制造过程中的可靠性

1、制造过程中的可靠性 制造与可靠性的关系 影响制造中可靠性的因素 提高制造中可靠性的方法 制造与可靠性的关系 一个良好的产品，由于生产质量差，在使用过程中可能不可靠， 这是人们的常识。 制造过程：把体现在纸面上的设计意图转变为具体产品的过程。 一般指从原材料投入到成品出产的全过程，通常包括工艺过程、 检验过程、运输过程、等待停歇过程和自然过程。工艺过程是生 产过程的最基本部分。对于机械制造工艺过程，一般可划分为毛 坯制造、零件加工和产品装配三个阶段。 原则上讲，正确设计、正确制造的产品在正常的使用中是不会失 效的。但是，所有的人工过程都是可变的，自动化的过程也是可 变的，外购的零部件和材料也存在

2、可变的特性。 生产实践表明，在质量管理中，质量波动（或质量变异）是不可 避免的。加强制造现场的质量管理可以减少波动，但要消除质量 波动是不可能的。生产质量控制主要关心的是以费用效能最好的 方式测量控制并尽量减少这些变异。 为了切实保证制造质量符合设计的质量要求，力求减少产品质量 的波动，一般采用制造现场质量管理的方法，制造现场的质量管 理的核心是工序质量控制。 制造与可靠性的关系 过程变异类别过程变异类别 没有两件产品或特性是完全相同的，因为任何过程都有存在许 多变差的原因。产品间的差距也许很大，也许小得无法测量，但 这些差距总是存在的。位于规定的公差的范围的零件是可接受的 ，超出规定公差范围

3、之外的零件是不可接受的；然而，在管理任 何一个过程减少变差时，都必须追究造成变差的原因。 引起质量波动的变异可以分成两类，即正常原因（偶然因素变异 或普通原因变异）和异常原因（系统因素变异或特殊原因变异） 。 影响制造中可靠性的因素 正常原因（偶然因素变异或普通原因变异） a)不可避免的原因，是属于控制状态下的变异，这种原因对过程响 程度很小，不值得调查、不值得改善，如果要去改善，成本很高； b)正常波动服从统计规律； c)偶然性因素引起的差异为随机误差。 影响制造中可靠性的因素 异常原因（系统因素变异或特殊原因变异） a)可避免的，属人为因素造成，必须彻底追查原因采取措施，这种 原因对过程影

4、响很大，会造成很大的损失（如使用失效的仪器测量 ，测量的方法不对或使用未经培训的人员测量等； b)异常波动没有统计规律； c)系统性因素引起的差异为条件误差。 影响制造中可靠性的因素 正常原因与异常原因的区分正常原因与异常原因的区分 正常原因与异常原因都影响着产品的质量波动，但由于对待两种原 因的方法不一样，在生产过程中如何快速区分两种原因引起的质 量波动，对生产的高效性有着很重要的影响。 区分方法主要是利用统计过程控制（简称SPC）。 影响制造中可靠性的因素 统计过程控制（SPC）是一种借助数理统计方法的过程控制工具。 它对生产过程进行分析评价，根据反馈信息及时发现系统性因素出 现的征兆，并

5、采取措施消除其影响，使过程维持在仅受随机性因素 影响的受控状态，以达到控制质量的目的。它认为，当过程仅受随 机因素影响时，过程处于统计控制状态（简称受控状态）；当过程 中存在系统因素的影响时，过程处于统计失控状态（简称失控状态 ）。由于过程波动具有统计规律性，当过程受控时，过程特性一般 服从稳定的随机分布；而失控时，过程分布将发生改变。 影响制造中可靠性的因素 工序能力分析工序能力分析 所谓工序能力是指处于稳定状态下的实际加工能力。其具备以下几 个方面的条件： 1）原材料或上一道工序半成品按照标准要求供应； 2）本工序按作业标准实施，并应在影响工序质量各主要因素无异 常的条件下进行； 3）工序

6、完成后，产品检测按标准进行。 总之，工序实施以及前后过程均应标准化。在非稳定生产状态下的 工序所测的工序能力是没意义的。 影响制造中可靠性的因素 工序能力的测定一般是在成批生产状态下进行的。工序满足产品质 量要求的能力主要表现在以下两个方面： 1) 产品质量是否稳定； 2) 产品质量精度是否足够。 因此，当确认工序能力可以满足精度要求的条件下，工序能力是 以该工序产品质量特性值的变异或波动来表示。产品质量的变异可 以用频数分布表、直方图、分布的定量值以及分布曲线来表示。 影响制造中可靠性的因素 在加工过程中影响工序能力的因素，主要有以下6个因素（5M1E分析 法）： a) 人（Man/Manp

7、ower）：操作者对质量的认识、技术熟练程度、 身体状况等； b) 机器（Machine）：机器设备、工夹具的精度和维护保养状况等； c) 材料（Material）：材料的成分、物理性能和化学性能等； d) 方法（Method）：这里包括加工工艺、工装选择、操作规程等； e)测量（Measurement）：测量时采取的方法是否标准、正确； f) 环境（Environment）：工作地的温度、湿度、照明和清洁条件等； 影响制造中可靠性的因素 提高制造中可靠性的方法 生产过程可提高靠性的基本环节是： 设计符合性控制 工艺可靠性控制 筛选与老炼 可靠性验收 提高制造中可靠性的方法 设计符合性控制设计

8、符合性控制 设计符合性控制就是在生产过程中采用质量控制措施，是产品制 造严格符合设计图纸与制造、试验、验收技术条件以及有关的设计 文件要求。 设计符合性控制的主要途径是： 1.工艺规程、作业卡、质量控制文件必需符合设计图纸与制造、试 验、验收技术条件的要求，并随设计定型一同定型； 2.超差、代料处理必须以不引人降低产品可靠性的因素为原则； 3.原材料、元器件、外协外购件必须经过复检、复试，确保符合设 计要求； 提高制造中可靠性的方法 4.产品检验、试验的方法、程序、判据必须符合设计需求； 5.工艺装配、工夹量具、试验设备以及工作介质等必须经过鉴定合 格，并坚持定期维护保养，为符合设计要求提供保

9、证； 6.生产、测试人员技术等级应经考核，保证生产与操作质量符合设 计要求； 7.制造、装配、调试、试验的工作环境必须符合设计要求，并建立 环境管理制度； 8.制造部门应与设计部门配合，实行技术状态控制，确保对设计文 件更改、专项记录更改、产品更改的控制得到实际兑现。 工艺可靠性控制工艺可靠性控制 工艺方法不当将会引入使产品可靠性下降的系统性因素，因此工 艺可靠性控制是实现设计可靠性的根本环节。主要途径： 1.通过工艺可靠性研究与试验，以及工艺FMEA，识别由于工艺因 素引起的工艺性故障、缺陷，从而对不同的工艺方案进行比较，优 选采用先进的可靠的工艺方法； 2.工艺方法一旦选定，就要维持工艺稳

10、定，保持工艺规程的稳定性 ，如有特殊原因需要更改工艺规程，必须经过评审，以确保这种更 改对产品的可靠性、维修性、安全性不产生任何影响； 3.严格工艺管理，杜绝违反工艺规程或工艺操作差错，保证工艺兑 现率达到100%； 4.设置工序检验点，控制不合格率，最大限度的减少工艺缺陷。 提高制造中可靠性的方法 筛选与老炼筛选与老炼 由于生产过程中生产条件、工艺条件、原材料、元器件等总是实 际存在着某些随机波动，这使生产出来的产品可能潜在着某些缺陷 ，从而引起早期失效。因此在出厂前，必须通过筛选来剔除早期失 效的产品。 筛选只能提高交付批中合格品的比例，而由于交付批产品的设计 与工艺并未改进，所以不能提高

11、产品固有可靠性。如果通过筛选针 对暴露出的故障采取设计或工艺改进，则可提高下一批的固有可靠 性。 提高制造中可靠性的方法 筛选的一般方法 1.性能参数测试筛选 元器件、原材料的性能参数可能由于存在某种缺陷而产生漂移 ，可通过性能参数测试筛选加以剔除。 假设性能参数服从正态分布，设计规定的性能参数容差限按“3” 限准则给出，于是经测试，凡性能参数超出此容差限者判为失效 。 2.检查筛选 a.目视检查筛选；b.X射线检查筛选；c.颗粒碰撞噪声检查筛选； d.密封性检查筛选。 提高制造中可靠性的方法 3.环境应力筛选 环境应力筛选就是施加较严苛的环境应力如振动加速度、离心 加速度、变频振动、疲劳振动

12、、机械冲击、热冲击、温度循环等， 以暴露元器件、组件、整机内部缺陷，并加以剔除。 4.老炼筛选 电子元器件及设备如果性能稳定性较差，则需要进行老炼，即令 元器件或设备在额定工况或加严工况下工作一段时间，使其性能稳 定，然后才投入使用，如果老炼后人不能获得稳定状态的产品应剔 除。 提高制造中可靠性的方法 环境应力筛选 实践表明，对于激发缺陷而言，温度循环加随机振动最为有效， 这是因为温度循环采用了高变温度，产品在较大热应力作用下使 缺陷尽早暴露；而随机振动是在整个振动时间内对每个频率同时 激振，有充分时间对有缺陷的器件激起共振，促使缺陷尽早暴露 。避免了单频正弦扫描须频率从低到高又从高到低的依次

13、激振， 在整个振动时间内分摊到每个频率的激振时间很短，不足以引起 共振，从而不易激发缺陷。20世纪70年代末，美国海军首先推行 了这种混合式环境应力筛选。 提高制造中可靠性的方法 1.环境应力筛选方案 主要内容包括： a.确定筛选对象的级别，即筛选是在元器件、单板级、组件级、 整机级上进行； b.确定高低温与随机振动的量级、持续时间、温循应力与随机振动 应力的施加顺序； c.制定筛选工作程序； d.规定筛选过程应力参数及性能参数检测方法。 提高制造中可靠性的方法 2环境应力筛选条件 确定环境应力筛选条件主要原则是： a.有利于剔除早期失效产品，能够高效激发缺陷，因此不强调环 境应力要与真实使用

14、应力相同，这一点和环境考核不相同，也与可 靠性增长试验不相同； b.施加环境应力不应损坏本无缺陷的产品，即不引入使用条件以 外的失效机理； 提高制造中可靠性的方法 3.环境应力筛选程序 1）筛选前准备 a.接受筛选的产品应为出厂前检验的合格品； b.接受筛选的产品应维持其处于对筛选效果有利的技术状态； c.接筛选方案提前检查高低温箱、随机振动台及有关辅助设备、 监测设备的完好性和适用性； d.对接受筛选的产品性能进行初始测量。 2）进行筛选 按筛选方案进行筛选 提高制造中可靠性的方法 3）筛选后处理 a.应对筛选后产品进行性能复测，与初始测量结果比较，判断筛 选效果； b.对于筛选结果应按故障报告、分析、纠正措施系统要求进行故 障报告、分析采取排除故障措施，并向设计部门反馈。 提高制造中可靠性的方法 可靠性验收可靠性验收 可靠性验收是生产阶段的可靠性验