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1、注册可靠性工程师考试必备复习资料一、可靠性概论1、1 可靠性工程的发展及其重要性1、可靠性工程起源与第二次世界大战(日本,齐藤善三郎)。20世纪60年代就是可靠性全面发展的阶段,20世纪70年代就是可靠性发展步入成熟的阶段,20世界80年代就是可靠性工程向更深更广的方向发展。2、1950年12月,美国成立了“电子设备可靠性专门委员会”,1952年8月,组成“电子设备可靠性咨询组(AGREE),1957年6月发表军用电子设备可靠性,标志着可靠性已经成为一门独立的学科,就是可靠性发展的重要里程碑。3、可靠性工作的重要性与紧迫性:武器装备的可靠性就是发挥作战效能的关键,民用产品的可靠性就是用户满意的

2、关键成为参与国际竞争的关键因素就是影响企业盈利的关键就是影响企业创建品牌的关键就是实现由制造大国向制造强国转变的必由之路。4、可靠性关键产品就是指一旦发生故障会严重影响安全性、可用性、任务成功及寿命周期费用的产品、价格昂贵的产品。1、2 可靠性定义及分类1、产品可靠性指产品在规定的条件下与规定的时间内,完成规定功能的能力。概率度量成为可靠度。2、寿命剖面就是指产品从制造到寿命终结或退出使用这段时间内所经历的全部事件与环境的时序描述,包含一个或几个任务剖面。任务剖面就是指产品在完成规定任务这段时间内所经历的事件与环境的时序描述。3、产品可靠性可分为固有与使用可靠性,固有可靠性水平肯定比使用可靠性

3、水平高。产品可靠性也可分为基本可靠性与任务可靠性。基本可靠性就是产品在规定条件下与规定时间内无故障工作的能力,它反映产品对维修资源的要求。任务可靠性就是产品在规定的任务剖面内完成规定功能的能力。同一产品的基本可靠性水平肯定比任务可靠性水平要低。1、3 故障及其分类1、故障模式就是指故障的表现形式,如短路、开路、断裂等。故障机理就是指引起故障的物理、化学或生物的过程。故障原因就是指引起故障的设计、制造、使用与维修等有关的原因。2、非关联故障就是指已经证实未按规定的条件使用而引起的故障,或已经证实仅属某项将不采用的设计所引起的故障,关联故障才能作为评价产品可靠性的故障数。1、4 可靠性常用度量参数

4、1、故障率(t)就是工作到某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。单位为10-9/h,称为菲特。2、故障率就是故障的一个相对率,与样本量无关。3、MTTF平均失效前时间,描述不可修复产品。在规定的条件下与规定的时间内产品寿命单位总数与失效产品总数之比。4、MTBF平均故障间隔时间,描述可修复产品。MTBF=1/(指数分布)故障率为常数。5、故障服从指数分布,故障率为常数,此时可靠度为R(t)=e(-t)1、5 产品故障率盆浴曲线1、早期故障期:主要就是设计与制造中的缺陷导致;偶然故障期:有偶然因素引起;耗损故障期:由老化、疲劳、磨损、腐蚀等耗损性因素引起。2、安全性分析方

5、法:危险源检查单法;工程经验法;其她分析方法(失效模式影响及危害性分析、失效树分析、事件树分析、报警时间分析、警示与报警分析等)二、可靠性数学基础1、样本标准差可用于描述随机变量样本数据的离散性的统计量2、样本均值、样本中位数、样本众数可以用于描述随机变量样本数据的中心特征的统计量3、样本均值属于样本矩。2、1 可靠性工程中常用的概率分布1、离散型随机变量分布:二项分布、泊松分布。连续型随机变量分布:指数、正太、对数正态、威布尔分布。2、指数分布:f(x)=e(-x),F(x)=1-e(-x)指数分布的均值=1/,方差2=1/2指数分布的性质:失效率等于常数;平均寿命与失效率互为倒数;指数分布

6、“无记忆性”。3、正态分布具有对称性,计为N(,2),决定正态分布曲线的位置,代表分布的中心倾向,2决定正态分布曲线的形状,表示分布的离散程度。4、威布尔分布既包括故障率为常数的模型,也包括故障率随时间变化的递减(早期故障)与递增(耗损故障)模型。2、2 参数估计1、点估计的解析法:矩法只适用于完全样本;最好线性无偏估计与不变估计只适用于定数截尾情况;极大似然法与最小二乘法适用于所有情况,极大似然法就是精度最好的方法。2、极大似然估计利用总体分布函数表达式及样本数据来建立似然函数。具有一致性、有效性与渐近无偏性等。3、置信区间表示计算估计的精确程度,置信度表示估计结果的可信性。三、可靠性设计与

7、分析3、1 可靠性建模、分配与预计1、可靠性模型包括可靠性框图及其相应的数学模型;可靠性模型分为基本可靠性模型(用于计算故障率或平均故障间隔时间,串联模型)与任务可靠性模型。2、建立可靠性模型的目的:明确各单元之间的可靠性逻辑关系及其数学模型利用模型进行可靠性定量分配与预计,发现设计中的薄弱环节,以改进设计对不同的设计方案进行比较,为设计决策提供依据。3、可靠性建模主要步骤:明确产品定义、绘制可靠性框图、建立数学模型。4、非贮备模型:串联模型;工作贮备模型:并联模型(最简单)、表决模型、桥联模型;非工作贮备模型:旁联模型。5、串联系统的失效率,指数分布时,相加。6、采用并联模型,提高了产品的任

8、务可靠性,而基本可靠性降低,同时增加了产品的重量、体积等。7、可靠性分配就是一个由整体到局部、由上到下的分解过程。分配方法有评分分配法、比例组合法、AGREE法、均等分配法。8、评分分配法考虑因素:复杂度、技术成熟度、重要度、工作时间与环境条件。9、可靠性分配目的:明确各单元的可靠性定量要求发现设计中的薄弱环节对不同的设计方案进行比较,为设计决策提供依据作为可靠性试验与评估的依据之一。10、可靠性预计就是一个由局部到整体、由下到上的过程。预计方法:评分预计法、元器件计数法(初步设计阶段)、应力分析法(详细设计阶段)与相似产品法。11、评分预计法考虑因素:复杂度、技术成熟度、工作时间比率、环境严

9、酷度。12、应力分析法需要数据:元器件种类、数量、质量等级、工作环境、使用应力。13、可靠性预计目的将预计结果与要求的可靠性指标相比较,就是否能够达到客户要求在方案阶段,通过对不同方案预计值的比较,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提供对照依据。3、2 故障模式、影响及危害性分析(FMECA)1、故障影响分为局部影响、高一层次影响、最终影响。2、严酷度就是根据产品每一个故障模式的最终影响的严重程度确定的。(I灾难的、II致命的、III中等的、IV轻度的)3、绘制危害性矩阵图的方法:横坐标一般按等

10、距离标示严酷度类别,纵坐标为产品危害度或故障模式危害度或故障模式概率等级。4、CA分析方法有评分排序法与危害性矩阵方法(定量、定性分析方法)5、过程FMECA简称PFMECA,针对生产过程中每个工艺步骤可能发生的故障模式、原因及其对产品造成的影响进行分析。工艺故障模式就是指不能满足产品加工、装配过程要求与/或设计意图的工艺缺陷。在PFMECA中,一般不考虑产品设计中的缺陷。工艺故障影响程度:灾难的、严重的、中等的、轻度的。6、风险优先数(RPN)就是工艺模式的严酷度等级、发生概率等级与被检测难度等级的乘积。3、3 故障树分析(FTA)1、FMECA就是采用自下而上的逻辑归纳法,从最基本的零部件

11、故障分析到最终产品故障,从故障的原因分析到故障的后果;FTA就是采用自上而下的逻辑演绎法,从最终的故障分析到基本零部件的故障,从故障的后果分析到故障的原因。2、FTA的主要目的:帮助判明潜在的故障模式与灾难性危险因素,发现可靠性与安全性薄弱环节,以便采取改进设计;帮助诊断故障,改进使用维修方案。3、有为与门,仅当所有事件发生时,输出事件才发生。有为或门,至少一个输入事件发生时,输出事件就发生。4、建立故障树的方法:演绎法、计算机辅助建树的合成法或决策表法。建立故障树的规则:明确建树的边界条件,确定简化系统图故障时间应严格定义从上向下逐级建树建树时不允许门-门直接相连用直接事件逐步取代间接事件处

12、理共因事件与互斥事件。5、割集的含义:故障树中一些底事件的集合,当这些底事件同时发生时,顶事件必然发生。最小割集的含义:将割集中所含的底事件任意去掉一个就不再成为割集。6、求最小割集的方法:下行法与上行法。下行法:与门只增加割集的阶数;或门只增加割集的个数,不增加割集的阶数。7、最小割集的定性比较:阶数越小的最小割集越重要;在低阶最小割集中出现的底事件比高阶最小割集中的底事件重要;在最小割集阶数相同的条件下,在不同最小割集中重复出现的次数越多的底事件越重要。3、4 可靠性设计准则的制定与实施1、通用可靠性设计准则:简化设计;冗余设计;热设计;环境防护设计(防潮湿设计、防盐雾腐蚀设计、防霉菌设计

13、、耐冲击、振动与噪音设计;耐冲击、振动的安装设计;原材料、零部件与元器件选用;包装、贮存、装卸与运输设计;电磁兼容设计)3、5 电子产品可靠性设计与分析1、电子产品可靠性技术方法:元器件的选用与控制、降额设计、热设计、电子产品容差分析、潜在电路分析等。2、元器件选用原则:等级满足开发产品的要求选择成熟的、质量稳定的、有质量等级的标准元器件选择有发展前途的元器件,尽量减少或不选择限制使用的元器件不允许选择已经淘汰的或国外已经停产的货将要停产的元器件。3、降额设计:就是指通过有目的的设计使元器件或设备工作时所承受的工作应力低于元器件或设备规定的额定值,从而达到降低元器件或设备的故障率,并提高电子产

14、品工作可靠性的目的。过度降额会使效益下降,产品的体积、重量与成本都会增加。4、降额设计:降额因子就是指元器件实际工作应力与额定应力之比。降额参数就是指影响元器件失效率的有关性能参数及环境应力参数。5、降额等级确定因素:可靠性、维修性、安全性、尺寸、重量及寿命期内的维修费用。6、热设计:控制电子产品内部的所有电子元器件的温度使其在产品所处的工作环境条件下不超过规定的最高允许温度,从而保证电子产品正常、可靠地工作。7、电子产品热设计相关的国家军用标准有:GJB450A-2004装备可靠性工作通用要求、GJB/Z27-1992电子设备可靠性热设计手册、GJB/Z 299B-1998电子设备可靠性预计

15、手册。8、热设计的基本原则:通过控制散热量的大小来控制温度上升选择合理的热传递方式尽量减小各种热阻,控制元器件的温度采用的冷却系统应简单经济,并适应电子产品所在的环境条件的要求应考虑尺寸与重量、耗热量、经济性、与失效率对应的元器件最高允许温度、电路布局、产品的复杂程度等因素应与电气及机械设计同时进行不得有损于产品的电性能最佳热设计与最佳电路设计有矛盾时,应采用折中的解决方法应尽量减少热设计中的误差。9、热设计目标一般为产品内部元器件允许的最高温度,根据热设计目标及产品的结构、体积、重量进行,主要的热设计方法包括冷却方法的选择、元器件的安装与布局、印制电路板散热结构的设计与机箱散热结构的设计。1

16、0、热设计目标的确定:通常根据产品的可靠性与工作的环境条件来确定;工程上,通常采用元器件经降额设计后允许的最高温度值作为热设计目标;根据元器件失效率与工作温度之间的关系,将允许的最高工作温度作为热设计的目标。11、电子产品常用冷却方法:自然冷却、强迫空气冷却、强迫液体冷却与蒸发冷却。12、容差分析方法:最坏情况分析法、仿真、阶矩法。13、容差分析技术就是一种预测电路性能参数稳定性的方法。电路性能参数发生变化的主要表现有性能不稳定、参数发生偏移(漂移)、退化。电路容差分析一般在研制阶段的中后期开展。14、潜在电路就是设计者无意中设计进系统的,属于非失效相关的设计问题。潜在电路包括潜在路径、潜在时

17、序、潜在指示、潜在标志。3、6 机械产品可靠性设计与分析1、机械产品可靠性设计方法分为定性设计方法与定量设计方法,机械可靠性定量设计的主要方法就是概率设计法(以应力-强度干涉模型与功能失效极限状态函数理论为基础,将与设计有关的载荷、强度、尺寸、寿命等都视为服从一定分布的随机变量,掌握它们的分布规律并利用概率方法计算出给定设计条件下产品的失效概率与可靠度,以保证所设计的机械产品符合给定的可靠性要求)。2、机械产品的可靠性度量参数:可靠度、寿命与可靠寿命、平均故障间隔时间/里程。3、机械可靠性设计常考虑的随机因素:几何尺寸、材料性能、载荷。4、应力-强度干涉模型:应力就是引起产品失效的各种因素的统

18、称,强度就是产品抵抗失效发生的各种因素的统称。应力包括载荷(力、力矩、转矩等)、位移、应变、温度、磨损量、电流、电压等。应力与强度都就是服从一定分布的随机变量。应力小于强度,不发生失效;应力大于强度,发生失效。四、可靠性试验1、可靠性试验的目的与作用:发现各种缺陷与故障;确认产品就是否符合可靠性要求;为评估与改进产品可靠性提供信息。2、工程试验的目的就是暴露产品各方面存在的缺陷、薄弱环节与故障,为提高产品可靠性提供信息。统计试验的目的就是验证产品就是否达到了规定的可靠性或寿命要求。3、工程试验包含环境应力筛选、可靠性研制试验、可靠性增长试验;统计试验包含可靠性鉴定试验、可靠性验收试验、寿命试验

19、。4、各种试验适用时机:环境应力筛选-产品的研发阶段、生产阶段;可靠性研制试验-产品研发阶段的早期与中期;可靠性增长试验-产品的研发阶段中期,产品的技术状态大部分已经确定;可靠性鉴定试验-产品设计确认阶段,产品通过环境应力筛选、环境鉴定试验之后,产品的技术状态已经固话;可靠性验收试验-产品批量生产阶段;寿命试验-产品设计定型阶段。产品通过环境鉴定试验之后,产品的技术状态已经固化。4、1 环境应力筛选(ESS)1、ESS就是通过向电子产品施加合理的环境应力与电应力,将其内部的潜在缺陷激发成为故障,并通过检测发现与排除的过程,就是一种工艺手段,也就是一种试验。2、ESS目的就是发现与排除不良元器件

20、、制造工艺与其她原因引入的缺陷所造成的早期故障。3、环境应力筛选应在元器件、组件、部件等产品层次上100%进行。4、ESS的条件:能够很快析出潜在缺陷,包括暴露设计缺陷;不会诱发附加的故障,消耗受筛产品的寿命。5、ESS应力类型:温度应力:恒定高温、温度循环(慢、快速温变)、温度冲击;振动应力:扫频正弦、随机振动。6、ESS温度循环:包括慢速温变与快速温变;对筛选效果最有影响的就是温度变化范围、温度变化速率以及循环次数;循环次数的增加能够累计激发效应;提高温度变化范围与变化速率能加强产品的热胀冷缩程度。7、ESS温度循环激发的故障模式:涂层、材料或线头上各种微观裂纹扩大;联结不好的接头松弛;螺

21、钉连接或铆接不当的接头松弛;机械张力不足的压配接头松弛;质量差的钎焊接触电阻加大或造成开路;粒子污染;密封失效。8、ESS随机振动:产品在不同的频率上同时受到应力,使产品的许多共振点同时受到激励;筛选所需持续时间大大缩短,其持续时间可以减少到扫频正弦振动时间的1/31/5;一般在1530分钟内均能产生较好效果;过分延长振动时间,筛选效果不明显,且可能带来损伤。9、应力筛选效果比较:温度循环随机振动恒定温度电应力温度冲击定频扫频低温。10、常规筛选实施过程一般包括试验前准备工作、初始性能检测、寻找与排除故障(先随机振动后温度循环)及无故障检验(先温度循环后随机振动)、最终性能检测四个阶段。4、2

22、 可靠性研制实验(TAAF)1、可靠性研制实验通过对受试产品施加应力,将产品中存在的材料、元器件、设计与工艺缺陷激发成为故障,进行故障分析定位后采取纠正措施加以排除的过程。即TAAF过程。2、可靠性研制实验分类:可靠性增长摸底实验(或摸底实验)、可靠性强化实验(RET)或高加速寿命实验(HALT)。3、可靠性强化实验应力施加顺序:试验破坏性应力由弱到强,先低温后高温;先温度后振动;先单应力后综合应力。4、可靠性增长摸底试验剖面:模拟产品实际的使用条件制定试验剖面,包括环境条件、工作条件与使用维护条件。试验在产品研发阶段,没有很多实测数据;按GJB899可靠性鉴定与验收试验确定试验剖面。5、可靠

23、性强化实验的实验应力有:低温、高温、快速温变循环、振动、湿度以及综合环境,还可以施加产品规定的其她应力,如电应力、冲击力等。6、高/低温步进应力施加方法:起始温度一般在室温货某一接近室温的条件下开始;每步保持时间包括产品完全热/冷透的时间与产品检测所需时间,通常在1020分钟;步长通常为10,某些时候可以增加到20或减小到5,一般在极限后,调整为5。7、快速温变循环应力施加方法:上下限温度不超过破坏极限的80或采用低温工作极限加5为上限,高温减5为下限;温变率一般在1560/min之间;上下限温度保持时间为1020分钟;温度循环次数不超过6次。8、振动步进应力施加方法:全轴台振动步进应力试验的

24、初始值为35Grms,电动台振动步进应力试验的初始值为12Grms;振动稳定后驻留时间一般为510分钟;全轴台振动步进应力步长一般为35Grms,一般不超过10Grms,电动台振动步进应力一般为23Grms,一般不超过5Grms。4、3 可靠性增长实验(RGT)1、RGT的对象选择原则:重要度较高、较为复杂、新研发、缺乏继承性的产品;在研发试验与系统综合试验、现场使用中问题较多的产品;对产品可靠性指标影响较大的单元。2、可靠性增长试验剖面一般应与该产品的可靠性鉴定试验剖面一致。3、RGT计划增长曲线为可靠性跟踪提供基线,作为监控试验的依据。含有5个参数:可靠性增长的目标;达到目标的总累积试验时

25、间;可靠性增长的初始水平;起始试验时间;可靠性增长率。4、RGT的总试验时间一般为增长目标值的525倍。5、RGT增长模型:就是一个数学表达式,描述了产品在可靠性增长过程中差评可靠性增长的规律或总趋势,普遍使用的杜安模型,有时可用AMSAA模型作为补充。6、杜安模型就是确定性模型,即工程模型,而不就是数理统计模型。杜安模型的前提就是:产品在可靠性增长过程中,逐步纠正故障,因而产品可靠性就是逐步提高的,不允许有多个故障集中改进而使产品可靠性有突然的较大幅度提高。杜安模型通常采用图解的方法分析可靠性增长的规律。可以得到可靠性点估计值。7、AMSAA模型就是利用非齐次泊松过程建立的可靠性增长模型。可

26、用于寿命型产品,也可用在每个试验阶段内试验次数相当多且可靠性相当高的一次使用。该模型仅能用于一个试验阶段,不能跨阶段对可靠性进行跟踪。8、RGT模型比较分析:杜安模型与AMSAA模型互为补充;杜安模型最为直观、简单明了,对增长趋势一目了然;一次拟合优度检验可能会拒绝AMSAA模型,且无法给出拒绝理由,但杜安曲线却可能指出拒绝原因;用AMSSA模型进行可靠性估计比杜安模型好。4、4 可靠性鉴定与验收试验1、可靠性鉴定与验收试验属于验证试验,也都就是统计试验2、统计试验方案:指数分布试验方案(定数、定时、序贯)与二项分布试验方案(定数、序贯)及其她(威布尔分布)。3、定时截尾试验方案就是目前使用最

27、多的试验方案;序贯截尾实验方案就是目前使用最少的试验方案。4、鉴别比d就是MTBF的检验上限与MTBF的检验下限的比值。鉴别比越大,试验做出判决就越快。5、可靠性验证试验前应具备的条件:受试产品的技术状态为设计定型状态;产品可靠性预计结果应大于合同或任务书中要求的成熟期规定值;试验前应对受试产品进行FMECA,以确定设计的薄弱环节,识别所有可能发生的故障模式;受试产品已经通过环境应力筛选;与受试产品同批的产品已经通过环境鉴定试验。6、可靠性验证试验期间出现的所有故障分为关联故障与非关联故障,关联故障可进一步分为责任故障与非责任故障。只有责任故障才能作为判定受试产品合格与否的依据。4、5 寿命试

28、验1、目的:一就是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与可能采取的纠正措施;二就是验证产品在规定条件下的使用寿命、贮存寿命就是否达到规定的要求。2、正常应力寿命试验就是在正常环境条件下施加负荷,模拟工作状态的试验,目的就是验证产品使用寿命或首翻指标。试验条件包括产品的环境条件、工作条件与维护条件。3、寿命试验时间:在受试产品没有出现故障的情况下,试验时产品的最长工作时间应就是规定寿命值的1、5倍;如果试验时间较长,可采用序贯截尾方法缩短试验时间。对于测定试验,要持续到超过要求的寿命值,或出现耗损故障,或到可以估计产品寿命趋势时终止;对于鉴定试验,要持续到要求的寿命时

29、终止;对于验收试验,一般取产品的首翻期或等于规定的总寿命。4、故障判据:对于可修复的产品,凡发生在耗损期内的并导致产品翻修的耗损性故障为关联故障。对于不可修复产品,发生在耗损期内的耗损性故障与偶然故障均为关联故障。5、加速寿命试验采用加大应力而又不改变失效机理的办法,使产品的故障加速暴露。根据加速寿命试验结果,可以推测出正常使用状态或降额使用状态下的产品寿命。加速寿命试验分为恒定应力、步进应力、序进应力加速寿命试验三种。6、加速寿命试验应力:随试验对象、试验目的的不同而不同;要选择对失效机理起主要促进作用的应力,且要便于进行人工控制。对于电子部件、非金属材料通常选择温度作为加速变量。7、寿命加

30、速系数:可求任何一级对另一级应力的加速系数;可以求出某一应力下未知的寿命。五、维修性、测试性与可用性5、1 维修性基本概念1、维修性就是指产品在规定条件下与规定时间内,按规定的程序与方法维修时,保持或恢复到规定功能的能力。2、维修种类:预防性维修(操作人员监控、使用检查、功能检查、定时拆修)、修复性维修(故障识别、定位、隔离、整断、修复、功能核查)。3、维修度就是维修时间的递增函数。4、维修时间分布:指数、对数正态、正态分布。指数分布表示维修率为常数。5、维修性的定性要求:良好的可达性;提高标准化与互换性程度;具有完善的防差错措施及识别标识;保证维修安全;良好的测试性;符合维修的人素工程要求。

31、维修性的定量要求:平均修复时间(MTTR)、最大修复时间、修复时间中值、预防性维修时间。6、维修性分配需要考虑的因素:产品的故障率、维修级别、维修类别、产品功能层次、维修活动。维修性分配方法:按故障率分配法;利用相似产品数据分配法;按故障率与设计特性的综合加权分配法。7、故障率与平均修复时间就是维修性分析中必须要考虑与优化的两个变量。8、修复性维修工作的确定采用FMECA,预防性维修工作的确定采用RCMA(以可靠性为中心的维修)9、维修性设计准则:简化设计;可达性设计;标准化、通用化与模件化设计、防差错措施及识别标示、维修安全性设计、维修中人素工程设计、其她通用设计准则。10、维修性设计准则制定的依据就是维修方案、维修性要求、相似产品维修性设计准则。11、维修策略:以可靠性为中心的维修(随坏随修、定期维修、已可靠性为中心的维修)、全员生产维修(TPM)。12、维修性试验一般一次性抽样选择的样本量要求在30个以上。13、维修性试验与评定包括:维修性核查、维修性验证、维修性评价。5、2 测试性基本概念1、测试性好的产品主要表现:自检功能强、检查测试方便、便于使用外部测试设备进行检查测试。2、测试性的定性要求:合理划分产品的单元、合理设置测试点、合理选择测试的方式与方法、兼容性。测试性的定量要求:故障检测率、故障隔离率、虚警率3、动