可靠性工程技术

1、 实用可靠性工程研讨班实用可靠性工程研讨班可靠性工程基础可靠性工程基础可靠性工程基础可靠性工程基础课程大纲课程大纲可靠性工程概述可靠性工程概述可靠性基本概念可靠性基本概念可靠性预计可靠性预计可靠性分析可靠性分析可靠性同测试的关系可靠性同测试的关系可靠性可靠性HALT试验试验可维护性维修保障性质量安全性效能技术性能人机交互性可信性可靠性可用性耐久性 国外可靠性发展现状 RAC 美国工业界美国工业界100家企业的可靠性工作调查结果家企业的可靠性工作调查结果排序排序工作名称工作名称开发开发1 1故障分析和纠正措施故障分析和纠正措施86862 2设计审查设计审查91913 3预计预计91914 4故障

2、模式影响及危害性分析( FM ECA)故障模式影响及危害性分析( FM ECA)90905 5LCC寿命周期费用分析LCC寿命周期费用分析89896 6对供应商的控制对供应商的控制70707 7器件控制器件控制63638 8高加速应力筛选试验( HASS)高加速应力筛选试验( HASS)66669 9热分析热分析86861010测试、分析和修理测试、分析和修理9090 国外可靠性发展现状 RAC 2001年美国工业界年美国工业界100家企业的家企业的 可靠性工程师年薪调查结果可靠性工程师年薪调查结果质量审计员$49,429.00质量工程师$56,367.00质量管理者$69,688.00质量技

3、术员$34,947.00可靠性工程师$69,130.00软件质量工程师$60,899.00课程大纲课程大纲可靠性工程概述可靠性工程概述可靠性基本概念可靠性基本概念可靠性预计可靠性预计可靠性分析可靠性分析可靠性同测试的关系可靠性同测试的关系可靠性可靠性HALT试验试验可用度（可用度（A-availability）：）： 产品在一未知时刻，需要执行任务时，处于可工作或可使用状态的概率。平均故障间隔时间（平均故障间隔时间（MTBF-mean time between failure）：）： 指相邻失效间隔工作时间的平均值。 平均失效前时间（平均失效前时间（MTTF-mean time to fail

4、ure） ： 表示观察到下次失效的期望的时间。平均拆卸间隔时间（平均拆卸间隔时间（MTBR-mean time between removals) ) 系统寿命单位总数与从该系统上拆下的产品总次数之比。平均修复时间（平均修复时间（MTTR-mean time to repair）：）： 是在规定的时间内，修复性维修所造成的累积工作时间除以在同一时间内所完成的修复维修活动总数得到的结果。 拆卸时间定位时间修理时间安装时间可靠度可靠度 R（t）：）： 在规定的条件下，规定的时间内，完成规定功能的概率。失效率（失效率（） 失效率1/MTBF 单位Fits 1Fits1109 1/h常见器件失效率（见

5、附件）可用度可用度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/（MTBFMTTR）使用可用度（含路途）、任务可用度（不含路途）返修率返修率 年返修率1/MTBF8760国内通信领域某高科技公司可靠性工作状况电子产品的失效特性曲线电子产品的失效特性曲线早期失效期偶发失效期耗损失效期tY生产阶段用户阶段用户阶段市场进入点1市场进入点2固有可靠性生产可靠性寿命的定义寿命的定义 寿命一般是针对不可修系统而言可修系统的使用寿命课程大纲课程大纲可靠性工程概述可靠性工程概述可靠性基本概念可靠性基本概念可靠性预计可靠性预计可靠性分析可靠性分析

6、可靠性同测试的关系可靠性同测试的关系可靠性可靠性HALT试验试验功能框图是最简单的一种图形描述方法。它描述了硬件单元间的电子物理连接关系，而不是SRMA要求的逻辑关系。它描述了数据或控制在系统中的流向，描述了各种单元彼此间是如何相互关联的。例如，下图给出了一个通讯系统简化的功能框图示例。ABC可靠性方框图(RBDs)通常用于表示系统的可靠性结构。RBDs是一种简单地表示所有可能的功能结构以及故障的单元对系统功能影响的图形方法。可靠性框图通常由表示基本的系统组成单元的方框组成。方框图通常都有一个起点和一个终点。其中至少要有一条从起点到终点的路径是通的，且没有通过一个故障的单元，系统才是正常的。以

7、下是最常见的基本结构(串、并联)RBD示例。AABC可靠性分解分配可靠性分解分配按照重要程度按照复杂度器件级指标预计方法器件级指标预计方法元器件计数法（计数法）40环境温度50%电应力元器件有限应力法（应力法）所有应力情况BELLCORE(TR-332)方法I情况1和情况2BELLCORE(TR-332)方法I情况3快告诉我选哪种方法可靠性指标预计开展阶段可靠性指标预计开展阶段计数法：产品早期的可靠性摸底应力法：系统详细设计阶段的可靠性评估和验证预计内容：MTBF、失效率、返修率、可用度练习练习系统M的器件使用情况如下表，请计算M的MTBF，A和年返修率注：注：MTTR=1小时小时器件种类器件

8、数量单个器件失效率（单位：Fit）电阻1502电容2002电感256接插件350集成电路5400其他10100器件种类器件数量单个器件失效率（单位：Fit）失效率总和电阻1502300电容2002400电感256150接插件350150集成电路54002000其他101001000总计4000MTBF=1/4000 109 =250000小时28.54年A250000/（2500001）99.9996%返修率1/25000087603.5可用度MTBFMTTR0.99999938年20分钟0.999993年20分钟0.999991.9年10分钟0.999991年5分钟0.9999138天20分

9、钟0.999969天10分钟0.999934天5分钟可用度、MTBF、MTTR三者之间的关系可用度、MTBF、MTTR三者之间的关系元器件种类1、考核点元器件降额的主要应力参数2、考核原则元器件应力参数降额的原则3、考核点的测试与计算元器件降额的主要应力参数的测试或计算方法4、填写表格该类元器件在Checklist表格中需要填写的内容元器件降额元器件降额降额是有限度的在元器件的最佳降额范围内降额是收益最大的在元器件最佳降额范围内，工作应力的降低对其失效率的下降有显著的改善，且设计易于实现，不必在体积、成本等方面付出大的代价超过最佳范围的更大降额，收益较小超过最佳范围的更大降额，元器件可靠性改善

10、的相对效益下降。而设备的体积、成本等却会有较快的增加。过度的降额可能会带来新的问题有时过度的降额会使元器件的正常特性发生变化，甚至可能找不到满足产品或电路功能要求的元器件；过度的降额还可能引入元器件新的失效机理，或导致元器件数量不必要的增加，结果反而会使设备的可靠性下降降额量值不应绝对化降额是多方面因素综合分析的结果某些情况下，超过本规范所提出的降额量值的选择可能是合理的对于元器件的降额，尤其是微电路、大规模集成电路的降额，参照厂家提供的降额资料是非常有益的。类型降额参数考核原则固定纸/塑料薄膜0803 穿芯电容器0808 固定陶瓷型（通用）0807 固定陶瓷型（温补）0807 固定陶瓷型（片

11、状）0807工作电压 最高壳温60 Tmax-10固定钽电解电容（片状，电源滤波） 0802工作电压 最高壳温 反向电压（，最大正向额定直流电压）50 Tmax-20 2固定铝电解电容（通用） 0801工作电压 最高壳温70 Tmax-20可变电容器0809工作电压 最高壳温60 Tmax-10对于固定钽电解电容器（1）通常不允许施加反向电压。特殊情况下：25时不能超过最大额定电压值的15；55时不能超过10；85时不能超过5；125时不能超过1。（2）通常钽电容器应用于电源滤波电路时，工作电压至少应降额 50；当应用于非电源滤波电路时，工作电压至少应降额70，为限制冲击电流，串联保护电阻对降

12、低固体钽电解电容器的失效率至关重要，同时可防止电容器短路时对设备造成危害在工作电压低于 30V时，串联电阻的推荐阻值为3 欧姆/伏特，当工作电压大于30V时，串联电阻的推荐阻值为 6 欧姆/伏特。若串联电阻影响器件的性能，则应考虑更大的电压降额； 除了接口、防护部分的去耦电容，通常的去耦电容可以满足电压降额要求，可不考虑。元器件降额要求电容课程大纲课程大纲可靠性工程概述可靠性工程概述可靠性基本概念可靠性基本概念可靠性预计可靠性预计可靠性分析可靠性分析可靠性同测试的关系可靠性同测试的关系可靠性可靠性HALT试验试验FMEA（故障模式影响分析）（故障模式影响分析）Failure Mode Effe

13、ct Analysis 分析系统中每一产品所有可能产生的故障模式及其对系统造成的所有可能影响，并按每一个故障模式的严重程度、检测难易程度以及发生频度予以分类的一种归纳分析方法。可靠性分析方法FMEA介绍FMEA在可靠性工程中所处的位置：可靠性工程可靠性计算可靠性分析可靠性管理可靠性试验FMECAFMEA的历史1963年为NASA的Apollo计划设计1976年在福特汽车公司得到进一步的应用1986年在汽车行业强制应用现在已经有一些质量管理系统中包含FMEA内容,有相关标准,一些行业强制执行FMEA的意义的意义 能帮助设计者和决策者从各种方案中选择满足可靠性要求的最佳方案； 保证所有元器件的各种

14、故障模式及影响都经过周密考虑； 能找出对系统故障有重大影响的元器件和故障模式，并分析其影响程度； 有助于在设计评审中对有关措施（如冗余措施）、检测设备等作客观的评价；FMEA的意义（续）的意义（续）能为进一步定量分析提供基础； 能为进一步更改产品设计提供资料； 能为产品可测试方案提供基础材料； 能为技术支援人员提供维修指南； 为基于故障模式的测试提供依据。FMEA的层次的层次信号级：对接口信号或某些特殊器件的分析器件级：对系统内功能模块的可靠性分析系统级：对系统的整体可靠性分析FMEA的分析方法的分析方法硬件法：历史数据收集、标准、RELEX等工具、元器件供应商功能法：产品功能模块划分严酷度严

15、酷度 在某些系统中，最终影响的严重程度等级又称为严酷度（有时也称为严重度，系指故障模式所产生后果的严重程度）类别。 严重程度等级（严酷度类别）定义应考虑到故障所造成的最坏的潜在后果来确定。 严酷度的定义是FMEA的前提和基础，有了共识的严酷度才可以保证FMEA的顺利开展和问题的落实。功能和可靠性框图功能和可靠性框图站在客户角度！站在客户角度！“单点故障的定义”环境定义环境定义风险分析风险分析 风险分析的目的是按每一故障模式的严重程度及该故障模式发生的概率所产生的综合影响对系统中的产品划等分类，以便全面评价系统中各种可能出现的产品故障的影响，它是一种相对定量的分析方法，通常借助图形工具（如矩阵图

16、）来辅助分析。 风险分析常用的方法有两种，即风险优先数（Risk Priority Number，RPN）法和危害性分析（Criticality Analysis）法 前者主要用于汽车等民用工业领域，后者主要用于航空、航天等军用领域。在进行风险分析时可根据具体情况选择一种方法。FMEA分析表格分析表格编号器件名称所属功能单元失效率失效模式失效比例局部影响对功能单元的影响对系统的最终影响严酷度已有的检测方法已有的补偿措施建议改进措施备注故障处理故障处理 故障检测故障检测 故障定位故障定位 故障隔离故障隔离 故障恢复故障恢复故障检测故障检测 故障检测是指明确到故障已经发生的过程，是故障处理流程的前

17、提。 这里提到的检测一般是指系统在故障发生后的自动的检测，一般不需要人进行操作。 在进行故障检测的时候需要结合软、硬件故障检测方法。 某些故障可能需要多次检测确认，避免进行误告警和误操作故障定位故障定位 故障定位是指将故障定位到现场最小可更换单元的过程，是故障维修的基础。 故障定位的目的是为了便于维修工程人员进行现场的故障维修和返修件的故障处理。故障隔离故障隔离 故障隔离一般是将故障限定到可更换单元内部的过程。故障隔离的目标是将故障能够限定在越小的功能单元。 故障隔离是为了将故障的影响范围限制在尽可能小的范围之内。 故障是无法避免的，如何将故障产生的影响降到最低，是故障隔离所要考虑的关键。故障

18、恢复故障恢复 故障恢复是将系统的功能状态恢复到故障发生前状态的过程，是客户最关心的也是系统稳定运行的关键步骤。 常用的故障恢复手段有复位、冗余倒换、重发等。 故障恢复尽量需要做到自动进行，以降低对用户的影响。可靠性分析方法FMEA介绍5、FM EA成功的关键1、领导的重视程度；愿意投入人力、将FMEA工作列入硬件开发计划中。2、最熟悉产品的人员的参与；测试人员、设计人员，专职的人员和专门的时间；3、可靠性设计人员的引导；培训、引导、审核把关4、元器件故障模式、故障原因的收集整理；可靠性分析方法FMEA介绍3、FM EA与测试的关系案例2：硬盘故障造成话单丢失单元名称故障模式故障影响对系统影响故

19、障等级建议采取措施硬盘损坏一月话单丢失一月话单丢失II 类故障 冗余设计某地某产品发生计算机硬故障，硬盘损坏，造成本月的话单全部丢失，局方表示：如果不能恢复话单，将索赔。产品工程部处理意见：将问题反馈到开发部，能否将系统做成双硬盘，以提高系统的可靠性样例：样例：多系统槽位ID识别案例电脑键盘案例FTAFTA故障树分析故障树分析从上致下的过程简单系统适用课程大纲课程大纲可靠性工程概述可靠性工程概述可靠性基本概念可靠性基本概念可靠性预计可靠性预计可靠性分析可靠性分析可靠性同测试的关系可靠性同测试的关系可靠性可靠性HALT试验试验可靠性分析方法FMEA介绍3、FM EA与测试的关系FMEA与测试的关

20、系2、FMEA分析方法与测试相互补充测试由于时间关系不可能测试所有的部件失效，道理上也不必这么做。但可以通过FMEA对产品系统地分析，看各种故障模式对产品的影响，对于重要的故障模式造成的重大影响可以通过测试来印证，并探寻解决途径。1、二者是相通的、相似的正规检视的所有条目从道理上而言都可以作为器件、单元、信号的故障模式或故障原因进行FMEA分析，而分析的结果就是遵照规范执行；单板硬件设计审查的思路与FMEA相似，审查人员具备FMEA的朴素思想，区别在于没有使用FMEA的表格。3、FMEA分析对熟悉系统，确定测试计划是有帮助的通过FMEA分析，可以帮助相关人员更好的熟悉系统，针对分析中的系统薄弱

21、环节增加测试内容。可靠性分析方法FMEA介绍3、FM EA与测试的关系5、FMEA是一种更具系统性的可靠性分析方法单板硬件设计审查依赖于审查人员的个人经验，对以前碰过问题的地方会着重评审，而不可能对所有的器件的所有故障模式进行分析，而恰是一些我们忽视的地方造成了系统的单点故障。FMEA通过穷举的方法可以系统地考虑所有的器件、单元的所有故障模式，发现薄弱环节。FMEA与测试的关系4、FMEA分析和测试的侧重点不同FMEA分析侧重于系统地分析每个器件、单元的故障模式，发现薄弱环节；测试主要目的是测试器件、单元的功能和性能指标、信号质量。测试独立的必要性测试独立的必要性研发和测试是矛盾对立，相互支持

22、和牵制的部门团队有利于发现产品缺陷有利于责任明确站在不同的立场对质量把关，最终提供高可靠性产品性能测试性能测试容限测试容限测试 指使系统正常工作的输入允许变化范围。容限测试的目的是通过测试明确知道我们的设备到底在什么样的条件范围下能够正常工作，薄弱环节到底在哪里。 能否发现和验证器件降额的问题，系统工作允许范围内的临界点上的性能。容错测试容错测试FIT 指通过冗余设计等手段避免、减小某些故障对系统造成的影响以及在外部异常条件恢复后系统能够自动恢复正常的能力。容错测试的目的是要检验系统对异常情况是否有足够的保护，是否会由于某些异常条件造成故障不能自动恢复的严重后果。 容错测试的一般方法就是采用故

23、障插入的方式，模拟一些在产品使用过程中可能会产生的故障因素，进而考察产品的可靠性及故障处理能力的一种测试方法。容错测试容错测试FIT 容错测试项目的来源主要是通过FMEA获得，是验证FMEA分析结果的一种手段。而且某些通过FMEA分析无法准确获得结论的项目也要通过FIT来进行模拟。 容错测试还包括的另外一个主要内容就是操作方面的，主要模拟在用户使用不当的时候系统的容忍错误的能力。容错测试容错测试FIT 容错测试一般允许出现一些功能异常，但是不能出现功能丧失或故障扩散等严重的安全隐患。 常用的故障插入测试方法有时钟拉偏、误码插入、电源加扰等，常用测试工具有些是专用的，有些是内部开发的。 通过容错

24、测试，还可以确定在产品的实际应用过程中哪些错是易产生的，哪些错是可以避免的，以尽量减少损失。 容错测试的测试项目由来容错测试的测试项目由来 基于FMEA分析！ 验证产品中故障影响不能确定的项目验证随机出现的故障现象验证FMEA分析更改的项目测试问题的危害确认测试问题的危害确认站在用户的角度看待测试问题，小问题也是问题。 产品的最终使用者是用户 对于一个疑点是否属于问题，最有发言权的是用户 测试工程师应该站在用户的角度来看待每一个小问题，假设用户看到问题表现后的反应测试问题的界别划分测试问题的界别划分 致命：引起系统死机或系统崩溃的问题 严重：引起系统某一功能失效且不能简单恢复（如插拔单板）的问

25、题 一般：引起系统某一功能失效但可简单恢复或较难重现的问题 提示：从操作或维护的角度发现的问题或建议测试问题的种类确认测试问题的种类确认 可重现问题每次重现（每次测试故障现象均会重复发生的问题）偶尔重现（不定期出现的问题，暂时没有发现触发条件） 不可重现问题 问题只出现过一次，在后续的测试过程中没有再次发生测试问题的定位测试问题的定位 定位方法自动定位系统通过自动检测等手段，可以直接产生相关告警人为定位指通过人的现场观察或是借助一定的测试手段可以即可定位。不可定位指在现场无法定位，需要借助专用的测试工具，或是专业的人员才有可能定位的问题 恢复方式自动恢复、手动恢复、不可恢复（定义参考定位方法）

26、测试问题反馈方式和注意事项测试问题反馈方式和注意事项 测试工程师发现的任何问题都应该以问题反馈单的形式反馈 尽量不要测试人员直接协调开发人员解决问题，如果是为了保留测试环境或解决某些难以重现的问题，可以先通知开发人员了解故障现象，同时需要尽快补交问题反馈单。 问题反馈时应尽量将故障现象、触发条件、环境因素、组网情况等信息描述清楚，以便问题的处理 养成保留现场的习惯。测试问题跟踪和解决流程测试问题跟踪和解决流程 测试工程师提交问题反馈单 测试经理审批，并转给相应处理部门经理 受理部门经理审批，转给开发工程师处理 开发工程师处理问题，并返还受理部门经理审批 返还测试经理审批 测试经理返回测试工程师

27、 测试工程师回归测试问题反馈注意事项问题反馈注意事项 流程中间的任何环节都可以通过正当的理由返回上一级处理 禁止跨流程，跨人员审批 每个环节都应该有相应的时间要求，不允许无故拖延时间 测试人员在进行回归测试时要严格把关，问题处理流程不可以随便关闭 流程处理过程中对事不对人，要按照事实说话 问题报告单应该作为测试人员测试绩效考核的一部分遗留问题处理遗留问题处理 遗留问题是指测试过程中发生的并且在测试报告时仍没有得到解决的测试问题。测试报告时已经得到解决，并已经过回归验证的测试问题不记入其中。 遗留问题的划分需要非常谨慎，必须是长时间无法重现的问题，或者由于某些特定的因素（成本等），且问题并不严重的才可以通过流程中各环节人员的认可被列为遗留问题。 遗留问题需要定时跟踪清理，且对于一款产品需要制定一个遗留问题的数量限制。遗留问题处理遗留问题处理 即使是遗留问题也要明确跟踪的责任人 遗留问题是可以在后续被重新激活的，一旦问题重现或者条件允许，需要重新激活解决市场规模应用跟踪市场规模应用跟踪 产品推向市场后需要持续跟踪产品的质量问题，并建立相应的流程，所有在市场上出现的问题必须有专人跟踪，并对照测试报告，以确定是否是试验室出现过的问题，分