可靠性基础知识部分Word格式.docx
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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到达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〔假设第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，那么
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〔如下列图〕：
浴盆曲线，分为三部份〔I、II、III三部份〕：
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，产品有比拟明显的缺陷，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-t，此时已经失效的概率为F（t）＝1-R（t）＝1－e-t。
R（t）=e-t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〔目前大局部公司都会忽略最初的可靠性设计，比方我们公司，设计的时候，从来都没有考虑过可靠性，开发部的兄弟们不要拿砖头仍我……这是实话，只有在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——需要的本钱高得无法想象。
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，转化成一些测试的工程。
如果产品经过这些工程的测试，依然没有明显的缺陷，就说明产品的可靠性至少可以到达某一水平，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，说明未到达产品的极限能力，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工程，这些测试工程包括：
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）.上下温交变测试〔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；
上述环境试验的相关国家标准如下〔局部试验可能没有相关国标，或者是我还没有找到〕：
1、低温试验
按GB/T2423.1—89?
电工电子产品环境试验第二局部：
试验方法低温试验?
；
GB/T2423.22—87?
试验方法温度变化试验方法?
进行低温试验及温度变化试验。
温度范围：
-70℃～10℃。
2、高温试验
按GB/T2423.2—89?
试验方法高温试验?
进行高温试验及温度变化试验。
10℃～210℃
3、湿热试验
按GB/T2423.3—93?
试验方法恒定湿热试验?
GB/T2423.4—93?
试验方法交变湿热试验?
进行恒定湿热试验及交变湿热试验。
湿度范围：
30%RH～100%RH
4、霉菌试验
按GB/T2423.16—90?
试验方法长霉试验?
进行霉菌试验。
5、盐雾试验
按GB/T2423.17—93?
试验方法盐雾试验?
进行盐雾试验。
6、低气压试验
按GB/T2423.21—92?
试验方法低气压试验?
GB/T2423.25—92?
试验方法低温/低气压试验?
GB/T2423.26—92?
电工电子产品环境试验第二局部：
试验方法高温/低气压试验?
进行低气压试验，高、低温/低气压试验。
试验范围：
-70℃～100℃0～760mmHg20%～95%RH。
7、振动试验
按GB/T2423.10—95?
试验方法振动试验?
进行振动试验。
频率范围〔机械振动台〕：
5～60Hz〔定频振动5～80Hz〕，最大位移振幅3.5mm〔满载〕。
频率范围〔电磁振动台〕：
5～3000Hz，最大位移25mmP-P。
8、冲击试验
按GB/T2423.5—95?
试验方法冲击试验?
进行冲击试验。
冲击加速度范围：
〔50～1500〕m/s2。
9、碰撞试验
按GB/T2423.6—95?
试验方法碰撞试验?
进行碰撞试验。
10、跌落试验
按GB/T2423.7—95?
试验方法倾跌与翻到试验?
GB/T2423.8—95?
试验方法自由跌落试验?
进行跌落试验。
说明：
上面13项比拟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，适中选取、增加一些工程来测试〔此产品对应的国/行标中要求的必测试工程，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工程，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，宗旨只有一个，那就是至少满足国/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工程与各工程的测试方法，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；
三个阶段的主要差异见下表：
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
考察产品是否到达根本的可靠性水平
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
加速环境试验技术
传统的环境试验是基于真实环境模拟的试验方法，称为环境模拟试验。
这种试验方法的特点是：
模拟真实环境，加上设计裕度，确保试验过关。
其缺陷在于试验的效率不高，并且试验的资源消耗巨大。
加速环境试验AET（AcceleratedEnvironmentalTesting）是一项新兴的可靠性试验技术。
该技术突破了传统可靠性试验的技术思路，将激发的试验机制引入到可靠性试验，可以大大缩短试验时间，提高试验效率，降低试验耗损。
加速环境试验技术领域的研究与应用推广对可靠性工程的开展具有重要的现实意义。
加速环境试验
激发试验（Stimulation）通过施加激发应力、环境快速检测来去除产品的潜在缺陷。
试验所施加的应力并不模拟真实环境，而以提高激发效率为目标。
加速环境试验是一种激发试验，它通过强化的应力环境来进行可靠性试验。
加速环境试验的加速水平通常用加速因子来表示。
加速因子定义为设备在自然服役环境下的寿命与在加速环境下的寿命之比。
施加的应力可以是温度、振动、压力和湿度（即所谓“四综合〞）及其他应力，应力的组合亦是有些场合更为有效的激发方式。
高温变率的温度循环和宽带随机振动是公认最有效的激发应力形式。
加速环境试验有2种根本类型：
加速寿命试验（AcceleratedLifeTesting）、可靠性强化试验（ReliabilityEnhancementTesting）。
可靠性强化试验（RET）用以暴露与产品设计有关的早期失效故障，但同时，也用于确定产品在有效寿命期内抗随机故障的强度。
加速寿命试验的目的是找出产品是如何发生、何时发生、为何发生磨耗失效的。
下面分别对2种根本类型进行简单阐述。
1、加速寿命试验（ALT）
加速寿命试验只对元器件、材料和工艺方法进行，用于确定元器件、材料及生产工艺的寿命。
其目的不是暴露缺陷，而是识别及量化在使用寿命末期导致产品损耗的失效及其失效机理。
有时产品的寿命很长，为了给出产品的寿命期，加速寿命试验必须进行足够长的时间。
加速寿命试验是基于如下假设：
即受试品在短时间、高应力作用下表现出的特性与产品在长时间、低应力作用下表现出来的特性是一致的。
为了缩短试验时间，采用加速应力，即所谓高加速寿命试验（HALT）。
加速寿命试验提供了产品预期磨损机理的有价值数据，这在当今的市场上是很关键的，因为越来越多的消费者对其购置的产品提出了使用寿命要求。
估计使用寿命仅仅是加速寿命试验的用处之一。
它能使设计者和生产者对产品有更全面的了解，识别出关键的元器件、材料和工艺，并根据需要进行改良及控制。
另外试验得出的数据使生产厂商和消费者对产品有充分的信心。
加速寿命试验的对象是抽样产品。
2、可靠性强化试验（RET）
可靠性强化试验有许多名称和形式，如步进应力试验、应力寿命试验（STRIEF）、高加速寿命试验（HALT）等。
RET的目的是通过系统地施加逐渐增大的环境应力和工作应力，来激发故障和暴露设计中的薄弱环节，从而评价产品设计的可靠性。
因此，RET应该在产品设计和开展周期中最初的阶段实施，以便于修改设计。
国外可靠性的有关研究人员在80年代初就注意到由于设计潜在缺陷的残留量较大，给可靠性的提高提供了可观的空间，另外价格和研制周期问题也是当今市场竞争的焦点。
研究证明，RET不失为解决这个问题的最好方法之一。
它获得的可靠性比传统的方法高得多，更为重要的是，它在短时间内就可获得早期可靠性，无须像传统方法那样需要长时间的可靠性增长（TAAF），从而降低了本钱。
RET的目的是要引起失效，因此它是破坏性试验，试样数量尽可能少。
进行RET的理想时间是在设计周期的末期，此时设计、材料、元器件和工艺等都准备就绪，而生产尚未开始。
通常RET的做法是施加预定的环境应力和工作应力（单独加、顺序加或同时加），从小量级开始，然后逐步增加直到出现以下3种情况：
全部试样失效；
应力值大大超出服役期望值；
出现非相关失效。
〔非相关失效是指服役中不可能出现的失效模式〕
可靠性强化试验也是针对少量抽样产品进行的。
3、其它类型加速环境试验
可靠性试验还包括可靠性统计试验，即可靠性鉴定试验和可靠性验收试验。
基于加速环境的可靠性统计试验（即加速可靠性鉴定试验和加速可靠性验收试验）是加速环境试验亟待解决的一个问题。
该问题的核心是通过高量级的加速环境试验数据去评估试样在低量级的服役环境中的可靠性水平。
在产品的全寿命周期管理中，它们的功能在一定条件下可以由前述2种加速环境试验来实现。
4、加速环境试验在产品全寿命周期管理中的应用
在产品的设计、研制、生产和使用直至寿命末期整个寿命周期内，其可靠性的设计、改良、评估都离不开环境试验手段，而加速环境试验在产品的设计、研制和生产中是实现产品的可靠性增长和确定、评估产品可靠性水平的重要手段。
根据市场需求和用户的要求确定产品之后，就可初步设计好产品雏形。
此时一般需要对元器件和原材料进行选择，选择代表试样进行加速寿命试验，从而确定所选择的元器件和原材料。
产品设计完成并制造试样后就可以进行可靠性强化试验（RET），以实现可靠性增长。
这将是一个逐步去除设计上的薄弱环节的过程，同时，可以对材料和工艺方法进行加速寿命试验，为产品的正式生产奠定根底。
这是一个反复的过程，即是一个试验——分析改良——试验的循环过程。
为了确定产品的有效寿命，需要对产品的抽样进行加速寿命试验（ALT或HALT），同时加速寿命试验还将为ESS提供必要的有关产品的数据。
在去除了设计上的缺陷及薄弱环节之后，产品可以正式批量生产。
环境应力筛选方案可以根据ALT（或HALT）确定的极限来确定。
以最为有效的温度循环和宽带随机振动为例，两端的温度应该比工作极限约低20%，用在生产中的ESS振动量级应该约为振动破坏极限的50%。
在确定了试验剖面后，便应该对几个（一般至少3个）试样进行筛选方案的验证（POS），以证实筛选既不造成缺陷，又不消耗掉很多有效寿命。
通过筛选的产品可以出厂，没有通过筛选的产品在经过纠正后同样可以出厂，因为筛选并没有过多地降低产品的有效寿命，只是检测到了在制造过程中引入的缺陷。
应该指出的是，何时进行何种试验并没有严格的界线，如环境应力筛选可能会在可靠性强化试验中进行，不过此时所进行的环境应力筛选目的是对试样进行筛选、老炼、排除产品试样的早期故障，使其故障率趋于稳定，而不让早期故障在可靠性强化试验中暴露，造成不必要的浪费。
另外，并不是所有的加速环境试验都是必需的，如可靠性强化试验所提供的信息，在承制方及订购方的共同认可下，是可以完成加速可靠性鉴定试验的功能的，而环境应力筛选（或高加速应力筛选）亦能实现加速可靠性验收试验的要求。
产品在使用过程中所获得的数据对于产品的可靠性增长也是相当有用的。
同样的产品在不同的环境条件下使用，可能会表现为不同的可靠性量值，故产品的可靠性必须在真实的使用环境中或者在模拟的真实环境条件下验证，才能获得准确的可靠性数据。
因此，应该重视在使用中反应的信息，与以前的试验进行分析比拟，对于改良试验方法、进一步提高产品的可靠性都有重要的意义。
总之，可靠性管理是贯穿于产品全寿命周期的一项工程，也是增强产品的市场竞争力的保证。
加速环境试验已应用于通讯、电子、电脑、能源、汽车等工业部门，并且在航空、航天、军工方面的应用也得到了迅速的开展。
据报道，惠普、福特、波音等国际知名企业已相继采用可靠性强化试验技术进行新产品研制的可靠性增长试验，并由此获得高可靠性，缩短产品研制周期，取得了明显的经济效益。
我国有关研究机构也对此进行了研究，加速环境试验将成为可靠性试验的补充和开展。
环境测试一般偏重于产品对外部条件适应能力的测试，如温度，湿度，电磁环境等。
而其本身的工作状况不会变化，如电流、电压、机械负载等。
狭义的可靠性测试一般偏重于产品本身的性能，如在大电流或机械过载的条件下的性能稳定性，而其工作环境那么保持在正常使用条件下。
广义的可靠性测试也可包括环境测试。
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需要测试如下工程：
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；
三、其它测试
环境测试和EMC测试根本上包括了通常状况下所有的测试；
这里再列举一些测试工程，可以根据情况适中选用：
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；
耐化装品测试；
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；
根本性能测试；
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，就只能做比照测试*了；
*比照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；
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。
没有国/行标时，应该根据实现的使用情况选定测试条件，下面的测试条件是由中兴公司的大虾提供〔非常感谢这位不知道姓名的老兄〕，主要是用于测试CDMA，在此仅作其他产品的参考使用。
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
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