可靠性常识Word文档格式.docx
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四、可靠性预计16
五、可靠性设计方法17
1、降额设计；
17
2、冗余设计18
3、热设计19
4、EMC设计21
5、三次设计22
第四节可靠性保证24
一、文件的控制24
二、原材料和供应商的控制24
三、生产过程和异常改善的控制25
四、产品贮存和运输的控制；
27
五、人员的培训28
第五节可靠性实施29
一、制定可靠性工作计划29
二、执行可靠性测试30
三、可靠性增长31
四、可靠性保持32
第六节可靠性计算34
一、概率与统计34
二、可靠性常用的分布34
三、筛选强度35
四、MTBF的计算36
第一节可靠性定义
什么是可靠性？
产品可靠性的好坏用什么衡量？
本节内容主要讲述这方面的基础知识。
一、可靠性定义
产品的可靠性是指：
产品在规定的条件下、在规定的时间内完成规定的功能的能力。
从定义本身来说，它是产品的一种能力，这是一个很抽象的概念；
我们可以用个例子（100个学生即将参加考试）来理解这个定义，可靠性就是指：
100个学生的考分的平均是多少？
对这个平均分的准确性有多大把握？
分数越高、把握越大，可靠性就越高。
我国的可靠性工作起步较晚，20世纪70年代才开始在电子工业和航空工业中初步形成可靠性研究体系，并将其应用于军工产品。
其他行业可靠性工作起步更晚，差距更大，与先进国家差距20～30年，虽然国家已制订可靠性标准，但尚未引起所有企业的足够重视。
对产品而言，可靠性越高就越好。
可靠性高的产品，可以长时间正常工作（这正是所有消费者需要得到的）；
从专业术语上来说，就是产品的可靠性越高，产品可以无故障工作的时间就越长。
二、可靠性的重要性
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。
随着市场经济的发展，竞争日趋激烈，人们不仅要求产品物美价廉，而且十分重视产品的可靠性和安全性。
日本的汽车、家用电器等产品，虽然在性能、价格方面与我国彼此相仿，却能占领美国以及国际市场。
主要的原因就是日本的产品可靠性胜过我国一筹。
美国的康明斯、卡勃彼特柴油机，大修期为12000小时，而我国柴油机不过1000小时，有的甚至几十小时、几百小时就出现故障。
我国生产的电梯，平均使用寿命（指两次大修期的间隔时期）为3年左右，而国外的电梯平均寿命在10年以上，是我们的3倍；
故障率，国外平均为0.05次，而我国为1次以上，高出20倍，这样的产品怎么有竞争力呢！
因此要想在竞争中立于不败之地，就要狠抓产品质量，特别是产品可靠性，没有可靠性就没有质量，企业就无法在激烈的竞争中生存和发展。
因此，可靠性问题必须引起政府和企业的高度重视，抓好可靠性工作，不仅是关系到企业生存和发展的大问题，也是关系到国家经济兴衰的大问题。
三、可靠性指标
衡量产品可靠性水平有好几种标准，有定量的，也有定性的，有时要用几种标准（指标）去度量一种产品的可靠性，但最基本最常用的有以下几种标准。
1.可靠度R（t）；
它是产品在规定条件和规定时间内完成规定功能的概率。
一批产品的数量为N，从t=0时开始使用，随着时间的推移，失效的产品件数逐渐增加，而正常工作的产品件数n（t）逐渐减少，用R（t）表示产品在任意时刻t的可靠度。
2.可靠寿命[CR（tr）]；
它与一般理解的寿命有不同含义，概念也不同，设产品的可靠度为R（t），使可靠度等于规定值r时的时间tr的，即被定义为可靠寿命。
3.失效率（故障率）λ（t）；
它是指某产品（零部件）工作到时间t之后，在单位时间△t内发生失效的概率。
4.有效寿命与平均寿命；
有效寿命一般是指产品投入使用后至达到某规定失效率水平之前的一段工作时间。
而平均寿命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；
对于可修复的产品，是指在整个使用阶段和除维修时间之后的各段有效工作时间的平均值。
5.平均无故障工作时间MTBF；
是指相邻两次故障之间的平均工作时间，也称为平均故障间隔。
它仅适用于可维修产品。
同时也规定产品在总的使用阶段累计工作时间与故障次数的比值为MTBF。
其他如可靠度、有效度、维修度、平均维修时间等也是衡量产品可靠性水平的一种标准，但是一般以可靠寿命失效率就足以说明产品可靠性程度了。
1.平均故障间隔时间；
可维修的产品，其可靠性主要的参数是MTBF（MeanTimeBetweenFail），即平均故障间隔时间，也就是两次维修间的平均时间；
不可维修的产品，用MTTB（MeanTimeToFail）；
两个参数的计算没有区别，下文只提到MTBF。
MTBF越大，说明产品的可靠性越高。
可以用以下理想测试来精确测试一批产品的MTBF；
即将该批产品投入使用，当该批产品全部出现故障以后（假如第1个产品的故障时间为t1，第2个产品的故障时间为t2，第n个产品的故障时间为tn），计算发生故障的平均时间，则
由上式可以看出，理想测试就是用全部的时间和全部的故障数来算出精确的MTBF；
2、失效密度λ
另外一个常用的参数是λ，它是指在产品在t时刻失效的可能性，是失效间隔时间的倒数，也就是：
λ＝1/MTBF。
对某一类产品而言，产品在不同的时刻有不同的失效率（也就是失效率是时间的函数），对电子产品而言，其失效率符合浴盆曲线分布（如下图）：
浴盆曲线，分为三部份（I、II、III三部份）：
Tmax
第I部份是早期失效阶段。
这段时间内，从外形上看，在失效率从一个很高的指标迅速下降；
从物理意义上理解，由于少数产品在制作后，存在一些制程、运输、调试等问题，产品有比较明显的缺陷，在投入使用的最初期，这缺陷很快就显露出来，随着时间的增长，这些明显的缺陷越来越少，也就形成了“失效率迅速下降”的现象；
第II部份是中期稳定阶段。
这段时间内，产品的失效率稳定在一个较低水平；
从物理意义上理解，当少数产品的明显缺陷显露出来后，剩下的就是正常的产品，这部份产品可以较稳定、持久地工作，所以失效率也稳定在一个较低水平；
第III部份是后期失效阶段；
这段时间内，产品的失效率迅速上升；
从物理意义上理解，到了后期，产品经过长时间的工作、磨损、老化，慢慢接近寿命终点，随着时间的增加（Tmax以内），到达寿命终点的产品越来越多，失效率也就随之上升；
知道了λ，就可以找到产品连续工作了t时间后、还正常的概率为R（t）=e-λt，此时已经失效的概率为F（t）＝1-R（t）＝1－e-λt。
R（t）=e-λt是一个经验公式，一般电子产品的寿命服从这一指数分布，其它分布下文再叙；
第二节可靠性测试
可靠性测试应该在可靠性设计之后，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）。
为了测得产品的可靠度（也就是为了测出产品的MTBF），我们需要拿出一定的样品，做较长时间的运行测试，找出每个样品的失效时间，根据第一节的公式计算出MTBF，当然样品数量越多，测试结果就越准确。
但是，这样的理想测试实际上是不可能的，因为对这种测试而言，要等到最后一个样品出现故障――需要的测试时间长得无法想象，要所有样品都出现故障――需要的成本高得无法想象。
为了测试可靠性，这里介绍：
加速测试（也就增加应力*），使缺陷迅速显现；
经过大量专家、长时间的统计，找到了一些增加应力的方法，转化成一些测试的项目。
如果产品经过这些项目的测试，依然没有明显的缺陷，就说明产品的可靠性至少可以达到某一水平，经过换算可以计算出MTBF（因产品能通过这些测试，并无明显缺陷出现，说明未达到产品的极限能力，所以此时对应的MTBF是产品的最小值）。
其它计算方法见下文。
*应力：
就是指外界各种环境对产品的破坏力，如产品在85℃下工作受到的应力比在25℃下工作受到的应力大；
在高应力下工作，产品失效的可能性就大大增加了；
一、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）；
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；
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；
说明：
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。
测试条件；
不同的产品测试条件不一样；
就拿高温测试来说，有些产品要求做高温贮存测试，有些要求做高温运行测试，有些产品的高温用85℃做测试，有些产品的高温是用65℃做测试。
但是，崇旨只有一个，那就是满足国/行标。
要测试一种产品的可靠性，找到这种产品的国/行标是必需的，按照国/行标的要求和指引找出必须的测试项目与各项目的测试方法，从而进行环境测试；
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：
阶段
实验目的
实验特点
实验要求
研发
发现设计缺陷，扩大设计余量
高应力、短时间
无故障
中试
考察产品是否达到基本的可靠性水平
中应力、中长时间
无明显故障
批量生产
生产工艺条件的稳定性
低应力、短时间
有条件的允许故障发生
鉴定
鉴定产品的可靠性、计算产品的MTBF
低应力、长时间
无特别要求
对于本公司产品（CDMA移动话机）来说，在环境方面中应该测试的项目与测试方法详见《可靠性测试总体方案》；
二、EMC测试
随着电子产品越来越多地采用低功耗、高速度、高集成度的LSI电路，使得这些系统比以往任何时候更容易受到电磁干扰的威胁。
而与此同时，大功率设备及移动通讯和无线寻呼的广泛应用等，又大大增加了电磁骚扰的发生源，因此我们应提高产品本身抗干扰能力，即要求产品必须具备在一定的电磁环境下能正常工作的能力。
某些产品在EMC方面的测试是国家强制要求进行的。
通常状况下，EMC需要测试如下项目：
传导发射；
辐射发射；
静电抗扰性测试；
电快速脉冲串抗扰性测试；
浪涌抗扰性测试；
射频辐射抗扰性；
传导抗扰性：
电源跌落抗扰性；
工频磁场抗扰性；
电力线接触；
电力线感应；
对于本公司产品（CDMA移动话机）来说，在EMC方面应该测试的项目与测试方法详见《可靠性测试总体方案》；
三、其它测试
环境测试和EMC测试基本上包括了通常状况下所有的测试；
这里再列举一些测试项目，可以根据情况适当选用：
1、外观测试；
附着力测试；
耐磨性测试；
耐醇性测试；
硬度测试；
耐手汗测试；
耐化妆品测试；
2、寿命测试；
某一器件中活动部件的活动次数；
某一配件（如电视的摇控器）的使用寿命；
两个器件拨插联结的拨插次数；
3、软件测试；
基本性能测试；
兼容性；
边界测试；
竞争测试；
压迫测试；
异常条件测试；
上述测试中，对于可以找到国/行标的产品，按国/行标的要求执行，对于找不到国/行标的产品，就只能做对比测试*了；
*对比测试就是用至少两种产品在同一状况下做测试，然后测量各产品的性能，找出一系列数据，判定被测产品的那一种更好；
对于本公司产品（CDMA移动话机）来说，在外观和软件方面中应该测试的项目与测试方法详见《可靠性测试总体方案》；
四、测试条件
对某一具体产品做测试时，所有的测试条件必须以对应的国标、行标为准。
确认没有国/行标时，应该根据实现的使用情况选定测试条件，本文的测试条件作参考用。
1.高温贮存
高温测试的温度TH必须高于Tmax（Tmax指产品技术条件规定的高温工作温度）。
研制测试时温度最高（一般取Tmax+20℃）、小批量试产测试时温度次之（一般取Tmax+15℃）、例行测试最低（一般取Tmax+10℃）。
2.低温贮存
低温测试的温度TL必须低于产品技术条件规定的低温工作温度。
研制测试最低，转产测试次之，例行测试最高；
通常状况下三个阶段的TL都取－40℃。
3.温度循环应力
高温保持温度同高温测试温度；
低温保持温度同低温测试温度。
温变率大于1℃/min,但应小于5℃/min。
循环次数大于2次（研制测试）或8次（转产测试）。
温度保持时间大于0.5小时（对无外壳单板）或2小时（对整机）。
4.高温高湿应力
测试温度为产品的高温工作温度加5℃。
湿度为90%±
3%；
测试时间为24小时。
5.随机振动应力
最高频率大于500Hz.最大功率谱密度为0.02（对单机）∽0.04（对单板）g2/Hz.
测试方向为X，Y，Z，每方向30min.但如果抗振动性能较差的方向能通过振动测试，则其它方向可以免作。
移动产品带电振动。
6.扫频振动的应力
频率范围10-55Hz；
恒定振幅0.35mm.
扫频速率每分钟1个倍频程。
测试方向X、Y、Z，每方向25分钟。
但如果抗振动性能较差的方向能通过振动测试，则其它方向可以免作。
7.冲击振动的应力
冲击波型半正弦，脉冲宽度11ms.
冲击强度30g；
冲击方向X、Y、Z，每方向正负3次。
如果抗冲击能力较差的方向能够通过冲击测试，则其它方向的冲击测试可以免做。
8.开关电应力
在高温，低温和湿热条件下各开关电3次以上，在整个测试过程中开关电10次以上。
9.电源拉偏应力
在常规条件下做电源拉偏测试。
一次电源（如交流220V和直流-48V）要求拉偏20%，至少10%。
二次电源（如直流5V）拉偏10%，至少5%。
将市电转换成产品使用的高压直流电的AC/DC设备为一次电源，将一次电源转换成单板使用的低压直流电的DC/DC设备为二次电源。
10.冷启动应力
将产品关电，在产品低温测试温度下“冷浸”0.5（对单板）∽2小时（对机柜式产品），然后开电，产品应能正常工作。
将以上过程重复3次以上。
11.盐雾应力
盐溶液为浓度5%的NaCl溶液。
连续盐雾测试的时间为24小时。
交变盐雾测试的时间为：
盐雾2小时，40℃90%湿热22小时，重复3个周期。
盐雾测试温度为35±
2℃。
12.模拟汽车运输的应力
按实际发货的要求包装和装载。
用载重汽车在三级公路上以20-40公里时速跑200公里，或在J300模拟汽车运输台上振动90min.
13.淋雨测试的应力
将产品按实际使用的状态放置，上电工作，功能正常。
用花洒喷头对产品喷水，流量约为10L/min。
喷头距产品表面约半米，对产品表面各处均匀喷水（底面除外）。
喷头中心的出水方向与水平方向的夹角大于30度。
喷水时间根据产品体积大小，分别选取5分钟、10分钟、20分钟。
喷水后产品功能正常。
14.附着力测试
用锋利刀片（刀锋角度为15°
～30°
）在测试样本表面划10×
10个1mm×
1mm小网格，每一条划线应深及油漆的底层；
用毛刷将测试区域的碎片刷干净；
用粘附力350～400g/cm2的胶带（3M600号胶纸或等同）牢牢粘住被测试小网格，并用橡皮擦用力擦拭胶带，以加大胶带与被测区域的接触面积及力度；
用手抓住胶带一端，在垂直方向（90°
）迅速扯下胶纸，同一位置进行2次相同测试；
结果判定：
要求附着力≥4B时为合格。
5B－划线边缘光滑，在划线的边缘及交叉点处均无油漆脱落；
4B－在划线的交叉点处有小片的油漆脱落，且脱落总面积小于5％；
3B－在划线的边缘及交叉点处有小片的油漆脱落，且脱落总面积在5％～15％之间；
2B－在划线的边缘及交叉点处有成片的油漆脱落，且脱落总面积在15％～35％之间；
1B－在划线的边缘及交叉点处有成片的油漆脱落，且脱落总面积在35％～65％之间；
0B－在划线的边缘及交叉点处有成片的油漆脱落，且脱落总面积大于65％。
15.耐磨性测试
用专用的日本砂质橡皮（橡皮型号：
LER902K），施加500g的载荷，以40～60次/分钟的速度，以20mm左右的行程，在样本表面来回磨擦300个循环。
测试完成后以油漆不透底时为合格。
注:
如果采用的是UV漆，用方法一测试要求达300个循环，用方法二测试要求达500个循环。
16.耐醇性测试
用纯棉布蘸满无水酒精（浓度≥99.5％），包在专用的500g砝码头上（包上棉布后测试头的面积约为1cm2），以40～60次/分钟的速度,20mm左右的行程,在样本表面来回擦拭200个循环。
结果判定:
测试完成后以油漆不透底时为合格。
17.硬度测试
用2H铅笔（三菱牌），将笔芯削成圆柱形并在400目砂纸上磨平后，装在专用的铅笔硬度测试仪上（施加在笔尖上的载荷为1Kg，铅笔与水平面的夹角为45°
），推动铅笔向前滑动约5mm长，共划5条，再用橡皮擦将铅笔痕擦拭干净。
检查产品表面有无划痕，当有1条以下时为合格。
注：
如果采用的是UV漆，硬度要求达3H以上。
18.耐化妆品测试
先用棉布将产品表面擦拭干净，将凡士林护手霜（或SPF8的防晒霜）涂在产品表面上后，将产品放在恒温箱内（温度设定在60℃±
2℃,湿度设定在为90%±
2%）,保持48h后将产品取出，用棉布将化妆品擦拭干净。
检查产品外观，并测试油漆的附着力、耐磨性。
产品表面无异常,附着力和耐磨性测试合格。
19.耐手汗测试
将汗液浸泡后的无纺布贴在产品表面上并用塑料袋密封好，在常温环境下放置48h后，将产品表面的汗液擦拭干净，检查油漆的外观，并测试油漆的附着力、耐磨性。
产品表面无异常，附着力和耐磨性测试合格。
汗液的成份为氨水1.07%，氯化钠0.48%，水98.45%。
20.温度冲击测试
将样品放入温度冲击测试箱中；
先在-40℃±
2℃的低温环境下保持1h，在1min内将温度切换到+85℃±
2℃的高温环境下并保持1h，共做24个循环（48h）。
测试完成后，检查产品的外观，并测试油漆的附着力、耐磨性。
补：
三类测试的差别
可靠性试验则是提高产品可靠性的重要工作项目和手段，典型的可靠性试验有三类：
A.可靠性增长试验；
B.可靠性鉴定试验；
C.例行试验。
三类主要差别如下：
可靠性增长试验
可靠性鉴定试验
例行试验
试验目的
在研制过程中模拟实际的或加速的使用条件进行试验，使产品存在的设计（包括电路设计、结构设计和工艺设计）缺陷变为硬故障而充分暴露，对故障进行分析、采取纠正措施，根除故障产生的原因或降低故障率到可以接受的值，使产品的固有可靠性得到增长
验证产品的设计能否在规定的环境条件下满足规定的性能及可靠性要求。
试验结果作为判断设备能否定型的依据。
适用于设计定型的鉴定
对产品各项指标进行全面检验，以评定产品质量和可靠性是否全部符合标准和达到设计要求。
对于批量生产的产品检验其质量稳定性和一致性。
适用于生产定型、批量生产后的一定周期和在产品设计、工艺、材料有较大变动后的检验。
试验条件①电应力
根据输入交流电源电压和输入直流电源电压的允许变化范围，部分时间在设计的标称输入电压下工作，部分时间在最高输入电压下工作，部分时间在最低输入电压下工作。
例如：
程控用户交换机应在AC220V，DC-48V、DC-40V～-57V范围内正常完成接续
同可靠性增长试验
除电源电压拉偏试验外，在标称输入电压下工作。
电源拉偏试验根据不同的产品参考有关标准在最高、最低电压下工作
试验条件②热应力
所施加的应力强度可略高于使用时的应力强度，以不引起新的故障机理为限。
如温度循环一般可以将略高于产品高温温度、略低于产品低温温度作为温度循环的上、下限温度，温度变化率可取5℃/min或10℃/min。
循环周期时间根据温度变化率而定
将产品工作高温温度作为试验温度
按产品标准的工作高、低温温度进行各种功能和指标的检验。
按产品标准的储运高、低温温度进行储运试验。
③工作模式试验条件
模拟在规定条件下的各种工作模式。
工作模式指的是：
连续工作，断续工作，高温启动，低温启动，全负荷工作，轻负荷工作等
模拟在规定条件下满足全面检测受试产品的功能、性能参数和指标的工作模式
同可靠性鉴定试验
④检测参数试验条件
在试验前、后及过程中某些规定控制点应检测受试产品的性能参数。
可以检测产品标准中规定的所有参数，也可以只检测某些主要参数
在试验过程中全面检测受试产品的功能、性能参数和指标
在试验过程中或试验后检测受试产品的规定功能、性能参数和指标
⑤试验时间
一般为试验产品的MTBF（θ1最低可接受值）的几倍。
试验时间=每个产品实际试验时间×
试验产品数加速系数τ
根据统计试验方案确定
按各种试验项
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