《可靠性试验》PPT课件.ppt

可靠性工程师必备知识培训教材第4章可靠性試驗 中国电子技术标准化研究院杨启善 目录第4章可靠性試驗4 1概述4 2环境应力筛选4 3可靠性研制試驗4 4可靠性增长試驗4 5可靠性鑒定和驗收試驗4 6寿命試驗练习4 第一章概述一 可靠性試驗的重要性可靠性是设计出来的是生产出来的是试验出来的是管理出来的二 可靠性试验的含意可靠性试验是指为了分析 评价 验证和提高产品可靠性而进行的试验 广义讲 任何与产品失效 故障 效应有关的试验都可以认为是可靠性试验 狭义讲 往往是指寿命试验 三 可靠性试验 RT 的作用可靠性是试验出来的 可见RT有着举足轻重的作用 可靠性是可预测的 可验证的 可靠性试验 实际上是用应力和应力作用的时间 以此来激发产品潜在的各种缺陷 有设计的 有生产的等等 于是采取措施剔除这些缺陷产品可靠性由此得到保证 就是说 试验 分析和纠正 试验 T A A T 四 可靠性试验的目的对产品可靠性进行评估和考核 利用试验数据求得产品可靠性指示值 提供产品可靠性保证 对批量产品进行可靠性筛选 进行鉴定 进行可靠性增长 五 注意 试验环境尽可能模仿现场使用条件 产品必须稳定 不稳定的做了没用 试验方法多种多样 要合理选择 比如说 可靠性增长试验有单一环境 综合环境 六 可靠性试验的分类按试验场合分 1 现场试验 2 试验室试验 试验条件便于控制 2 按产品破坏情况分 1 破坏性试件最终要破坏 如 破坏性寿命试验或破坏性极限条件试验 2 非破坏性不破坏试件而获得可靠性数据的试验 3 按试验目的分 1 可靠性增长试验这是一种遵循试 问 改 试即不断进行试验 同时不断改进产品可靠性的试验 直到可靠性指标满足要求为止 也称增长试验 2 可靠性鉴定试验鉴定产品是否达到预定的可靠性的试验 试验结果可作为产品定型的依据 3 可靠性验收试验为确定稳定生产的产品可靠性指标是否达到要求的试验 一般在厂方和用户商定的方式下进行 2 3 统称可靠性验证试验 4 按试验应力分 1 常规可靠性试验产品在接近实际使用条件下进行的试验 试验结果反映实际情况 不过试验周期长 2 加速可靠性试验条件是不改变失效机理的条件 加大应力 使得故障率增大 就是更能激发出故障 或者说寿命缩短 可见 加速试验可能在较短时间内获得可靠性评定数据 或者暴露可能出现的故障 注意 1 关键 一般在高温下 加速因子有多大2 应力可靠性试验中所提到的应力包括 机械应力 如冲击 振动 负荷等 环境应力 如温度 湿度 腐蚀等 电应力 如电流 电压 功率等 5 按试验样本分 1 全数试验对全部产品进行可靠性试验 肯定讲 这种大批量试验 所得到的数据很精确 而且置信度很高 但是做全数试验 成本太高 工程上经常采用抽样试验 2 抽样试验从批量产品中 抽取部分样品进行可靠性试验 利用试验结果计算整批量产品可靠性 并以此为据 判断整批量是否合格 注意 对于整批量产品 其中可靠性鉴定试验和接收试验时 必须采用抽样试验 注意 可靠性寿命试验中 为缩短试验时间 抽样试验多为截尾试验 即参加试验样品并非达到所有产品全部失效就停止了试验 截尾试验可分为定时截尾 到规定的时间 即停止试验 或定数截尾 到规定的失效数 即停止试验 图4 1可靠性试验分类图 表4 1各种试验工作的目的 适用对象和适用时机 第二章环境应力筛选4 2 1环境应力筛选的概念 1 定义 在产品制造过程中 将不符合要求的产品 包括成品 半成品 剔除 而将符合要求的产品保留下来的试验过程称为筛选 注意在产品制造过程中 对各种工艺质量的检验 成品 半成品的性能参数测试都要进行筛选 2 目的 筛选目的是为剔除早期失效的产品 4 2 1 1环境应力筛选的基本特性 1 环境应力筛选既是一种工艺 也是一种试验 筛选目的是为剔除早期失效的产品 2 环境应力筛选不能损坏好的部分或引入新的缺陷 应力不能超出设计极限 3 每一种结构类型的产品应当有其特有的筛选 严格说来 不存在一种通用的对所有产品都具有最佳效果的筛选方法 4 2 1 2环境应力筛选的条件良好的环境应力筛选的条件 1 能够很快析出潜在缺陷 包括暴露设计缺陷 2 不会引发附加的故障 消耗受筛产品寿命 4 2 1 3环境应力筛选与其他试验的关系1 环境应力筛选与可靠性增长试验环境应力筛选一般只用于暴露并排除早期故障 使产品的可靠性接近设计的固有可靠性水平 可靠性增长试验则是通过消除产品中由设计缺陷造成的故障源或降低由设计缺陷造成的故障的发生概率 提高产品的固有可靠性水平 2 环境应力筛选与可靠性统计试验环境应力筛选是可靠性统计试验的预处理工艺 任何提交用于可靠性统计试验的样本必须经过环境应力筛选 只有通过环境应力筛选 消除了早期故障的样本 其可靠性统计试验的结果才代表其真实的可靠性水平 4 2 2环境应力筛选使用的典型环境应力表4 2常用的应力及其强度 费用和效果 4 2 2 1恒定高温 1 基本参数 上限温度TU 恒温时间t和环境温度Te 真正影响恒定高温筛选效果的变量是上限温度TU与环境温度Te之差 即温度改变幅度TR TR TU Te 2 特性分析 恒定高温筛选也叫高温老化 老炼 是一种静态工艺 目的是激发早期故障 恒定高温广泛用于元器件筛选 恒定高温筛选效果低于温度循环 恒定低温筛选极少使用 3 激发出的故障模式或影响金属表面氧化 导致接触不良 加速金属之间的扩散 使液体干涸使塑料软化或变形 使绝缘击穿 4 2 2 2温度循环 1 基本参数 上限温度TU 下限温度TL 温度变化速率V 上限温度保温时间tU 下限温度保温时间tL与循环次数N 如图9 2所示 图4 2温度循环 2 特性分析 对筛选效果最有影响的是温度变化范围TR TR TU TL 温度变化速率V与循环次数N 3 激发出的故障模式或影响各种微观裂纹扩大 连接松弛 接触电阻加大或开路 密封失效 重复N次 时间t 温度 TL TU V1 V2 tL tU T 4 2 2 3温度冲击 1 基本参数 温度上限 温度下限 温度上限的保持时间 温度下限的保持时间 温度转换时间和温度冲击循环次数 2 特性分析 是筛选元器件特别是集成电路器件的有效方法 使用不方便 监测困难 3 激发出的故障模式或影响 类似于温度循环 4 2 2 4随机振动 1 基本参数 频率范围 加速度功率谱密度 PSD 振动时间 振动轴向数 参见GJB1302 1990 电子产品环境应力筛选方法 图4 3随机振动譜 频率HZ 20803502000 A1A2A3 0 04g2 Hz 3dB oct 3dB oct Grms 6 06g 加速度功率谱密度 m s2 2 Hz 2 特性分析 一般在15 30分钟内均能产生较好效果 大多数电子产品经受0 04g2 Hz的随机振动 在20分钟内不会产生明显的疲劳损伤 3 激发出的故障模式或影响结构部件 引线或元件接头产生疲劳 电缆磨损 螺钉连接松弛 已受损或安装不当的脆性绝缘材料出现裂纹 安装不当的集成电路片离开插座 汇流条及接到电路板上的钎焊接头受到大应力 引起钎焊薄弱点故障 4 2 2 5各种应力筛选效果的比较 温度循环 随机振动 恒定高温 电应力 温度冲击 加权评分值 定频扫频 低温 扫频正弦 综合环境 机械冲击 潮湿 加速度 高度 图4 4各种应力筛选效果的比较 3603303002702402101801501209060300 应力 4 2 3推荐的初始筛选方法表4 3推荐的初始筛选方法 4 2 4常规筛选方法常规筛选方法是指不要求筛选结果与产品可靠性目标和成本之间建立定量关系的筛选 其过程包括下述4个阶段 表4 4环境应力筛选程序 4 2 4 1筛选前的准备工作按规定检查受筛产品的技术状态 筛选用试验设备和检测仪表 夹具等是否符合要求 4 2 4 2初始性能检测按有关标准或技术文件对受筛产品进行全面的性能检测并做好记录 4 2 4 3寻找和排除故障阶段1 随机振动2 温度循环4 2 4 4无故障检测阶段1 温度循环2 随机振动4 2 4 5最终性能检测 4 2 5定量筛选定量筛选是指要求在筛选结果 成本与产品可靠性目标 现场故障修理费用之间建立定量关系的筛选 引入缺陷密度 筛选检出度 缺陷析出密度或残留缺陷密度等概念 三大目标 1 真正达到浴盆曲线的故障率恒定阶段 2 满足成品率要求 3 费用低于现场修理费用 9 参见GJB Z34 1993 电子产品定量环境应力筛选指南 4 2 6高加速应力筛选1 原理是一种激发试验方法 理论依据是故障物理学 2 特点 要求对100 产品进行 一般采用恒定的环境应力和电应力 3 用可靠性强化试验确定高加速应力筛选的应力量级应用强化试验方法可以确定高加速应力筛选的应力量级 4 2 7环境应力筛选的工程应用要点1 环境应力筛选的效果主要取决于施加的环境应力 电应力水平和检测仪表能力 2 环境应力筛选主要用于电子产品 也可用于电气 机电 光电和电化学产品 3 电子产品的环境应力筛选以GJB1032 1990为基础 允许适当剪裁 非电子产品的环境应力筛选可以借鉴GJB Z34 1993 4 环境应力筛选可用于产品的研发和生产阶段 5 环境应力筛选应100 进行 6 环境应力筛选的环境应力一般是依次施加 7 应制定环境应力筛选大纲 8 研发阶段的环境应力筛选结果应深入分析 作为制定生产阶段环境应力筛选大纲的基础 第三章可靠性研制試驗4 3 1 基本要求1 可靠性研制試驗在产品研发阶段进行 应制定试验方案 2 应对可靠性关键产品 新技术含量高的产品实施 3 应尽可能结合产品的研制试验进行 4 可采用加速应力进行 5 发生的故障均应纳入故障报告 分析和纠正系统 4 3 2 試驗的分類1 可靠性增长摸底試驗 或可靠性摸底試驗 2 可靠性强化試驗或高加速寿命试验 3 结合性能试验 环境试验的可靠性研制試驗 4 3 3 可靠性增长摸底試驗是一种以可靠性增长为目的 无增长模型 不确定增长目标值 时间较短的可靠性試驗 1 試驗对象一般以较为复杂 重要度较高 无继承性的新研发或改型电子产品为主要对象 类似的机电产品也可考虑 2 試驗时间一般取可靠性指标中规定的最低可接受值的20 30 取100 200小时 3 試驗剖面应模拟产品实际的使用条件制定試驗剖面 按GJB899 1990 可靠性鉴定与验收试验 确定 4 受试产品 試驗设备和试验实施过程的要求受试产品应能反映将来生产的产品 試驗设备和试验实施过程的要求可参考正式的可靠性增长試驗 4 3 4可靠性强化試驗可靠性强化試驗是一种采用加速应力的可靠性研制試驗 其目的是使产品设计得更为 健壮 4 3 4 1試驗对象一般以较为复杂 重要度较高 无继承性的新研发或改型电子产品为主要对象 其他产品也可考虑 4 3 4 2試驗应力低温 高温 快速温度循环 振动 湿度 以及综合环境 电应力等 4 3 4 3应力施加顺序先试验破坏性比较弱的应力类型 再试验破坏性比较强的应力类型 比如先低温 后高温 先温度 后振动 先单应力 后综合应力 4 3 4 4試驗剖面一般包括低温步进应力試驗剖面 高温步进应力試驗剖面 快速温变循环試驗剖面 振动步进应力試驗剖面和综合应力試驗剖面 典型的如图9 5 4 6 4 7 保温5 20min 检测 步长10 步长5 时间 min 图4 5高温步进应力試驗剖面 温度 破坏极限工作极限 20 40 图4 7振动步进应力試驗剖面示意图 振动应力 g 破坏极限工作极限 时间 min 检测 5min 步长5g 步长5g 图4 6快速温变循环試驗剖面示意图 保温10 20min 保温10 20min 检测 温变率 15 min 6个循环 时间 min 温度 上限 20下限 4 3 4 5受试产品 試驗设备和试验实施过程的要求受试产品必须经过全面的功能 性能試驗 試驗设备是以液氮制冷技术实现快速温变 以气锤连续冲击多向激励技术实现三轴六自由度的振动环境 也可利用传统的电动台和温湿箱组成的 三综合 試驗设备 4 3 4 6可靠性强化試驗的步骤1 受试产品首先进行全面的功能 性能試驗 2 按照試驗剖面进行试验 3 出现故障时应记录 分析 4 采取改进措施后再试验 确认措施有效性 如此重复 試驗 分析 改进 再試驗 直到满足要求 4 3 4 7步进应力施加方法1 高 低温步进应力施加方法 1 起点温度 室温 2 每步保持时间 10 20分钟 3 步长 5 20 4 工作极限 5 试验终止判据 试件的破坏极限或试验箱的最高温度 2 快速温变循环应力施加方法 1 上下限温度 2 温变率 3 上下限温度持续时间 4 温度循环次数 5 试验终止判据 试件发生不可修复故障或温变率达到试验箱的最大值 完成6个循环仍不出现故障 3 振动步进应力施加方法 1 振动应力起点值 2 每步保持时间 5 10分钟 3 步长 5 20 4 工作极限和破坏极限 5 试验终止判据 试件的破坏极限或达到试验箱的最高值 4 综合应力施加方法 1 温度循环 2 振动应力 5 试验终止判据 试件发生不可修复故障或完成设定的試驗剖面 4 3 5可靠性研制試驗的工程应用要点1 在研发阶段应尽早开展可靠性研制試驗 通过试验 分析 改进过程来提高产品的可靠性 2 可靠性研制試驗是产品研发試驗的组成部分 应尽可能与产品的研制試驗结合进行 3 应制定可靠性研制試驗方案 并对可靠性关键产品 尤其是新技术含量较高的产品实施可靠性研制試驗 4 可靠性研制試驗可采用加速应力进行 5 試驗中发生的故障均应纳入故障报告 分析和纠正系统 并对試驗后产品的可靠性状况做出说明 第四章可靠性增长試驗缺陷有系统性缺陷和残余缺陷 可靠性增长就是改正产品中的缺陷 其途径 故障源检测 分析和试验 即 试验 分析 改进 过程 4 4 1可靠性增长试验的概念1 可靠性增长试验的定义可靠性增长试验是指在真实或模拟真实的环境条件下对产品进行正规试验的过程 可靠性增长是指通过逐步改正产品设汁与制造中的缺陷 不断提高产品可靠性的过程 反馈 其特点 1 可靠性增长试验对象是经环境试验的样机或是生产的样品 2 可靠性增长试验的剖面是真实剖面或模拟真实剖面 按有关标准 2 可靠性增长试验方式可靠性增长试验一般有以下三种方式 试验 改进 再试验 通过试验 暴露问题 分析原因 立即改进 再试验 如此反复 即边试边改 增长曲线如图9 4 1 a 所示为平滑型 试验 发现问题 再试验 通过试验 暴露问题 不立即改进 再试验 再暴露问题 一起改进 增长曲线如图9 4 1 b 所示为阶梯型 待延缓改进的试验 改进 再试验 有些问题立即改进 有些问题延缓改进 增长曲线如图9 4 1 c 所示为阶跃型 4 4 2可靠性增长試驗的对象1 一般以较为复杂 重要度较高 无继承性的新研发或改型产品 2 在研发试验和系统综合实验 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元 4 4 3可靠性增长試驗的剖面可靠性增长試驗的剖面一般应与可靠性鉴定試驗的剖面一致 4 4 4試驗前应具备的条件1 制定试验大纲 2 试验前的准备 1 最新的可靠性预计 2 进行FMSA 3 同一批产品通过性能试验与环境试验 4 经过环境应力筛选 5 FRACAS能配合运转 4 4 5 試驗实施过程的要求4 4 5 1受试产品的安装4 4 5 2試驗前 試驗期间 試驗结束时的测量4 4 5 3故障分类和故障处理4 4 5 4 维修4 4 5 5試驗计划曲线4 4 5 6試驗的监控4 4 5 7試驗结束4 4 5 8試驗结束后的评审 4 4 6 常用的可靠性增长模型为了实现对可靠性增长的管理 需用数学模型对增长速度作评估 常用模型很多 下面介绍三种模型 4 4 6 1Compertz增长模型Compertz增长模型是时间序列分析中用来反映增长趋势的一种工具 特点 这模型开始增长较快 以后逐步减慢 最后趋于一个极限 2 Compertz增长模型的表达式 式中N 时期序号 R N 时期N的可靠性 a b c 模型参数 0 a 1 0 b 1 0 c 1 当N 时 R N a 可见a为R N 增长上限 当N 0时 R N ab 可见ab为R N 增长的初始水平 b反映初始水平与R N 增长上限的比值 c反映R N 增长速度 c 增长速度 模型参数a b c的求法见教材 在实际工程中 用Compertz增长模型曲线调整管理计划 改进研究策略 使产品可靠性增长符合预期要求 9 4 1 4 4 6 2Duane增长模型Duane增长模型是1962年美国通用电气公司 J D Duane 提出的 1 Duane增长模型的表达式 9 4 2 式中T 累积工作时间 到T为止的累积失效率 k c 模型参数 k为常数 c为增长速率 对式 8 14 两边取对数 可得线性表达式 式 8 14 和式 8 15 反映了失效率随研制阶段的进展而下降的情况 式中F 到T时刻为止观察到的失效数 将式 8 16 代入式 8 14 得 9 4 3 2 失效率的估计值 9 4 5 9 4 4 由式 8 17 得瞬时失效率 瞬时平均寿命 式 8 18 式 8 19 可用下面式子表示 模型参数c k的求法见教材 9 4 6 9 4 7 4 4 6 3AMSAA增长模型AMSAA增长模型是由美国物资系统分析中心L Crow提出的 它是根据Duane增长模型改进而来 1 AMSAA增长模型的表达式在式 8 17 中 令a k b 1 c 则式中F 时间T内累积失效数的期望值 a 初始可靠性的函数 b 反映改进效果的函数 9 4 10 瞬时失效率 瞬时平均寿命 2 模型参数a b的估计值 9 4 11 9 4 12 模型参数a b的最大似然估计值为 AMSAA增长模型优度检验增长试验数据是否符合AMSAA模型 需要进行拟合优度检验 检验统计量为 9 4 14 式中N F定时截尾 F 1定数截尾 给定显著性水平 查表8 5可得 则认为拟合良好 数据符合AMSAA模型 AMSAA模型与Duane模型具有内在联系 但AMSAA模型可以直接用试验原始数据 试验时间与失效数 计算较为简单 因此 目前工程上广泛采用AMSAA模型 4 4 7可靠性增长試驗的工程应用要点1 可靠性增长試驗应有明确的增长目标和增长模型 重点是进行故障分析和采取有效的设计改进措施来提高产品的可靠性 2 可靠性增长試驗必须在受控条件下进行 3 为了提高任务可靠性 应把纠正措施集中在对任务有关键影响的故障模式上 为了提高基本可靠性 应把纠正措施的重点集中在频繁出现的故障模式上 要同时达到任务可靠性和基本可靠性预期的增长要求 应权衡这两方面的工作 4 成功的可靠性增长試驗可以代替可靠性鉴定試驗 第五章可靠性鑒定和驗收試驗 可靠性統計試驗 可靠性鉴定试验是验证产品的设计是否达到规定的可靠性要求所做的试验 是产品可靠性的确认试验 也是研发产品批量生产前的一种验证试验 可靠性驗收試驗是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 是交付产品依据之一 可靠性鑒定和驗收試驗属于验证試驗 以下简称验证試驗 也都是統計試驗 标准 GJB899 1990 可靠性鉴定与验收试验 4 5 1可靠性验证試驗的基本概念1 定时截尾试验 如果合同或产品规范中要求在可靠性鉴定试验中 提供MTBF的验证值 并且有固定的截止试验时间时 必须选用定时截尾试验方案 方案9 方案17及方案19 方案21 见表2 2 定数截尾试验 事先规定允许出现的故障数r0 一旦发生了r0次故障 立即终止试验 记录试验时间t 3 序贯截尾试验 如果合同或产品规范中事先未规定可靠性验证试验时间 并希望尽早对MTBF作出接受或拒收判决时 可选用序贯试验方案 方案1 方案8 见表9 5 1 4 全数试验 如果合同或产品规范中要求对批量生产产品 或试生产 的每一件产品都要进行可靠性验收试验 则应选用全数试验方案 方案18 见表3和图1 5 抽样特性曲线 抽检特性曲线OC是一条表示抽检方案特征的曲线 现代的任何抽样方案都必须带有抽检特性曲线 没有抽检特性曲线的抽样方案是不完整的 或者是不能接收的 因此 本课首先讲授这条曲线 OC曲线的获得设一批产品的总件数为N 其不合格率为p 抽样检验的产品数目n 在n件产品中检验出的不合格产品的数目为J c为一个规定的定值 即当J c时 则判做全部产品合格 由使用方所接收 由于随机变量J是超几何分布 根据概率论理论可知 被使用方所接受的概率为 8 34 设接收产品总数N 抽检数n 抽样合格判据中标准C 分别为某一定值 则 可以p为横坐标 以Pa为纵坐标画出相应曲线 此曲线称为OC曲线 图9 5 1 这条曲线称抽检特性曲线可称OC曲线 2 OC曲线的性质大家注意到OC曲线的自变量为全部接收产品的不合格率p 应变量是使用方的接受概率 因此该曲线的形状是受N n c的影响的 下面我们分别讨论N n和c对OC曲线的影响 研究方法 用实例画出曲线对比之 n和c固定 批量N对OC曲线的影响当n 28和c 2时 N的变化对曲线的影响 见图8 6 图9 5 2N的变化对抽样特性曲线的影响 n 28 C 2 由图9 5 2可见 N的变化对抽检特性曲线变化的影响不大 特别是当N比较大时 N对OC的影响更小 2 N和C固定 n变化对OC曲线的影响设取c 2 因为N的变化对曲线的影响不大 故不定它 n取不同值 n 30 50 100和200分别画出四条曲线 见图9 5 3 对使用方 欢迎什么样的OC曲线 可见n的变化对OC曲线的影响是比较大的 OC曲线越陡 接受概率越小 抽检越严格 图9 5 3n对OC曲线的影响 3 N和n固定 c变化对OC曲线的影响设取N 1000 n 30 C取不同值 1和5分别画出两条曲线 见图9 5 4 由图可见 C的变化对OC曲线的影响也是较大 c越小 接受的概率越小 抽检越严格 图9 5 4C的变化对抽样特性曲线的影响 N 1000 n 30 6 观测值 或R 也叫点估计 产品总工作时间除以关联责任故障或试验总数除以失效数 7 检验下限 1或R1 拒收的MTBF值或不可接受的成功率 统计试验方案以高概率拒收其真值接近 1或R1的产品 其值可取合同规定的最低可接受值 8 检验上限 0或R0 可接收的MTBF值或可接受的成功率 统计试验方案以高概率接收其真值接近 0或R0的产品 9 使用方风险 设LTPD 批允许不合格率 为P2 当产品不合格率P P2时 使用方不应接受产品 但由于抽样的偶然性误判做可以接受 误收 见上表中4 给使用方带来损失 这种错误称为第二类错误 这种误判的概率 标志着使用者承担风险的大小 故称为使用方风险 使用方风险越大 而在优先规定P2和的抽样检验中 常称 1 为置信度 因为置信是站在消费者的立场上 应置信度 越可靠 10 生产方风险 设AQL 合格质量水平 为p1 AQL为合格的故障率 即为合理的不合格率 当产品不合格率P p1时 本来使用方应该接受产品 但由于抽样的偶然性 误判做不能接收 误废 见上表中3 给生产方带来损失 这种错误称为第一类错误 这种误判的概率 标志生产方承担风险的大小 称为生产方风险 生产方风险越大 可以看生产方风险越小 使用方风险越大 反之也成立 即使用方风险越小 因此 应该在实际工作中应双方 生产 使用方 协商一个可接受的 作制定抽样方案的依据 11 鉴别比d 指数分布统计试验方案的鉴别比d等于检验上限与检验下限的比值 0 0 二项分布统计试验方案的鉴别比d等于 1 R1 1 R0 4 5 2試驗场所选取原则1 在独立于承制方试验场所进行 2 按合同在订购方监督下 由承制方对其转承制方的设备进行试验 3 按合同在订购方严格监督下 允许在承制方试验场所进行试验 4 5 3故障分类故障 fault 失效的直接原因 例如 失调 未调准 缺陷等 GJB451 1990 失效 failure 产品或其部件终止完成规定功能的事件或状态 GJB3385 1998 1 非关联失效 failure non relevant a 已经证实是未按规定的工作环境条件使用而引起的失效 b 已经证实仅属某项将不再采用的设计引起的失效 2 非责任失效 failure non chargeable a 非关联失效 b 事先已经规定不属于某组织机构责任范围内的关联失效 所有关联失效都属于一个组织实体或另一个组织实体的责任 3 独立失效 failure independent 不是由其他产品的失效引起的产品的失效 也称为非从属失效 GB T3187 1994 4 从属失效 failure dependent 由关联产品的失效引起的一个产品的失效 该失效不是独立的 4 5 4統計試驗方案产品寿命分布不同 其验证试验方案也不同 如产品寿命分布为指数型分布时 有验证方案 GB T1772 1979 电子元器件失效率试验方法 GB T5080 7 1986 恒定失效率假设下的失效率与平均无故障时间的验证试验方案 GJB899 可靠性鉴定和验收试验 1 統計試驗方案类型及其适用范围图4 9統計試驗方案分类 表4 5各統計試驗方案的优缺点及适用范围 GB T1772 1979 电子元器件失效率试验方法 本标准由总则 失效率等级 失效率试验的一般要求和失效率试验程序四章组成 1 总则本标准规定了有可靠性指标的电子元器件的可靠性定级 维持和升级试验程序 本标准适用于其寿命能合理地认为服从指数分布 在本质上是同一设计 建立了可靠性质量管理和连续生产的电子元器件 对于预期寿命能合理地认为服从指数分布的单批电子元器件失效率试验也适应 本标准规定的失效率 是指元器件在产品标准规定的额定条件下的失效率 定级试验和升级试验的置信度取60 或90 维持试验的置信度取10 2 失效率等级元器件的失效率分为七级 失效率的单位用1 小时 1 h 或1 10次 各级名称及符号见表2 1 表2 1失效率等级 3 失效率试验的一般要求3 1在有可靠性指标的电子元器件规范中应明确规定下列各点 a 试验内容与试验条件 b 测试项目 测试条件 包括测试环境 及测试周期 c 失效判据 d 置信度 e 试验时间 包括进行延长试验的时间 及所需的样品数 f 加速试验的加速条件与加速系数 g 维持试验的维持周期 3 2失效率试验使用的试验样品 必须从经过元器件规范中明确规定筛选条件筛选合格的元器件中抽取 3 3失效率试验要在元器件规范中明确规定的额定条件或加速条件下进行 对于六级或低于六级的试验 额定条件下的元件小时数应不小于总元件小时数的1 3 对高于六级的试验 额定条件下的元件小时数应不小于总元件小时数的1 10 3 4加速试验所相当的额定试验元件小时 按加速试验的元件小时数乘以加速系数来计算 3 5失效率试验的时间 或动作次数 应从表3 1给出的系列中选取 表3 1给出的试验的时间48h 96h 240h原则上只适用于加速试验 定级试验所需的试验时间应不少于1000h 3 6如在试验过程中需要进行测试 测试周期原则上应按表3 2给出的系列中选取 试验中观测到的失效元器件其失效时间应按上次测试时间 次数 计算 3 7为进行升级试验而将定级试验和维持试验的样品进行延长试验时 延长后的试验时间应不超过其预期寿命的2 3 对于预期寿命较长的元器件 延长试验时间应不超过20000h 表3 1失效率试验的时间或动作次数 表3 2失效率试验过程的测试时间或测试次数 3 8按额定条件进行试验时 其样品数量一般不得少于10个 3 9试验中由于非元器件原因 如设备原因 人为原因 意外事故等 造成的失效不应计入失效数内 其失效前的试验时间应计入元件小时数内 对失效的元器件允许用同批元器件替换 继续试验 3 10失效率试验使用的设备及测试仪器必须经过计量和校准 其精度应满足测试要求 在试验过程中不得任意更换 3 11经过失效率试验的样品 能否作为合格品交付 应在有关元器件规范中明确规定 4 失效率试验程序4 1定级试验 按下列步骤进行 a 确定失效率等级 置信度 一般取60 或90 和允许失效数C 置信度和允许失效数选定后 在试验过程中不得更换 b 根据失效率等级 置信度和允许失效数 在表4 1或表4 2查出所需的总试验元件小时数T c 根据总试验元件小时数 确定试验时间t及试验样品数n d 按规定条件 额定或加速 进行试验 直至累积的元件小时数等于T为止 e 将试验中出现的失效数r与允许失效数C比较 若r C 则定级试验合格 若r C 则定级试验不合格 表4 1置信度为60 的失效率试验抽样表 注 将抽样表中的数值乘106或107即为元件小时数或元件次数 表4 2置信度为90 的失效率试验抽样表 注 将抽样表中的数值乘106或107即为元件小时数或元件次数 4 2维持试验定级试验合格的元器件 应按元器件规范规定的维持周期进行该等级的维持试验 维持周期分1 2两组 见表4 3 表4 3维持试验抽样表 注 将抽样表中的数值乘106或107即为元件小时数或元件次数 a 确定允许失效数C b 根据元器件已试验合格的失效率等级及允许失效数 在表4 3查出所需的总试验元件小时数T c 根据总试验元件小时数 确定试验时间t及试验样品数n d 按规定条件 额定或加速 进行试验 直至累积的元件小时数等于T为止 e 将试验中出现的失效数r与允许失效数C比较 若r C 则维持试验合格 若r C 则维持试验不合格 f 维持试验合格 则应继续应按元器件规范规定的维持周期进行维持 若维持试验不合格 则应重新进行定级试验 确定失效率等级 g 重新确定失效率等级时 应将该元器件从首次定级试验起的全部数据 包括维持试验不合格的数据 进行累计 根据累计的试验元件小时数及累计的失效数由表4 1或表4 2确定失效率等级 4 3升级试验定级试验合格的元器件可继续进行升级试验 升级试验的数据可从定级试验和维持试验的样品进行延长试验以及为升级试验投入的样品进行的试验得出 a 确定待升的失效率等级 一般比原定的等级高一级 置信度 一般取60 或90 和允许失效数C 置信度和允许失效数选定后 在试验过程中不得更换 b 根据失效率等级 置信度和允许失效数 在表4 1或表4 2查出所需的总试验元件小时数T c 根据总试验元件小时数 确定延长试验的时间及为升级试验投入的样品数和试验时间 d 按规定条件 额定或加速 进行试验 直至累积的元件小时数等于T为止 e 将试验中出现的失效数r与允许失效数C比较 若r C 则升级试验合格 若r C 则升级试验不合格 f 升级试验合格 则应按元器件规范规定的维持周期进行该等级的维持试验 若升级试验不合格 则应重新进行定级试验 确定失效率等级 g 重新确定失效率等级时 应将该元器件的全部试验数据累计的试验元件小时数及累计的失效数由表4 1或表4 2确定失效率等级 4 4在生产过程中 设计 工艺 材料 结构等方面的变化对元器件可靠性指标有较大影响或生产停顿时间较长时 应重新试验确定其失效率等级 原来的试验数据不再使用 4 5当已知总试验元件小时数T 失效数r和置信度时 可按表4 4估计失效率置信上限 表4 4失效率置信上限的估计用表 注 将表中的数值乘以r T即可求出失效率置信上限 当r 0时 则分别用0 917 T和2 3 T作为60 和90 置信度元器件失效率置信上限的估算 4 5 4 2指数型分布統計試驗方案序贯截尾統計試驗方案如果合同或产品规范中事先未规定可靠性验证试验时间 并希望尽早对MTBF作出接受或拒收判决时 可选用序贯试验方案 方案1 方案8 见表4 10 表4 10序贯截尾統計試驗方案简表 2 定时截尾統計試驗方案如果合同或产品规范中要求在可靠性鉴定试验中 提供MTBF的验证值 并且有固定的截止试验时间时 必须选用定时截尾试验方案 GJB899 1990中的方案9 方案17及方案19 方案21 见表4 6 表4 6定时截尾統計試驗方案简表 定时截尾統計試驗方案分为标准型和高风险型两种 前者生产方风险 和使用方风险 为10 20 后者生产方风险 和使用方风险 为30 这种方案可以估计MTBF的观测值及验证区间或置信区间 对表4 6分析可知 1 当 及 1给定时 总试验时间T随着鉴别比d的减小而增加 若要缩短试验时间T 应增大鉴别比d 2 当 1 d给定时 总试验时间T随着风险率的减小而增加 反之 为了减小 就需要增加总试验时间T 由于定时截尾統計試驗可以预先知道总试验时间T 便于事先计划 管理方便 因此广泛应用 例4 1设 1 500h d 2 0 20 试为该产品设计一个寿命满足指数分布的可靠性定时截尾統計試驗方案 表9 5 4方案18的接收 拒收判决标准 图9 5 6全数试验方案18 3 定数截尾統計試驗方案从一批产品中 随机抽取n个样品 当试验到事先规定的截尾故障数r时 停止试验 4 5 4 3二项分布統計試驗方案1 定数截尾統計試驗方案2 序贯截尾統計試驗方案4 5 4 4統計試驗方案参数的确定1 样本量 可靠性鉴定试验至少应有2台 可靠性验收试验为每批产品的10 最多不超过20台 2 试验时间 每台设备的试验时间至少应为所有受试设备平均试验时间的一半 1 序贯試驗的持续时间应根据相应试验方案的可能最长试验时间来设计 2 定时截尾試驗的持续时间应根据相应试验方案确定 3 定数截尾試驗的持续时间应进行到作出判决为止 3 决策风险 由双方协商确定 两类决策风险应尽可能接近 4 鉴别比 鉴别比越大 试验作出判决越快 4 5 5 可靠性验证試驗剖面的确定4 5 5 1制定可靠性验证試驗剖面应遵循的基本原则1 应尽可能真实地模拟产品在实际使用中经历的最主要的环境应力 2 参考应力可按GJB899 1990附录B提供的数据 公式和方法导出 4 5 5 2可靠性验证試驗剖面的制定程序依据产品的寿命剖面 含任务剖面 确定其相应的环境剖面 再将环境剖面转换成試驗剖面 4 5 5 3确定試驗剖面的方法1 試驗环境应力的确定首先选取施加的环境应力类型 主要有温度 振动 湿度等 其次选取施加的环境应力等级 其优先次序是 实测应力 估计应力 参考应力 2 試驗剖面的组成 见下图 4 5 6可靠性验证試驗前应具备的条件1 受试产品的技术状态应为设计定型状态 2 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 3 试验前应对受试产品进行FMECA 4 受试产品已经通过环境应力筛选 5 与受试产品同批的产品已经通过环境鉴定试验 4 5 7可靠性验证試驗通用程序4 5 7 1编制产品可靠性验证試驗大纲由承试单位负责 承制单位参与编制产品可靠性验证試驗大纲 作为整体规划技术文件 4 5 7 2编制产品可靠性验证試驗程序承试单位根据試驗大纲要求 编制产品可靠性验证試驗程序 4 5 7 3試驗夹具设计与测定必须对使用的夹具进行振动测定 4 5 7 4受试产品安装前的测试 安装和预振动必须对受试产品进行性能检测并记录 合格后应尽量模拟现场方式安装在試驗设备上 预振动用来检查相互匹配性 4 5 7 5試驗前准备工作评审应对試驗前准备工作进行评审 4 5 7 6試驗实施步骤1 启动試驗设备 2 施加应力 3 試驗中的测试和监测 4 試驗中故障的判定和分类 5 試驗中故障的处理 6 試驗中的预防性维修 4 5 7 7試驗中故障的统计試驗中只有责任故障才能作为合格与否的依据 责任故障统计原则 4 5 7 8試驗结果的判决关联责任故障累计数超出方案规定的接收故障数 即可做出拒收判决 当累积试验时间到达方案规定的试验时间 且关联责任故障累计数小于方案规定的接收故障数 即可做出接收判决 4 5 8可靠性验证試驗的工程应用要点 1 一般对影响系统安全或任务完成的新研 有重大改进的关键产品进行可靠性鉴定试验 其中多数是电子产品和机电产品 2 尽可能在实验室进行可靠性鉴定试验 不可行时 可利用外场使用数据进行综合评估 3 可靠性鉴定试验一般采用定时截尾方案 可靠性验收试验一般采用定时截尾方案或序贯截尾方案 双方风险一般选取20 4 可靠性鉴定试验剖面应尽可能模拟产品真实的使用环境 5 可靠性鉴定试验过程中如发生故障 只能修复 6 可靠性试验大纲要规定检测方法 检测的时间间隔和要求等 九 可靠性验证试验程序示例 1 范围本程序规定了各种使用环境下 预期寿命服从指数分布的产品可靠性验证试验工作的方法 程序 要求以及试验组织管理和实施等基本内容 本程序适用于我公司研制与生产的产品 2 规范性引用文件GJB450A 2004装备可靠性工作通用要求GJB451A 2005可靠性维修性保障性术语GJB899 1990可靠性鉴定和验收试验GJB841 1990故障报告 分析和纠正措施系统GJB1032 1990电子产品环境应力筛选方法GJB Z299B 1998电子设备可靠性预计手册3 术语和定义本标准中的术语采用GJB451A和GJB899中的定义 4 职责 略 5 工作程序和要求5 1一般要求5 1 1可靠性验证试验的目的是验证产品可靠性是否达到规定要求 可靠性验证试验包括可靠性鉴定试验 可靠性验收试验等 5 1 2为验证产品设计是否符合规定的可靠性要求 应采用技术状态满足验证试验目的的样品 并在规定的环境试验条件下 进行可靠性鉴定试验 5 1 3为了确定批量生产的产品是否符合规定的可靠性要求 应按规定的批量大小和抽样原则从各生产的批次中抽取样品 在与可靠性鉴定试验相同的环境试验条件下 进行可靠性验收试验 5 1 4受试产品进行可靠性鉴定试验的受试样品 应具备该产品的各种功能和满足各项技术指标且性能稳定 其技术状态符合定型要求 对进行可靠性验收试验的样品 随机从批量中抽取 为保证可靠性验证试验的顺利进行和结果的正确性 试验前受试样品应进行规定的环境试验 通过环境应力筛选 剔除早期故障 为保证设备以高概率通过鉴定试验 进行鉴定试验产品的MTBF预计值 p必须大于或等于 o 5 1 5试验设备和仪器试验设备和仪器应能保证试验所需的环境试验条件和性能参数的检测要求 并按照要求进行定期校核和计量检定 且在计量合格有效期内 5 1 6故障报告 分析和纠正措施系统使用我公司的FRACAS闭环系统来收集可靠性验证试验期间出现的所有故障数据 分析这些故障发生的原因 采取纠正故障的措施 并作好记录 及时 准确的传递和组织管理 5 1 7故障分类及判定产品在规定的条件下 其一项或几项功能丧失 或其性能参数超出了产品技术条件中允许范围 或出现影响产品功能的机械部件 结构件或元器件的破损 断裂或损坏状态均判为故障 故障分类 可靠性验证试验期间发生的故障 按GJB451A分为关联故障和非关联故障 关联故障是指可以预期在以后的现场使用中会发生的故障 而非关联故障是指受试产品虽然在试验中出现故障 但在使用现场中不会发生的故障 所以由于试验的安装不当 意外事故或使用不当致使损伤产品 或由试验设备或检测仪器引起的产品故障及由于外加应力超过规定要求而引起的产品故障等均不是关联故障 关联故障进一步分为责任故障和非责任故障 责任故障 受试产品在可靠性验证试验中出现的关联独立故障以及由此引起的从属故障计为一次责任故障 是判决受试产品合格与否的依据 在计算MTBF验证值时应予以计入 责任故障包括 产品设计不当 制造工艺缺陷引起的故障 零部件设计不当 制造工艺缺陷引起的故障 软件错误导致的故障 试验期间若软件错误已纠正并证实无误 该软件错误引起的故障不算作责任故障 按组织提供的操作 维护 修理程序规定的步骤与方法正常使用 维护 修理时引起的故障 非责任故障 由于下述原因所引起的受试设备故障称为非责任故障 非责任故障不作为判决受试设备合格与否的依据 非责任故障包括 由独立故障引起的从属故障 由于试验室提供的设备故障或操作 维护 修理程序不当引起的故障 在产品中有规定使用期限的产品如机械部件 结构件或元器件等 超过规定更换期而未更换引起的故障 需事先说明不更换的原因 对故障原因明显并易纠正的系统性 非随机性 故障 采取了有效的纠正措施后 经验证有效 可按非责任故障处理 故障判定 故障判定一般可分为功能故障和参数故障 功能故障 丧失产品应有的一项或多项功能 参数故障 对产品的每个被测参数规定可接收的范围 当被测的任何参数永久地或间断地超出此范围时 就认为发生了一次故障 如果不只是一个参数偏离了规定的范围 且能证明不是同一原因使这些参数超出规定范围 则每种参数的偏离都认为受试产品发生了一次故障 如果若干参数偏离规定范围是同一原因造成的 则所有的偏离参数组合起来 认为受试产品发生了一次故障 5 2试验程序和要求5 2 1试验流程 见下页 5 2 2试验程序和要求5 2 2 1确定试验任务来源如果试验任务及方案已在合同或研制任务书中给出 则按其规定执行 若合同或研制任务书中没有规定 则由生产技术部门和使用方代表协商确定 5 2 2 2拟制产品可靠性试验大纲及其试验程序可靠性验证试验大纲 生产技术部门在试验前应会同使用方代表 根据产品研制任务书或合同的可靠性指标要求和本标准的规定 拟制可靠性验证试验大纲 大纲一般包括 试验的目的和要求 受试产品的技术状态要求 包括样机的研制阶段 环境试验和可靠性预计报告的结果 受试产品的组成 功能检查和性能测试项目及指标要求 测试时机和测试方法 试验剖面及应力施加 统计试验方案 受试样机数量 试验基本规则和故障判据 试验设备及检测仪器仪表的说明及要求 预防性维修及寿命器件的说明 试验时间 故障报告 分析及纠正措施记录与传递要求 可靠性试验程序 目的 参试单位 试验的组织机构及职责 受试样品的检查 试验设备和仪器仪表检查 试验应力的施加和监测 试验准备工作及评审 试验的执行及要求 试验中的检查和确认 试验数据的搜集 记录及要求 试验结束及评审 试验报告 5 2 2 3大纲审查 评审及审批质量管理部负责大纲的技术审查 必要时提交使用方代表审查 项目计划归口管理部门负责组织大纲的评审 可靠性验证试验大纲及试验程序的会签与批准按企标 技术文件管理和控制程序 的规定进行 产品按系统统一要求履行审批和上报手续 5 2 2 4成立试验组织可靠性验证试验前 成立由使用方代表 技术委员会 生产技术部门 质量管理部 承试方参加的联合试验小组 负责具体试验的组织和实施工作 技术委员会代表担任联合试验小组组长 并负责主持可靠性验证试验 生产技术部门参加并提供满足可靠性验证试验要求的受试产品 并为确保产品顺利进行可靠性验证试验提供技术保障 技术委员会负责试验条件监督 并提供相应的试验记录样式 质量管理部负责试验过程的监督 联合试验小组的职责 联合试验小组按照批准的 试验大纲 及 试验程序 的要求严格执行验证试验 其职责如下 确认提交试验的产品技术状态是否符合 试验大纲 的相应要求 检查试验前的各项准备工作 试验设备 测试仪器 受试产品 参试人员等 确认开始试验的条件是否具备 检查受试产品的安装方式是否满足施加环境应力的条件要求 负责处理试验日常事务及试验中关键节点的判定 审核试验过程中试验条件保证情况和试验数据记录 监督按试验大纲规定的预防性维修项目实施的维修和寿命件的更换 根据试验现场需要 对试验程序所作的临时性调整 确认是否符合 试验大纲 的要求 确认试验现场故障并填写相应的故障报告表 召集联合试验小组扩大会议 总结试验 讨