《QRE可靠性》PPT课件.ppt

世纪培训网() 国内最全的管理培训信息和资源中心,一.可靠性及可靠度的定义,1.定义 根据中华人民共和国国家标准可靠性基本名词术语及定义(GB318782)，可靠性及可靠度分别定义为： “可靠性(Reliability)是指产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。“可靠性”一词包括广义的和狭义的两种解释。广义可靠性是指产品在其整个寿命周期内完成规定功能的能力，它包括狭义可靠性和维修性；狭义可靠性则指产品在某一规定时间内发生失效的难易程度。例如一次性注射器，在使用的时间内没有发生故障，就认为是可靠的；再如某些一旦发生故障就不能再次使用的产品，日光灯管就是这类型的产品，一般损坏了只能更换新的。汽车可通过日常维护和保养,可大大延长使用寿命. “可靠度(Reliability)是指产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率。”可靠度是可靠性的定量化名问。,世纪培训网() 国内最全的管理培训信息和资源中心,2.可靠度定义解释,(1)规定的条件 一个产品规定的工作条件是非常重要的，达不到规定工作条件的产品不能正常工作，不能保证寿命。设有一种可工作于任何条件的产品。规定的工作条件通常指的是环境条件(如温度、湿度、振动、气压、辐射、风沙、腐蚀性气体、冲击、噪音、磁场、电场、油污、灰尘)、维修条件(如维护保养措施、修理技术水平、可修性与不修性等)和使用条件(如使用者的操作技术水平、连续工作或非连续工作)，这三方面的条件对产品的可靠性有着直接影响。条件不同，虽是同一产品，可靠性大不一样。比如产品在实验条件下工作和在车间条件下工作，在室内工作和在野外工作，可靠性可以相差十分悬殊。所以，不在规定的相同条件下讨论或比较系统的可靠性指标就没有意义。,世纪培训网() 国内最全的管理培训信息和资源中心,(2)规定的时间 时间参数可以用周期、次数、里程或其它单位代替。规定时间的表示方法和长短依据产品及其功能的不同而异。比如对一般的机器和仪表来说用工作小时表示；对交通运输和动载工具(如汽车、火车、飞机、火箭等)来说用行驶或飞行公里表示；对齿轮、轴承和某些受弯曲载荷的产品来说用循环次数表示；对成功一失败型装置来说用试验次数表示；继电器开关以工作次数表示。另外导弹、火箭要求在几分几秒内可靠，灯泡、显像管要求几千上万小时内可靠，机器设备、桥梁建筑要求几十年几百年内可靠，一些可维修的产品(如机床)只要更换部件可以工作无穷长的时间。另外一个意义是可靠性是包含时间因素的产品质量指标，撇开时间就失去了讨论可靠性的前提。由于产品的老化(Aging)和磨损(Wear-out)，产品可靠度随着时间的延长而逐渐降低，因而可靠度是时间的非增函数。,世纪培训网() 国内最全的管理培训信息和资源中心,(3)规定的功能 是指产品规定了的必须具备的功能及其技术指标(如精度、功率、速度、稳定度等) 。所要求产品功能的多少和其技术指标的高低，直接影响到产品可靠性指标的高低。功能愈多的产品要保证高可靠度是困难的，在设计上要和实际任务和成本等因素结合起来一起考虑。例如，电风扇的主要功能有转叶，摇头，定时，那么规定的功能是三者都要，还是仅需要转叶能转能够吹风，所得出的可靠性指标是大不一样的。超出规定功能来要求产品是不合理的。在工作或试验中，通过检测，如确认产品达到了规定的性能指标，则称产品完成了规定的功能，为“完好”产品；反之，则称该产品丧失了规定功能，为“失效”产品，对可修产品通常称“故障”。在讨论某种产品的可靠性时，明确而合理地给出定量的失效或故障判据是非常重要的，否则就失去了讨论可靠性的准绳。如学习用户退回的理由是喇叭和MIC声音不能调更大,则不能称产品发生了故障.,世纪培训网() 国内最全的管理培训信息和资源中心,二. 可靠性特征量介绍,1.MTBF(Mean Time Between Failure),即平均无故障时间,是衡量一个产品（尤其是电器产品）的可靠性指标。单位为“小时”。它反映了产品的时间质量，是体现产品在规定时间内保持功能的一种能力。具体来说，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. 2.故障率（Failure rate），常用表示。在规定条件和规定时间内，产品的故障总数与寿命单位总数之比。=1/MTBF （MTBF=1/ ） 例：正在运行中的100只硬碟，一年之内出了2次故障，则每个硬碟的故障率为0.02次/年。 伺服器的WD Caviar RE2 7200 RPM 硬碟，MTBF 高达 120万小时，保修 5年。120万小时约为137年，并不是说该种硬碟每只均能工作137年不出故障。由MTBF=1/可知=1/MTBF=1/137年，即该硬碟的平均年故障率约为0.7%，一年内，平均1000只硬碟有7只会出故障。,世纪培训网() 国内最全的管理培训信息和资源中心,3.MTTF mean time between failures 平均无故障时间.平均失效前时间,定义为随机变量、出错时间等的“期望值”。 4.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 5.平均修复时间MTTR(mean time to repair) 6.可用度A(Availability),产品工作时间与总时间之比,若不考虑产品的储存时间和闲置时间,则: A=MTBF/(MTBF+MTRTR) 7.故障检测率:被测试项目在规定的期间内发生的所有故障,在规定的条件下用规定的方法能够正确检测出的百分数.,世纪培训网() 国内最全的管理培训信息和资源中心,三.可靠性的三种类型？,1.寿命型 对不可修复的产品，是指产品从使用开始到失效之前的平均工作时间(或次数)，记为MTTF(Mean Time to Failure); 对可修复的产品，是指两次相邻故障间的平均工作时间(或次数)，记MTBF(Mean Time Between Failure) 2.成败型 当只有成功或失败两种结果时,称成败型，如卫 星发射成功的概率，飞机安全飞行的概率等。 3.强度应力模型 这里讲的强度和应力是广义的,与计 量型抽样原理相似，实质是研究两个分布(主要是正态分布)的交叉部分，即不可靠的部分，从而得到产品的可靠度。,世纪培训网() 国内最全的管理培训信息和资源中心,四.机种主要试验的区别,世纪培训网() 国内最全的管理培训信息和资源中心,环境试验技术,世纪培训网() 国内最全的管理培训信息和资源中心,一. 环境应力筛选,环境应力筛选(Environment Stress Screen, ESS)是一种工艺手段，是通过向电子产品施加合理的环境应力和电应力，将其内部的潜在缺陷加速变成故障，并通过检验发现和排除故障的过程。 ESS旨在激发并排除早期故障，使产品的可靠性接近设计的固有可靠性水平。 环境应力筛选不必模拟真实的环境条件。但不能超过产品设计能耐受的极限，其大小应根据产品总体要求确定。电子产品施加环境应力最有效的是随机振动和温度循环应力。 不论是产品开发阶段，还是批生产阶段早期，环境应力筛选在元器件、组件、部件等产品层次上都应100%的进行。在批生产阶段后期，对组件级以上的产品可根据其质量稳定情况抽样进行。 环境应力筛选试验不能提高产品的固有可靠性，但通过改进设计和工艺等可以提高产品的可靠性水平,世纪培训网() 国内最全的管理培训信息和资源中心,1.环境应力,环境应力:温度、湿度、振动、压力、日光辐 射、沙尘、盐雾、霉菌、二氧化硫 、硫化氢等。 电应力:电网、电压、电磁、雷击等,世纪培训网() 国内最全的管理培训信息和资源中心,2.筛选的目的,筛选的目的 :激发并排除早期故障 电子产品的失效特性曲线,世纪培训网() 国内最全的管理培训信息和资源中心,ESS 的应用及效益,3.环境应力筛选(ESS)应用及效益,环境应力筛选(ESS)应用及效益,世纪培训网() 国内最全的管理培训信息和资源中心,4.筛选用典型环境应力,(1).恒定高温-是析出电子元器件缺陷的最有效方法,广泛应用于元器件的筛选,但不推荐用于组件级(印制电路板 单元或系统)的筛选.据统计,在美国使用温度循环对组件进行筛选的公司数要比用恒定高温对组件进行筛选的公司数多出5倍. (2).温度循环-交替膨胀和收缩是被筛产品产生应力和应变,特别是内部邻接材料膨胀系数不匹配时热应力和应变力将加剧.循环加载使缺陷长大成为故障.例如,有裂纹的电镀通孔最终完全裂开,引起开路. (3).随即振动,世纪培训网() 国内最全的管理培训信息和资源中心,无冷却系统的产品,温 度： 最高 55 +125 oC 一般 40 +95 oC 最低 40 +75 oC 温 变 率： 最高 20 oC/min 一般 15 oC/min 最低 5 oC/min 随机振动： 若一个方向 10 min 不止一个方向 每个方向 5 min 频率 20 2000Hz 功率谱密度 0.04g2/Hz,5.元器件的环境应力筛选(ESS)筛选,环境应力筛选(ESS)机理及基本方法,世纪培训网() 国内最全的管理培训信息和资源中心,6.注意的事项,环境应力筛选(ESS)应注意的事项,制定产品的ESS大纲，并严格执行； 不必准确模拟产品真实的环境条件； 不应改变产品的失效机理； 筛选可以提高批产品的可靠性水平，但不能提高产品的固有可靠性，只有改进设计、工艺等才能提高后者； 它不是可靠性鉴定、验收试验，但经过筛选的产品有利于鉴定和验收试验的顺利进行； 对关键产品要做到三个100%（元器件、电路板、整机）的ESS。破坏性试验；试验后器件损坏，不能使用,世纪培训网() 国内最全的管理培训信息和资源中心,二. 环境试验,所谓环境试验，就是将产品暴露在自然环境或人工模拟环境中，从而对它们实际上会遇到的贮存、运输和使用条件下的性能做出评价。通过环境试验，可发提供设计质量和产品质量方面的信息，是质量保证的重要手段。 环境试验的意义： 对产品的评价不能只看其功能和性能是否优秀，还要综合其各方面条件，例如在严酷环境中，其功能和性能的可靠程度以及维修、成本高低等。在提高产品可靠性方面，环境试验占有重要位置，说的极端一些，没有环境试验，就无法正确鉴别产品的品质、确保产品质量。 在产品的研制，生产和使用中都贯穿着环境试验，通常是设计环境试验改进再试验投产，环境试验越真实准确，产品的可靠性越好。,世纪培训网() 国内最全的管理培训信息和资源中心,1.环境条件对产品可靠性的影响,1971年， 美国对机载电子设备全年的故障统计结果,世纪培训网() 国内最全的管理培训信息和资源中心,2.环境试验目的,环境试验考察的是产品对环境的适应性，确定产品的环境适应性设计是否符合合同要求，为接收，拒收提供决策依据。 环境试验不允许出现故障，产品一量出现故障，就认为通不过试验，试验即告停止并进行故障分析，采取纠正措施，改进设计。,世纪培训网() 国内最全的管理培训信息和资源中心,3.环境试验项目,就环境试验来说，GJB 150中规定了19个试验项目，MIL-STD-810 D中规定了20个环境试验项目，810F增加到24个试验项目，包括对产品较重要影的环境应力，如：温度，湿芭，盐雾，振动冲击，压力，太阳辐射，砂尘，淋雨等。受试产品应根据其未来的使用环境条件及受影响程度对试验项目进行甄选，一般应考察10个以上环境应力。而可靠性试验由于要进行综合模拟，只将综合环境应力（温度，湿度，振动）与电应力结合进行试验。可见，可靠性试验所选用的环境应力数量比环境试验少得多。 第二次世界大站中及战后，西方国家，特别是美国建立了一系列的环境试验场及实验室 ，制定了环境试验标准。美军规定所有武器装备、零部件和材料以及弹药都必须先送到环 境实验室进行模拟环境试验，再送到环境试验场进行实地环境试验，只有通过了这些试验 才能正式交付部队使用。美军已把环境试验作为试验与鉴定工作的一部分。 目前，国外已将环境试验标准化，许多国家还制定了环境试验标准，总的来说这 些标准大同小异，主要包括以下环境试验项目：,世纪培训网() 国内最全的管理培训信息和资源中心,.,（1）低压（高空）试验：试验适用于在飞机货舱中空运的兵器，在高原上使用的兵器 和空运兵器在飞机受伤后发生压力迅速下降的情形。试验的目的是检验兵器在低压环境中 的使用性能以及压力迅速下降对兵器性能的影响。模拟的最高高度可达30000m（米），试 验时取高度相对应的温度值。 （2）高温试验：试验中兵器处于高温空气中，但不受到阳光直接照射。试验针对高温 季节在室内或密闭空间中或接近发动机等热源处储藏或使用兵器的情形。仅当太阳辐射试验不能检验高温效应时才进行这项试验。试验的目的是检验在高温环境中储藏或使用的性能。 （3）低温试验：试验适用于在寿命周期中很可能在低温环境中使用的试件。试验的目的是检验试件能否在长期的低温环境中储藏、操纵控制和作战。,世纪培训网() 国内最全的管理培训信息和资源中心,.,（4）热冲击试验：试验适用于在预定的使用区域或使用模式中经常经受极迅速温度变 化的兵器。例如：从沙漠机场起飞升到高空的飞机上的电子装备吊仓、导弹、光电设备和 炸弹仓中的炸弹；从高空向沙漠地区空投的兵器；在北极地区从室内向室外转移的兵器。 目前仅进行空气中的热冲击试验，将来有可能进行从空气进入到水中的热冲击试验。进行 热冲击试验的目的是检验环境温度骤然变化对兵器性能的影响。 （5）太阳辐射（日照）试验：这是一项对暴露在阳光下的兵器及其制造材料进行的试 验。太阳辐射可引起光化学效应和热效应。在大多数情况下，这项试验可以代替高温试验 。通过日照试验可检验太阳辐射对兵器或有关材料的使用或露天存储的影响。 （6）淋雨试验：试验适用于使用过程中有可能受到雨淋的兵器。淋雨试验包括无风时 的淋雨试验和有风时的淋雨试验。淋雨试验的目的是检验遮雨器材的防水性能，检验兵器 在淋雨期间和淋雨之后的性能。,世纪培训网() 国内最全的管理培训信息和资源中心,.,（7）防潮试验：试验适用于可能在温暖潮湿的环境中使用的兵器。热带地区全年、中 纬度地区一年有长短不等的季节就是这种温暖潮湿的环境。试验的目的是检验兵器对温暖 潮湿的环境的适应能力。 （8）防霉试验：温暖和潮湿是微生物生长的条件，广泛存在于热带和中纬度地区。所 有标准通用兵器装备在设计时都应考虑防霉问题。试验的目的是评定兵器发生霉变的程度 和霉变对兵器性能或使用的影响程度。 （9）盐雾试验：盐在地球上分布非常广泛。海洋、大气、地面、湖水和河流中都有盐 ，尤以沿海地区含盐量比较大，海洋中含盐量最大。不与盐接触的兵器是没有的。因此， 所有的兵器在其寿命周期中都处于某种形式的盐环境中。盐雾试验的目的是检验含盐潮湿大气对兵器性能的影响，特别是检验涂覆保护层的性能和材料的相容性。,世纪培训网() 国内最全的管理培训信息和资源中心,.,（10）沙尘试验：试验适用与在干沙或尘土含量比较高的空气中使用的所有机械的、电 的、电子的和电化学的兵器。试验分为扬尘试验和扬沙试验。扬尘试验使用尘土和细沙， 细小的尘埃可以进入缝隙、裂缝、轴承和连接处。扬沙试验使用149850m（微米）的沙 粒，大而锋利的沙粒能产生侵蚀和阻塞作用，降低装备的有效性、可靠性和维修性。沙尘 试验的目的是检验兵器在沙尘环境中的使用和存储能力。 （11）浸水试验：浸水试验包括浸水、滴水和加压水试验。浸水试验适用于要求水密性 的装备和全部或部分浸入水中使用的装备。在某些情况下，这项试验可以代替淋雨试验检 验水密性。试验的目的是检验兵器浸入水中不漏水的能力。 （12）冻雨试验：试验适用于在正常使用中会遇到冻雨的装备。试验的目的是为了检验 雨、雾和溅起的海水落在装备上结冰后对装备使用性能的影响，还用于评定除冰装置和技术,世纪培训网() 国内最全的管理培训信息和资源中心,（13）振动、冲击、落下试验 试验程序： 振动轴向辨别 测试件摆放安置 加速规正确填贴固定方式 振动试验条件 冲击试验条件 落下方式及顺序要求 落下试验条件 试验完成检查项目 试验报告 (14)开关电测试 (15)电源拉偏测试,世纪培训网() 国内最全的管理培训信息和资源中心,振动/冲击/落下试验的取样件数与试验信赖水平之间的关系,世纪培训网() 国内最全的管理培训信息和资源中心,.,上面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，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。 筛选强度：二战期间美空军调查：由环境引起的产品损坏占52，其中温度占21，振动占14，潮湿占10，砂尘盐雾占7。 60年代对环境试验的研究已趋成熟，并逐步形成相应规范，目前基础通用类主要有： 民用产品：IEC682 （GB2423/2424） 军用产品：MILSTD810F（GJB150）,世纪培训网() 国内最全的管理培训信息和资源中心,三.可靠性验证试验,可靠性验证试验包括可靠性鉴定试验及可靠性验收试验，均属统计试验。 可靠性鉴定试验是为了验证产品的设计是否达到了规定的最低可接收的可靠性要求。一般是应订购方的要求在系统级进行。 适用范围：新设计的产品；经过重大修改的产品；在一定的环境条件下不能满足系统分配的可靠性要求的那些产品。 可靠性验收试验是为了验证产品的可靠性不随生产期间工艺、工装、工作流程、零部件质量的变化而降低是对交付的某些产品或生产批进行可靠性评价。 基本定义 MTBF验证区间demonstrated MTBF interval (L,u) MTBF的检验下限lower test MTBF（1）:拒收的MTBF值。 MTBF的检验上限upper test MTBF（0）:接收的MTBF值。 使用方风险consumers risk() 生产方风险producers risk() 鉴别比discrimination ratio(d) 是MTBF的检验上限与下限的比值。D=0/1,世纪培训网() 国内最全的管理培训信息和资源中心,四.HALT试验,HALT(Highly accelerated life test)高加速寿命试验是由美国Hobbs工程公司总裁Gregg K Hobbs 博士首先提出来的。从90 年代开始,HALT获得推广应用。HALT的最大特点是时间上的压缩,即在短短的几天内模拟一个产品的整个寿命期间可能遇到的情况。与传统的可靠性试验相比,HALT试验的目的是激发故障,即把产品潜在的缺陷激发成可观测的故障。因此, 它不是采用一般模拟实际使用环境进行的试验,而是人为施加步进应力,在远大于技术条件规定的极限应力下快速进行试验,找出产品的各种工作极限与破坏极限。 HALT最大的特点是设置高于样品设计运行限的环境应力，从而使暴露故障的时间 大大短于正常可靠性应力条件下的所需时间。 主要应用于开发阶段,世纪培训网() 国内最全的管理培训信息和资源中心,1.HALT的优点,HALT 具有如下优点: 利用高环境应力,提早使产品设计缺陷激发出来,从而消除设计缺陷,大大提高设计可靠性,确保产品能获得早期高可靠性,使产品具有高的外场可靠性;改善后可延长产 品早夭期(浴盆曲线后段延伸) ; 产品的设计周期大大减少; 生产费用大大降低; 维修费用大大降低,因为交付的产品具有更高的可靠性; 了解产品的设计能力及失效模式; HALT能找出产品的工作极限和破坏极限,为制定HASS(高加速应力筛选) 方案,确定HASS 的应力量级提供依据; 大大减少鉴定试验时的故障,经过HALT 的产品,鉴定试验已不重要,仅是一种形式而已。,世纪培训网() 国内最全的管理培训信息和资源中心,2. 产品试验,应用步进应力,直到产品失效为止; 暂停试验,对失效进行根本原因分析(Root Cause Analysis) ,维修产品; 从暂停处继续试验(步进) ,直到产品再次失效为止,接着失效分析,维修产品; 重复应力失效失效分析维修过程; 找出产品的工作极限与破坏极限,确定产品的工作裕度和破坏裕度。在HALT过程里面,故障根本原因分析(RCA) 和改进措施是核心内容。因此, 在 HALT过程中不能放过任何一个被激发出的故障,是设计问题就要改进设计,是工艺问题就要改进工艺。只有采用有效的纠正措施,才能加速设计和工艺的成熟,才能充分发挥 HALT的长处。,世纪培训网() 国内最全的管理培训信息和资源中心,3.HALT试验项目,HALT试验项目 1)、低温步进应力试验 :应力开始于20 ,然后温度以每步10 往下降,直到确定产品的工作与破坏温度下限为止。 2)、高温步进应力试验 :应力开始于20 ,然后温度以每步10 往上升,直到确定产品工作与破坏温度上限为止。每步停留20min (有的为10min) ,这个时间包括产品各部分的温度平衡时间与产品性能的测试时间。 3)、快