可靠性工程可靠性试验概述课件

1、第六章 可靠性试验及评定概述产品生产出来以后，其可靠性是否达到定量要求，必须通过可靠性试验予以验证，同时，在设计和生产过程中可能存在这样或那样的可靠性缺陷，通过可靠性试验，可以暴露设计、工艺、材料等方面存在的可靠性缺陷，从而采取措施加以改进，使可靠性逐步增长，最终达到预定的可靠性水平。可靠性试验目的可靠性试验可靠性试验的分类，一般有以下几种：按试验项目分，筛选试验；环境应力试验；寿命试验。可靠性试验按试验对象分元、器件及原材料可靠性试验；组件或部件可靠性试验；产品可靠性试验。按试验性质分破坏性试验；非破坏性试验。可靠性试验按试验地点分现场可靠性试验；实验室可靠性试验。按试验的应力和强度分恒定应

2、力试验；步进应力试验；序进应力试验；加速应力试验。可靠性试验按试验所处阶段分可靠性研制试验 通过对产品施加环境应力、工作载荷，寻找产品中的设计缺陷，以改进设计，提高产品的固有可靠性。可靠性增长试验 通过对产品施加模拟实际使用环境的综合环境应力，暴露产品中的潜在缺陷并采取纠正措施，使产品的可靠性达到规定的要求。可靠性试验按试验所处阶段分可靠性鉴定试验 模拟实际使用环境，对产品施加工作应力，验证产品设计是否达到规定的可靠性要求。可靠性验收试验 模拟实际使用环境，对产品施加工作应力，验证批生产产品的可靠性是否保持在规定的水平，即产品经过生产期间的工艺、工装、工作流程变化后的可靠性。可靠性试验分类浴盆

3、曲线与可靠性试验浴盆曲线可靠性试验的要素故障判据试验剖面任务剖面：对产品在完成规定任务的这段时间内所要经历的全部重要时间和状态的一种时序描述。试验剖面：供试验用的环境参数与时间的关系图试验应力环境越恶劣可靠性越差温度应力会提高产品的故障率振动应力会加速产品的疲劳湿度和化学应力会缩短产品的寿命环境应力和可靠性一般是指数关系温度-Arrhenius振动-Coffin-Manson湿度和其他-Eyring在常规应力条件下进行试验可以真实地模拟现场使用情况-常规试验有意施加恶劣的环境应力进行试验可以高效地暴露产品缺陷-加速试验。常规可靠性试验环境应力筛选试验ESS可靠性增长试验RGT可靠性鉴定试验RQ

4、T环境应力筛选试验（ESS）（一）可靠性筛选1、可靠性筛选的效果1）筛选剔除率Q不能简单地以剔除率高低来评价筛选方法优劣，剔除率太高，有可能是产品存在着严重缺陷，但也可能是筛选应力过高；剔除率很低，有可能是产品缺陷少，但也可能是筛选应力太小或试验时间不足所致。（一）可靠性筛选1、可靠性筛选的效果2）筛选效果一般通过设计良好的工艺筛选程序的产品和未经筛选的产品相比，其失效率大致可有半个至一个数量级的改善，个别可达2个数量级。（一）可靠性筛选1、可靠性筛选的效果在评价筛选方法时，要把剔除率和筛选效果结合起来。例如取同样Q值，则大的筛选方法为优；而得到同样的值，Q值小的筛选方法好。（一）可靠性筛选2

5、、可靠性筛选的方法1）测试筛选初始参数筛选（分布截尾筛选）目的是为了获得参数与设计要求相适应的产品，剔除那些超出容差极限值的产品。首先要确定被筛选对象的哪些参数直接影响系统的可靠性，以及为保证系统可靠性应规定的容差极限值，由此定下参数的筛选项目和合格标准。筛选对象应为设计、工艺相当稳定条件下生产的产品，因此，其各项参数应服从正态分布。（一）可靠性筛选2、可靠性筛选的方法1）测试筛选线性判别筛选先对批产品作摸底试验，通过计算建立线性判别数据，然后根据每个被判产品的原始数据和试验一段时间后的测试数据，来判断是否应淘汰。该方法的基础是建立线性判别式，式中含有对产品有显著影响的各参数（判别因子）和判别

6、因子在寿命中所起影响的程度。（一）可靠性筛选2、可靠性筛选的方法2）检查筛选目镜筛选包括用肉眼、放大镜或显微镜检查筛选，花费少，收效大。红外线非破坏性检查筛选用红外扫描显微镜对元器件在工作时的热分布作检查。可检查热设计是否合理和工艺是否有缺陷，可灵敏地检查出过热点及是否有虚焊。不足之处是只能检查暴露出来的表面，不能检查外壳内的热分布，被检查表面有塑料时检查也要受影响。（一）可靠性筛选2、可靠性筛选的方法2）检查筛选X射线非破坏性检查筛选可发现成品内的缺陷，如装配不良、焊料过多或过少以及多余物等。美军标准规定，宇航级半导体器件都要100进行此项筛选。颗粒碰撞噪声检测用来发现产品内部是否存在多余物

7、或有结合不良之处。其原理是检查试件在振动或冲击情况下是否内部有颗粒碰撞而发出的噪声。优点是能发现更小的粒子和X射线能穿透的粒子。已有设备可测出重量小于1g和直径小于25m的松散粒子。（一）可靠性筛选2、可靠性筛选的方法2）检查筛选密封性检查筛选用来剔除泄漏率超过规定值的产品。根据泄漏率要求可选择液浸检漏法、氦质谱检漏法、放射性示踪检漏法和湿度试验法等。参数测试筛选包括一般参数和一些特殊参数的测试。例如，热稳定试验、电压拉偏试验等。（一）可靠性筛选2、可靠性筛选的方法3）环境应力筛选力学环境应力筛选有振动（包括振动疲劳、扫描振动或随机振动）、冲击和离心加速度等项目。气候环境应力筛选有温度循环、温

8、度冲击、恒温恒湿、潮热交变、低气压和高低温测试等。特殊环境应力筛选有高温、高压、高真空、辐射等。环境应力筛选试验环境应力选择环境应力选择ESS机理和基本方法ESS振动剖面温度循环剖面（一）可靠性筛选2、可靠性筛选的方法3）环境应力筛选混合环境应力筛选有电和振动、冲击混合应力；电温度循环、湿度和振动混合应力等，比单应力筛选要有效得多。（一）可靠性筛选2、可靠性筛选的方法4）寿命筛选（老炼筛选）贮存筛选包括高温贮存。工作寿命筛选包括静态、动态工作等。（一）可靠性筛选2、可靠性筛选的方法5）破坏性筛选为适应特殊环境需要，对有的批产品还需作抽样的破坏性筛选试验，以代表批产品的环境适应性，包括有盐雾、油

9、雾、潮湿、焊接强度、热疲劳、引线疲劳和高温高压等。（一）可靠性筛选2、可靠性筛选的方法大体上分为两类：一类是一般产品都可运用的，如：检查筛选、高温贮存、功率老炼、密封检漏等。另一类则需要针对产品的某失效模式而采用，如：内潮试验可剔除线包内有潮气的继电器，三次谐波法可剔除接点已长有机膜的继电器，大电流冲击可发现内引线焊接不良的半导体分立器件等。总之，统一的筛选条件只能解决一般问题，要解决特殊失效模式带来的问题，就要制定高效的、特殊的筛选方法。（一）可靠性筛选3、筛选方案设计原则1）要有效剔除早期失效产品，但不应使正常产品提高失效率；2）为提高筛选效率，可使用强应力筛选，但不应使产品因此而产生新的

10、失效模式；3）筛选项目和应力不必只是模拟使用情况，有些项目和应力可以是使用中不可能出现的，其目的仅是为了暴露工艺上的缺陷；4）试验设计前，设计者必须对元器件的正常筛选效率有所掌握。如果筛选结果并不令人满意，则筛选方案应重新拟定；（一）可靠性筛选3、筛选方案设计原则5）试验程序必须是加应力筛选在前，检查测试性筛选在后。如筛选项目的次序与失效有关，要选择能暴露失效的最佳顺序；6）对被筛选对象可能的失效模式有所掌握；7）为制订合理和有效的筛选方案，必须了解有关元器件特性、材料、封装及制造技术；8）将不可靠产品淘汰在上机前，以减少不必要的损失。（一）可靠性筛选4、电子元器件老炼电子元器件经筛选后已可正

11、常工作，但它的参数、性能不一定稳定，往往需要存放一段时间或通电工作一段时间后，其参数才能稳定。使性能、参数稳定的过程叫老炼。某种元器件上机前是否要进行老炼，主要取决于这种元器件的参数漂移是否影响使用可靠性（与失效判据联系起来）。（二）环境适应性试验1、环境条件的分类1）气候条件：包括温度、湿度、气压、风、雨、水、露、霜雪、沙尘、盐雾、油雾、游离气体和其它有害气体等因素，可导致产品电性能改变、材料腐蚀和机械损伤；2）力学条件：包括振动、冲击、离心、碰撞、跌落、静力负荷、失重、声振、爆炸、冲击波等，可导致产品结构损伤、材料断裂或疲劳、引线断开等；（二）环境适应性试验1、环境条件的分类3）生物条件：

12、包括霉菌、昆虫、啮齿动物等。霉菌吞啮、繁殖、吸附水分和分泌酶，使所有有机材料和部分无机材料强度降低，介质损耗增大，金属腐蚀，白蚁、木蜂、老鼠咬坏电缆，排出粪便造成短路；（二）环境适应性试验1、环境条件的分类4）辐射条件：包括太阳紫外线辐射引起材料老化，核爆炸环境的中子辐射引起永久性损伤， 辐射引起瞬时效应，造成电子元件失效，空间带电粒子可使卫星用电子元器件损坏；5）电磁条件：包括电场、磁场、闪电、雷击、电晕、核爆炸产生的电磁波，以及电子设备内部、外部的电磁干扰等。（二）环境适应性试验2、环境试验的方法1）现场使用试验现场使用试验可真实地反映产品在实际使用条件下的可靠性，同时，也是检验人工模拟试

13、验准确性的依据，因此，现场使用试验可作为设计制造过程中的一个环节。例如飞机在样机研制完成后，要经1000小时试飞，才能正式投产。在可靠性工作中，现场使用数据是非常重要的，但这种试验取得数据的周期长，花费大，有一定局限性。（二）环境适应性试验2、环境试验的方法2）天然暴露试验把样品长期暴露于天然气候环境（如热带、亚热带、寒带、高原地带等），样品可处于工作负荷状态或贮存状态，通过定期观测，可以了解产品电参数、机械性能和外观的变化。（二）环境适应性试验2、环境试验的方法3）人工模拟试验人工控制条件下的试验，是在试验箱内或试验台上进行的，目的是在短时间内观察产品所能承受的环境应力大小。常用试验项目有低

14、温、高温、热冲击、温度循环、潮热、低气压、盐雾、霉菌、沙尘、振动、冲击、碰撞、离心、运输、声振、爆炸、真空冷热浸、真空冷焊试验等。一般可分为单项环境试验与综合环境试验两大类。（二）环境适应性试验2、环境试验的方法3）人工模拟试验单项环境试验针对环境因素分别单项进行，试验好处在于试验设备比较简单，试验费用较少，并且很容易看出某因素对产品的影响。综合环境试验在实用中，产品受客观环境的影响，常常是几种环境因素共同作用的结果，因此有必要选择有代表性的应力条件进行组合试验，并使其与实际使用环境接近。（二）环境适应性试验2、环境试验的方法3）人工模拟试验综合环境试验综合环境试验的优点是：可以较为真实地模拟

15、使用环境，从而增加了试验的真实性和可靠性；创造了利用地面模拟试验代替空中飞行试验的条件；真实地暴露由于诸环境因素共同作用所引起的产品失效模式。但由于综合环境试验设备复杂、试验周期长、费用昂贵，发展受到一定的限制。（二）环境适应性试验2、环境试验的方法3）人工模拟试验环境模拟试验的设计者应对产品的实际使用环境有确切的了解。若对使用环境估计偏严，将导致产品成本提高和研制周期拖长；若对使用环境估计不足而降低试验条件，则将导致产品在实际使用环境下大量故障，造成更大损失。总之，环境模拟试验重要的是正确规定试验条件和合理安排试验顺序，试验设备要合格，定期标定。环境应力筛选试验目的消除产品早期故障时间产品交

16、付使用前试样全体产品/视情抽样方法试验-激发故障故障处理修复/更换处理对象个别问题产品环境应力筛选试验问 题环境应力筛选不可能无限地下降产品的故障率。 原 因由于环境应力筛选不可能解决产品固有的可靠性问题，如设计水平、配套元器件和材料的等级，以及制造过程存在的生产工艺等系统性问题所形成的缺陷。仅仅采用快速试验技术和对故障部件进行简单更换或修复的办法，是无法解决那种全体产品共有的、决定性产品固有可靠性的问题的。筛选试验的时间53 当1 2时，可以有效区分，提升产品批次的可靠性；54（三）可靠性增长试验（RGT）可靠性增长试验的目的和一般方法增长试验目的 - 提高产品固有可靠性，以满足产品使用 期

17、的可靠性需要。（见图）故障率增长前增长后（使用期）（早期）0t0t01可靠性增长试验通过试验，激发产品故障隐患，开展故障分析，重点找出系统性问题，采用优化产品设计、优选配套元器件和材料、改进生产工艺及试验验证等技术途径，不断减少系统性故障，提高产品的固有可靠性。但试验本身并不改善产品可靠性，只有采取防止在使用中重复发生故障的纠正措施才能提高产品可靠性。偶然性故障特征系统性故障特征个别产品全体产品偶然形成必然形成随机发生随机发生修复、更换设计、工艺及材料改进可靠性增长试验5657环境应力筛选 VS 可靠性增长试验试验项目环境应力筛选 ESS可靠性增长 RGT目的消除早期故障消除系统性故障时间交付

18、使用前研制/使用期间试样全体产品样品方法试验-激发故障试验-改进-试验故障处理修复/更换设计/工艺改进处理对象个别问题产品全体产品58Duane可靠性增长模型假定可靠性增长试验的产品在总累积试验时间t时，共累积发生 r(t) 次故障。显然随着试验时间t的增加，故障累积函数 r(t) 也逐渐增大，并记 为平均故障率累积函数，由此故障累积函数为而产品的平均MTBF累积函数为 59对上式两边取对数，则 即在双边对数坐标纸上，产品的平均MTBF累积函数与时间t 是一直线关系,其斜率为 k ,截距为 ,因此，在工程上称斜率 k 为增长试验的增长率。又由式 ，可得Duane模型的故障率函数 为： 则产品的

19、瞬时MTBF函数为： 60由 ，在 Duane 模型中，产品的平均MTBF累积函数与其瞬时MTBF函数的关系为： 即在可靠性增长试验过程中，任一时刻产品的瞬时MTBF值是MTBF累积平均值的 倍。两边取对数，则有 即瞬时MTBF与累积MTBF为两条平行直线,由于 0因此在双边对数坐标纸上(见图），任一时刻的 总是比 大 。61双对数纸上的Duane模型MTBF1000 100 10 1/a 1 10 100 1000 10000 t62阿里亚娜火箭可靠性增长情况（Duane）可靠性增长试验-模型63杜安（Duane）lnC(t)=ln-(1-)lnt, i= c / 可靠性鉴定试验&验证试验鉴

20、定试验：验证产品设计是否达到规定的可靠性，为生产前的试验。验证试验：对交付的产品进行评价。试验方案的类别按寿命特点：连续型、成败型按截尾方式分：定时、定数、贯序64可靠性鉴定试验&验证试验生产方风险 。表示产品整体实际上合格时由于是抽样试验而判定为不合格的概率；使用方风险表示产品整体不合格时，由于是抽样试验而被判定为合格的概率。设计鉴定试验鉴定产品能否定型，是否已经达到要求的可靠性设计指标，这种试验以使用方利益为主，可使值大些。当产品通过设计鉴定转入批生产后，由于生产过程中有可能引进不可靠因素，而使生产质量不稳定，这时需要进行验收试验，当产品实际水乎达到合格质量水乎时，应以高概率接收，即可取小

21、些。可靠性鉴定试验-原则误收风险（风险）、误拒风险（风险）66可靠性鉴定试验-定时截尾设为平均寿命， 0为可接收的平均寿命，称为平均寿命的检验上限，试验方案以高概率接收MTBF真值接近0的产品； i为拒收的MTBF值，称为MTBF的检验下限，试验方案以高概率拒收MTBF真值接近i的产品。产品平均寿命为时的接收概率为L() 可靠性鉴定试验-定时截尾68随机抽取样品n个，当试验进行到规定的时间t0就停止，共失效r个样品，合格判定数为c，若r100 。但如果产品的温度工作极限与损坏极限之间有足够的裕度，则HASS温度可取在这二者之间，以筛选出在工作极限内短时间难以发现的缺陷；振动取产品损坏极限的50

22、%，但不要工作极限的80%。HASS 试验方法简介筛选效果验证 根据确定的筛选剖面，对已筛样品按该剖面至少再进行3050次连续试验（而没有任何失效），以验证剖面的有效性。也可在试样中人为植入缺陷（如虚焊等），并适当调整应力，尽量在第一循环就暴露。剖面调整后仍需验证。批产品HASS 剖面验证后，就可用于产品筛选。对筛选结果进行连续监控（包括外场），以分析、调整、修改和完善HASS剖面。HASS 试验方法简介Gregg K. Hobbs认为不管采用什么筛选方法，筛选过程总要消耗产品一部分使用寿命，如果使用应力和损坏应力之间的余量很小，就根本不能运用任何应力筛选方法进行筛选。因此必须根据HALT得到

23、的工作极限和损坏极限，摸清产品的设计余量，以此来制订HASS方案与确定HASS的量级，以保证产品在筛选中消耗的使用寿命的量是可以接受的。HASS 试验方法简介筛选的有效性是以充分激发产品缺陷又不过量消耗产品使用寿命的能力来度量的。即：一是能检测出可能造成产品故障的隐患，二是经筛选后不致造成产品损坏或“内伤”。对于复杂产品，应由低到高分层进行HASS，才能保证最后产品的可靠性。HALT/HASS 试验方法简介产品不同其工作极限和损坏极限也不同。因此，不存在统一的 HALT/HASS 应力。应根据各自特点，选择产品最敏感的应力进行筛选。 产品失效/故障分析及其改进措施，是 HALT/HASS 的核

24、心。因此，在试验过程中不能轻易放过任何一个被激发出的故障，只有采用有效的纠正措施，才能加速设计和工艺的成熟，充分发挥 HALT/HASS 的作用。 HALT/HASS 试验方法简介开展 HALT/HASS 需要大量设备、资源和专职人员。一个产品的HALT/HASS必须由设计开发、生产制造、质量与可靠性管理人员共同参与，以提供受试产品、试验设备，以及时间、经费、人员和失效分析等资源保障。 目前国内对HALT/HASS的技术的掌握还不充分，面临的课题很多，如试验方法的深入研究、试验信息处理与统计分析、标准和规范的制定、试验能力的提升等，这些问题直接影响HALT/HASS的推广应用，不是简单购置新的

25、试验设备就能解决。可靠性评定系统可靠性评定是指依据对系统进行可靠性试验所得的数据或其他有关系统可靠性的信息，对系统的可靠性特性（如系统的平均寿命等）进行评估。常用的系统可靠性评定方法有点估计、区间估计、极大似然估计等。可靠性评定进行系统可靠性评定的一般过程为：建立系统可靠性模型（串联、并联等）；确定所用的系统可靠性评定模型及估计方法；获取试验数据或验前信息；运用评定模型对系统的可靠性特性进行估计，可能时给出置信区间。树立质量法制观念、提高全员质量意识。8月-228月-22Tuesday, August 9, 2022人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。19:13:0319:13:0319:138/

26、9/2022 7:13:03 PM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦绷。8月-2219:13:0319:13Aug-2209-Aug-22加强交通建设管理，确保工程建设质量。19:13:0319:13:0319:13Tuesday, August 9, 2022安全在于心细，事故出在麻痹。8月-228月-2219:13:0319:13:03August 9, 2022踏实肯干，努力奋斗。2022年8月9日7:13 下午8月-228月-22追求至善凭技术开拓市场，凭管理增创效益，凭服务树立形象。09 八月 20227:13:03 下午19:13:038月-22严格把控质量关，让生产更加有保障。八月 227:13 下午8月-2219:13August 9, 2022作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。2022/8/9 19:13:0319:13:0309 August 2022好的事情马上就会到来，一切都是最