国标、行标都要求产品在环境方法模拟一些测试项目，这些测试项目包括： 1). 高温测试（高温运行、高温贮存）； 2). 低温测试（低温运行、低温贮存）；

50、3). 高低温交变测试（温度循环测试、热冲击测试）； 4). 高温高湿测试（湿热贮存、湿热循环）； 5). 机械振动测试（随机振动测试、扫频振动测试）； 6). 汽车运输测试（模拟运输测试、碰撞测试）； 7). 机械冲击测试； 8). 开关电测试；- 80 - 9). 电源拉偏测试； 10). 冷启动测试； 11). 盐雾测试； 12). 淋雨测试； 13). 尘砂测试；上面13 项比较全面地概括了产品在实现使用过程中碰到的外界环境；实际测试时，因为各产品本身属性的相差较远、使用环境相差也很大，各公司可以根据产品的特点，适当选取、增加一些项目来测试（此产品对应的国/行标中要求的必测试项目，当然

51、是必须测试的）；也可以根据产品特定的使用环境与使用方法，自行设计一些新测试项目，以验证产品是否能长期工作。目前环境测试标准有GB/T 2423（电工电子产品环境试验）、GJB 150（军用设备环境试验方法）、GB/T 28046.4（道路车辆电气及 电子设备的环境条件和试验）等环境测试- 81 -可靠性研制试验（研发阶段早期、中期）可靠性研制试验分类可靠性增长摸底试验可靠性增长摸底试验 模拟实际使用的综合应力条件下，用较短的时间、较少的费用，暴露产品的潜在缺陷，并及时采取纠正措施，使产品可靠性水平得到增长。可靠性强化试验或高可靠性强化试验或高加速寿命试验加速寿命试验 采用高速应力的可靠性研制试

52、验，其目的是使产品设计得更为“健壮”，（施加步进应力，不断的加速激发产品故障，并进行改进和验证）主要环境应力有：低温、高温、快速温变循环、振动、湿度等综合环境。- 82 -可靠性增长试验（研发阶段中期）可靠性增长试验是一个有计划试验、分析、改进的过程，是一项有效高效提高产品可靠性技术，其目的是把受试设备处于近似于工作环境条件下进行试验，使其暴露故障，进而分析故障，改进设计，并验证改进措施的有效性，以提高产品的固有可靠性可靠性增长试验对象可靠性增长试验对象 1）重要度较高、较为复杂、新研发、缺乏继承性的产品 2）在研发试验和系统综合试验、现场使用中问题较多的产品 3）对产品可靠性指标影响较大的单

53、元- 83 -可靠性试验-统计试验统计试验的目的：是验证产品是否达到了规定的可靠性或寿命要求统计试验：1 1）可靠性鉴定试验（设计确认阶段）可靠性鉴定试验（设计确认阶段） 验证所开发的产品是否达到规定的可靠性要求。2 2）可靠性验收试验（批量生产阶段）可靠性验收试验（批量生产阶段） 验证批量生产的产品是否达到规定的可靠性要求。3 3）寿命试验（设计定型阶段）寿命试验（设计定型阶段） 验证产品在规定条件下的使用寿命、储存寿命是否达到规定的要求。- 84 -统计试验统计试验的目的：是验证产品是否达到了规定的可靠性或寿命要求可靠性鉴定试验（设计确认阶段）可靠性鉴定试验（设计确认阶段） 验证产品的设计

54、是否达到了规定的可靠性要求所做的试验，使产品可靠性的确认试验，也是研发产品进入量产前的一种验证试验。可靠性验收试验（批量生产阶段）可靠性验收试验（批量生产阶段） 验证产品经过生产期间的工艺、工装、工作流程变化后是否达到规定的可靠性要求所做的试验，也是交付产品的依据之一。寿命试验寿命试验（设计定型阶段）（设计定型阶段） 1）发现产品中可能过早发生耗损的零部件，以确定影响产品寿命的根本原因和可能采取的纠正措施。2）验证产品在固定条件下使用寿命和贮存寿命是否达到规定的要求- 85 -产品阶段同一种产品，在不同的阶段，测试条件也不一样；一般而言，产品会经过研发、小批量试产、批量生产三个不同的阶段。在研

55、发阶段，测试条件最严（应力最大）、测试延续的时候最短；小批量试产阶段，测试应力适中、测试时间适中；批量生产阶段，测试应力最小、测试时间较短；三个阶段的主要差别见下表：- 86 -u什么是初始检测？什么是初始检测？ 初始检测是指，在预处理之后，条件试验之前对试验样品的电性能、机械性能和外观所进行的检查和测量。u什么是严酷等级？什么是严酷等级？ 严酷等级是指试验样品进行条件试验所用的一组参数值u什么是试验顺序？什么是试验顺序？ 试验样品被依次暴露到两种或两种以上试验环境中的顺序注：a. 各次暴露之间的时间间隔通常对试验样品不产生明显影响； b. 各次暴露之间通常要进行预处理和恢复； c. 通常在每

56、次暴露之前和之后进行检测，前一项暴露的最后检测就是下相暴露的初始检测。u实验室设备用水实验室设备用水 可靠性实验室实验所用的水，均是纯水机产生的纯水，纯水机设备需定期校准。可靠性试验基本介绍- 87 -高温、低温、恒温恒湿、交变湿热u温度温度(temperature)(temperature)的定义的定义 温度是表示物体冷热程度的物理量，微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。u华氏度（Fahrenhite）和摄氏度（Centigrade）都是用来计量温度的单位。包括我国在内的世界上很多国家都是用摄氏度，美国和其他一些英语国家使用华氏度而较少使用摄氏度。其转换公式为： T（ ）= 1.8t（）+

57、32u开尔文温度常用符号K表示，其单位为开。开尔文是以绝对零度作为计算起点，其转换公式为： K（开氏度）= t（摄氏度）+273.15- 88 -高温、低温、恒温恒湿、交变湿热u湿度湿度(humidity)(humidity)的定义的定义 表示大气干燥程度的物理量。在一定的温度下在一定体积的空气里含有的水气越少，则空气越干燥；水气越多，则空气越潮湿。空气的空气的干湿程度干湿程度叫做“湿度”。u绝对湿度(absolute humidity)：一定体积的空气中含有的水蒸气的质量，一般其单位是克/立方米（g/m3）；u相对湿度(relative humidity)：相对湿度是绝对湿度与最高湿度之间的

58、比，它的值显示水蒸气的饱和度有多高。通常所指的湿度（80%RH，温湿度计上面显示的湿度等）都是相对湿度。- 89 -u高温或低温测试主要应用于哪些方面高温或低温测试主要应用于哪些方面 主要应用于考核电工，电子产品在高温或低温条件下贮存和使用的适应性。u恒温恒湿测试主要应用于哪些方面？恒温恒湿测试主要应用于哪些方面？ 主要应用于考核电工电子产品、元件、材料等在恒定湿热条件下使用和贮存的适应性。u交变湿热测试主要应用于哪些方面？交变湿热测试主要应用于哪些方面？ 主要应用于考核电工电子产品或材料在温度循环变化、产品表面产生凝露的湿热条件下使用和贮存的适应性。高温、低温、恒温恒湿、交变湿热- 90 -

59、高温、低温、恒温恒湿、交变湿热u温度变化测试主要应用于哪些方面？温度变化测试主要应用于哪些方面？a.规定转换时间的温度变化，主要应用于确定元件、设备和其他产品经受环境温度迅速变化的能力；b. 规定温度变化速率的温度变化，主要应用于确定元件、设备和其他产品在环境温度变化的工作能力；c. 双液槽法温度变化，主要应用于确定元件、设备或其他产品经受温度快速变化的能力，主要适用于玻璃-金属组成的密封件及类似的试验样品。- 91 -高温、低温、恒温恒湿、交变湿热u高温或低温测试，需确认哪些主要测试条件？高温或低温测试，需确认哪些主要测试条件？ 温度，升降温速率或时间，测试时间。u恒温恒湿测试需确认哪些主要

60、测试条件恒温恒湿测试需确认哪些主要测试条件 温度，湿度，升降温速率或时间，测试时间。u规定转换时间的温度变化测试，需确认哪些主要测试条件规定转换时间的温度变化测试，需确认哪些主要测试条件 温度（低温、高温），保持时间，温度变化速率。- 92 -环境试验箱基本参数介绍u目前实验室各试验箱所能达到的温湿度范围1)设备型号：SEG-021（ESPEC 烘箱） 设备名称：高温试验箱 温度范围：20 200度 箱内尺寸：(W*H*D) 60*70*60 cm2)设备型号： SETH-Z-102L （ESPEC ） 设备名称：恒温恒湿试验室箱 温度范围： -40 150度 湿度范围： 25 98% RH