可靠度工程Ⅵ

1、課 程：可 靠 度 工 程授 課 者：邱啟東時間：2008/2/* 2008/6/*參 考 資 料1. Kapur, K. C. and Lamberson, L. R. , Reliability in Engineering Design , John Wiley & Sons, Inc., 1977.2. 柯煇耀 編著，可靠度保證，中華民國品質學會發行。3. 柯煇耀 編著，預防性失效分析-FMECA & FTA之之應用，中華民國品質學會發行。4. Keki R. Bhote and Adi K. Bhote, World Class Quality, 2nd Edition, Ameri

2、can Management Association.5. 潘淅楠 著，預防性品質保證，華泰書局。6. Integrated Logistics Support Handbook.7. 李登梅，趙浡霖 合著，裝備可靠度工程，五洲出版社。8. 關季明 編著，維護度工程與系統可用度，中華民國品質學會發行。授 課 目 錄第1章 基本可靠度原理第2章 可靠度統計分析第3章 可靠度目標訂定、配當與保固第4章 系統可靠度模式第5章 可靠度設計分析第6章 可靠度試驗之規劃與執行第六章可靠度試驗之規劃與執行6.1試驗驗證概念生產者為了確實做到產品可靠、容易使用及產品安全，在產品研製過程必然會採取一系列的驗證（

3、Verification）措施以確保產品的品質。另一方面，以顧客的立場所必須考慮的現實問題是產品品質到底如何確認（Validation），尤其是全新研製的產品，若無類似產品使用記錄的佐證、或欠缺資料以驗證產品之操作性能與可靠度，則合約中勢必包含可靠度驗收計畫之需求或條款。不論是可靠度驗證或確認，其目的均在充分利用所有可獲得的資料，評估與證明研製產品對於可靠度需求的達成程度。驗證或確認產品可靠度的方法可包括預估、分析、試驗及檢驗等。除了預估分析或實施設計審查之外，測試與性能展示試驗是專案管理者為驗證或確認設計所能實行之最直接、有效的客觀作法。理想的產品試驗作法，通常係以全系統產品之整體之技術性能

4、量測（Technical Performances Measure ,TPM）為目標，實施時須配合產品研製進程，視其適宜性施以模擬、分析、工程模型試驗、原型或生產模型之試驗、將製品於預定工作環境中實際操作系統工程與管理作為中，操作測試與評估（Operational Test & Evaluation; OT&E）即屬此類（Blanchard, 1991）。此作法不僅完整且較具真實性，但發現產品缺失的時機太遲，不僅須花費大量改正成本，時效上亦往往無法滿足管理者的要求。因此，需要及早對設計或發展結果進行試驗評估。同時，為配合設計與製造之進程，宜分層次、分階段施以不同的試驗評估；又因試驗與評估所動用

5、之資源；通常相當高昂，所需設施、裝備、人員等之調配安排亦常大費周章，惟此乃確認產品可符合其預定需求之保證所必須，故需於事前妥善規劃設計試驗與評估之規劃設計，確使能保留其必要且有效的項目，並能整合各項試驗所得之成果。實務上，可靠度試驗驗證可藉實驗室試驗或現場（Field）操作整體規劃而實施，藉以節省試件並獲取最大量之試驗資料。可靠度試驗之作業深度則可依據專案需求而訂定；執行之範圍則可包含對特殊試驗需求之研擬，以迄整體試驗計畫之規劃。在系統工程程序中，產品開發專案可建立測試與評估主計畫Test and Evaluation Master Plan; TEMP）、整合測試計畫（Integrated

6、Test Plan; ITP）及項目可靠度工作計畫（Reliability Program Plan; RPP）等，藉以整合產品研製階段所實施之試驗驗證作業，整體規劃各項試驗與評估工作的需求與項量，並作為後續執行試驗的主要依據。此概念源自於複雜系統之開發，藉推動系統工程與管理作為，落實產品實現過程中，執行試驗驗證的要求。一般商業產品之開發，複雜度較低，當然可省略大量文件化的規劃要求，但建立有效的整體試驗規劃概念，縮短時程，則是必要的管理作為。6.2可靠度試驗之目的產品品質特性主要包括:(1) 性能或功能(Performance or Function)；(2) 環境或堅韌性(Environme

7、nt or Robustness)；(3) 可靠度或耐久性(Reliability or Endurance)。因此，產品品質需求就是要求產品能兼具韌性與耐久，亦即經久耐用。故整體試驗規劃Integrated test planning時，必須同時考慮到韌性和耐久性的驗證，其作法就是將功能、可靠度及環境等試驗需求整合為一套整體、有效、且完整的試驗計畫。循此邏輯，可靠度試驗驗證作法不僅包括為驗證產品可靠度所規劃執行之可靠度試驗，就廣義而言，舉凡功能測試、成長試驗、鑒定與接收試驗、以及現場模擬與展示等皆屬於可靠度試驗驗證的範圍。換言之，廣義的可靠度試驗應包括（1） 性能試驗：固定時間和使用條件兩項

8、要素，而且是在標準的環境條件，測試產品性能範圍與變化情形。（2） 環境試驗：固定時間與性能，而探討環境條件對產品之影響。（3） 壽命試驗：主要是固定性能與環境，探討時間對產品的影響。其中壽命試驗即狹義的可靠度試驗。另外，製造過程的疏失常會影響產品設計時所賦予的固有可靠度，因此，除了上述三種試驗外，通常須針對產品製程，規劃執行用以剔除疵病、確保產品製造可靠度的環境應力篩選與預燒（Burn-In）或跑合(Run-In)試驗亦稱磨合試驗等。可靠度試驗之目的是透過一項有計劃的試驗與改正作業，以達到下列目標：（1） 發掘研製產品設計弱點，經由有效的設計改正措施，提升並確保研製產品可靠度水準；（2） 各階

9、段試驗結果可作為評估設計成果的主要依據，藉以分析研製品的品質含功能、堅韌性及可靠度計量需求符合性；（3） 提供正確、完整的試驗數據，據以獲得合理的設計評估結果，作為研發專案各階段決策之依據；（4） 發掘零件與製造工藝的缺失，有效剔除瑕疵品；（5） 配合各研發專案之需求與目的，使整體可靠度試驗之規劃與專案整體目標趨於一致，達到最高效益。6.3整體可靠度試驗如前所述，整體可靠度試驗作業所涵蓋的範疇可包括設計、開發、鑒定與生產等各研製階段中，各類性能、環境與可靠度試驗之規劃與執行。試驗規劃之初，必須掌握所需資料，深入瞭解各項試驗的特質與屬性，才可規劃出可行、經濟又符合需求的試驗計畫。基本上，規劃可靠

10、度試驗時，所使用的應力條件最好儘量接近實際使用狀態，以獲得定量的產品可靠度。但要模擬實際條件未必是簡單的事，而且實際試驗往往需要很長的時間，試驗費用也很大。因此，若依試驗結果可提供之佐證資料的屬性區分而言，試驗驗證作法則可分為定性試驗與定量非定性試驗兩種。在實用上常依據過去的經驗或技術知識，規劃實施加嚴或強制劣化試驗之類的定性試驗。標準化的定性試驗一般在時間與經濟條件上都可實施，其應用範圍較為廣泛，環境試驗（Environmental test）即為其中的典型代表。但是，定性試驗是依據過去所累積的經驗而進行，例如對於新開發的產品、或是環境條件與使用方法差別較大的情況，選擇激發產品失效試驗應力類

11、型與條件時，即常須面臨無法肯定的狀況。試驗條件選擇不當，會使預期的失效模式產生變化，所得到的試驗結果不容易進行評估，甚至可能導致錯誤的判斷。另一方面，定量試驗通常是根據產品的研發技術發展性、設計弱點與失效機構，以及實際使用時的條件而規劃實施，試驗結果則可用以研判設計可靠度是否符合需求。但是，此類試驗方法的規劃與選擇不僅費時且所費不貲，又往往需要特殊的試驗設備，在實施上困難度較高。適合使用這種試驗的產品一般包括新技術開發、現場使用資訊缺乏、失效模式與失效機構不明確、元件之間會彼此相互作用、或是易因為誘發失效而造成問題的機械產品，以及雖然失效發生機率低，但是複合失效會造成問題、影響安全性的產品。一

12、般而言，若過度拘泥於非定性試驗，往往由於重複累積同樣的試驗與結果，無法多方面更廣泛的獲得其他有用的資訊，反而會降低試驗所得結果的完整性。因此，當非定性試驗累積到一定的成效後，即可將其技術與結果轉移作為規劃類似產品定性試驗的依據。此外，可靠度試驗計畫的內容須涵蓋基本假設、試件數/樣本數、試驗時間、試驗條件、成功/失效準則、試驗後之接收/拒收準則、試驗資料排除（Exclusion）或棄置，以及可靠度評估方法等等，並須於試驗執行之前，由顧客代表或專案管理人員核准所規劃之試驗計畫，才可進行。試驗規劃時，若需參考現行國際規範，主要可參考IEC 68、IEC 605系列、IEC1014、MIL-STD-8

13、10和MIL-HDBK-781等。此等規範提供試驗規劃的一般需求與規定，其中國際電工委員會所發行之IEC 721依據不同場合之運輸、儲存與使用環境，將環境嚴厲度共區分七種環境輪廓；IEC 68則針對產品製造、儲存、運輸及使用過程中，可能遭遇的各種環境條件，律定標準的試驗程式，以評估產品的耐環境能力。至於美軍標準則是以提供美軍軍品採購作業需求為主，其中MIL-STD-810F（2002）提供考驗研製件耐不同環境極值（Extreme）能力的各種試驗作法；MIL-HDBK-781A（1996）則提供各種產品分類的可靠度試驗複合環境輪廓、標準統計試驗計畫，以及可靠度估算的方法。6.3.1整體可靠度試驗

14、規劃 在不同研製階段所執行之各類試驗均有其特定的目的，隨試驗目的不同，規劃與執行程序即可能有所差異。基本上，在設計與發展兩階段所執行各項試驗之目的，多是為配合專案計畫研發時程，協助設計者瞭解研製產品在預期操作環境下之功能與結構特性。因此，此時試驗之目的係以失效為導向，也就是說失效是可以接受的；計畫管理者須以可靠度成長規劃的管理手段，藉助所發生之失效案件，經過持續的測試、分析、改正與再驗證後，發掘設計上的缺失與弱點、並確認改正措施之有效性，達到研製件可靠度成長的目的。至於此階段所執行之各項試驗，不論將其歸屬於功能試驗、環境發展試驗或可靠度成長試驗，只要能發掘問題、改善設計，進而促成研製品滿足功能

15、需求，並達到可靠度提升的目的即可。因此，MIL-STD-785B即建議，倘若試驗之目的在於發掘缺失，且試驗條件並不會將正常操作期間不可能發生的失效誘發出來，即可規劃在真實、模擬或加嚴的環境條件下執行試驗。其次，鑒定階段之各項試驗係為配合專案研發設計結束，驗證研製產品滿足耐環境與可靠度需求之能力所執行的試驗。此時已進入定型研製產品之品質鑒定階段，唯有制程通過鑒定試驗的評鑒，方可進行量產。最後，在生產與銷售兩階段執行各項試驗之主要目的係為維持量產製品之品質，確保符合定型設計時所賦予之品質水準。生產可靠度接收試驗係以統計檢定的方法，生產批可以全數或抽樣試驗的方式，驗證交運產品或生產批的可靠度是否符合

16、規格需求，其試驗規格以模擬實際操作環境為基礎。至於環境應力篩選則是為了剔除製造程序與技術之影響，確保研製產品固有可靠度所必要執行之工作，因此，不論在研製過程的任何階段，所有研製件均須考慮實施環境應力篩選(ESS)。6.3.2性能試驗性能試驗（Performance Test）又稱為功能試驗（Functional Test），是一種驗證設計可行性的試驗，通常是在實驗室標準狀況下進行性能與功能測試，以便及早發現設計上之缺失或弱點，適時加以改進。不過，除非研製產品能更進一步通過相關之環境及可靠度試驗等驗證，否則，通過性能試驗並不表示已符合專案品質需求。性能試驗之規劃與執行主要以設計人員為主，可靠度工

17、程人員為輔執行。設計人員必須記錄正確、完整之試驗數據，以獲得合理之設計評估結果，做為設計改正之依據。6.3.3環境應力篩選環境應力篩選（Environmental Stress Screening；ESS）之目的系利用外加環境應力，使電子硬品因零件不良或工藝問題等因素所造成之非設計疵病，提早暴露或檢測出來，並予以剔除，提高該硬品之製造品質，使之維持設計時賦予之水準。環境應力篩選之施行條件含試驗應力水準與施加時間及程序應以能激發早夭期之失效為主，環境應力型式如隨機振動與熱循環則可分別依序施加，而不必一定要以複合（Combined）的方式施加，且應於最具成本效益的組合層次零件、組件、次總成、總成或

18、系統，在發展、鑒定及生產階段採取全數執行的原則安排實施。規劃環境應力篩選可參考美國環境科學學會（IES）所發行之指引（Guidelines）以及其他相關美軍或國外廠商之作業標準、規範。6.3.4環境試驗環境試驗（Environmental Test）則係在實驗室內利用模擬的試驗設備，驗證研製件承受或抵抗環境應力的能力，環境試驗主要針對產品耐環境極值（Extreme value）的能力即產品的堅韌性，可提供充分的資訊。按照試驗的理論基礎及模擬環境的特色，環境試驗可分為自然環境試驗和動力環境試驗；按施加環境專案，可分為單一環境試驗和複合環境試驗，一般多以單項序列試驗執行。目前常見的環境試驗則依其試

19、驗之目的又可區分為環境發展試驗(EDT)、環境鑒定試驗(EQT)、環境接收試驗(EAT)等。規劃實施環境試驗主要的參考資料為美軍標準MIL-STD-810、IEC-68及IEC721。6.3.5可靠度試驗可靠度試驗Reliability test乃驗證產品在時間方面的品質特性，又稱為壽命試驗（Life test）或耐久性試驗（Endurance test），其作法主要是在試驗室之人為環境中，執行性能測試，用以模擬研製產品壽命週期輪廓與工作輪廓的複合環境效應，或藉由實地環境條件下之性能測試以驗證研製產品之可靠度水準。依據美軍標準MIL-STD-785B(1983)之說明，循研製階段之劃分，可靠度

20、試驗共包括可靠度發展/成長試驗(RD/GT)、可靠度鑑定試驗(RQT)及生產可靠度接收試驗(PRAT)等三類。以上所討論各項試驗之執行時機與研製品可靠度成長關係如圖7.1所示。原則上，一個完整、適當的整體試驗計畫，應強調ESS、EDT及RDGT，而後再適度地但並非完全不做執行EQT、RQT及PRAT。6.4環境應力篩選在今日科技電子發達的時代，環境應力篩選（Environmental Stress Screening；ESS）的成效顯得相當突出，並在1979年之後在可靠度工作範圍漸成一門獨立的領域，成為現代高科技電子產品一種相當盛行的品質與可靠度保證方法。事實上，篩選是相當傳統的品管技術，廣義

21、的篩選可包括傳統的品管篩選、鑄造件的非破壞檢驗如X光、超音波等、以及耐高壓件的耐壓試驗（Proof Pressure Test），所有這些方法都是對試件施加“應力”，使利用普通檢驗方法無測得之潛存疵病提前暴露出來，而達到管制品質的目的。目前，上自太空和國防武器系統，下至一般民生家電器材，從零件、模組到最終產品，不論是研發階段或生產階段，針對電子硬品，除傳統的品質管制檢試外，世界各國已將ESS視為製造過程中必要的程式或作業要求。6.4.1 ESS之基本原理顧名思義，ESS乃利用外加的環境應力使潛存於產品中的瑕疵提早曝露，然後利用各種檢驗或試驗方法將這些帶有疵病的產品找出來，將之剔除或檢修，確使通

22、過篩選的產品都具有優良品質與高可靠度。如此，對生產者而言，可確保出廠產品品質穩定；對使用者而言，則可降低失效率、減少維修成本，雙方都有好處。一般產品若按設計選料和製造，理想中硬品的強度多為單峰分佈，然而在實際製造時，由於材料、零組件的品質不穩定或不良，以及製造過程中技術人員素質不一、人為疏忽、或突發狀況等因素造成的工藝水準（Workmanship）不良，而產生一些帶有缺陷（Flaw）的產品，使產品的品質可為產品功能、強度等等特質形成雙峰如圖7.2所示，甚至多峰分佈的情形，其中早夭及畸型群體（Infant and Freak Population）在遭受環境應力作用時，即可能發生失效，無法與主群

23、體（Main Population）一樣正常使用。因此，ESS之目的即在藉篩選應力的作用，有效地將產品中的畸型疵病激發，並予以剔除，而保留產品品質固有的主群體。一般可依測試能力，將產品疵病分為下列三類：(1)功能疵病（Functional Quality Defects）：這一類疵病是由於製程中材料或工藝不良而產生，能夠以一般簡單的功能測試發現的產品疵病。(2)潛在疵病（Latent Quality Defects）：這一類疵病也是由於製程中因材料或工藝不良而產生、但是必須藉由外加的應力，加速作用使缺陷提早曝露出來的產品疵病。(3)可靠度疵病（Reliability Defects）：這一類疵

24、病是設計所賦予的產品疵病，在產品的壽命週期中隨機發生，除非修改設計，否則無法以任何適當的程式消除這種疵病。第一類疵病可以很快地運用一般功能測試發現，並加以改正；第三類疵病則須靠設計改良，提高產品的設計能力，才能降低其發生機率；至於第二類疵病，如果沒有經過適當的ESS處理，則會在使用初期漸漸地出現，造成產品發生失效，此即構成一般產品壽命週期浴缸曲線（Bath-tub Curve）失效變化趨勢的早夭期。由於這些疵病的存在，在生產廠內應採取適當的措施或處理，使這一類的疵病提早曝露出來，再配合功能測試發掘這些強度較弱的部分，並予以檢修剔除或報廢，使出廠產品維持穩定的品質，使用時具有原設計時的強度主群體

25、部分，亦即原始設計入（Design-in）的固有可靠度（Inherent Reliability），如此既可降低維修成本，又可避免因失效而導致的不必要損失，此即為ESS最主要的目的。綜合上述的討論，可以對ESS作一個較明確的定義，“環境應力篩選是一種利用環境應力進行產品品質管制的程序（Process），其主要作用為利用特定的環境應力，使產品潛在的疵病提早曝露出來而加以剔除，使出廠產品具有穩定的設計品質，避免在正常使用時因這類疵病的存在而發生失效，減少維修成本，及失效引致不必要的損失。6.4.2篩選應力之選擇目前實施環境應力篩選的主要參考資料為美國環境科學學會（Institute of Envi

26、ronmental Sciences；IES）所發行之各類應用指引，以及若干美軍標準與規範。適用的對象主要是依產品硬品層次分類，包括零件，模組及成品。不同硬品層次所適用之應力篩選方式分別摘述如下。(1)零件可靠度篩選a.電子零件篩選：一般零件參考MIL-STD-202、半導體參考MIL-STD-750、微電路則參考MIL-STD-883。b.常用的電子零組件篩選方法為：穩定烘烤、溫度循環、離心加速度、密封測試、高溫或低溫測試。(2)製程環境應力篩選a.常用的PCB與佈線線帶篩選方法為：溫度循環。b.常用的模組篩選方法為：溫度循環及隨機振動。(3)成品可靠度保證試驗a.常用的成品篩選方法為：預燒

27、、溫度循環、隨機振動。6.4.3執行ESS的效益ESS對於提升產品的品質有很大的效益，其效益可以歸納如下：(1)確認具有潛伏性疵病的零組件。(2)發掘因人員技術不純熟或疏忽所造成的工藝不良。(3)降低較高組合層次失效退修或報廢的機率、縮短時程、節省製造和維修成本。(4)在研發階段可協助早期發現設計問題，提高設計可靠度，並可藉此縮短研發時程。(5)提早剔除早夭期失效即降低使用初期的失效率；而增強使用者的信心，更是一種無形但卻非常重要的效益。因篩選硬品組合層次的選擇對於篩選成本及效率有很大的影響，因此，在考慮篩選效益時，須同時考慮實施的硬品層次。一般而言，組合層次愈高，執行篩選的總成本較低，而失效

28、時所需的修復成本卻較高，而且修復成本隨產品組合層次的提高而增加的速率，遠大於執行ESS總成本的降低速率。若考慮篩選的效應時，有些瑕疵要在較高的產品組合層次才能發現，如果只對低組合層次的產品進行篩選，就可能會使某些存在於較高組合層次產品的潛在疵病無法剔除，而在使用時才發生失效，這種情形所須的維修成本將遠高於尚未出廠前的失效檢修。綜合以上說明，我們得到一個重要的結論是“在愈低組合層次發現疵病癒好，而較適當的做法是從零組件、印刷電路板、模組，甚至到系統層次，都要有不同應力水準的篩選。”但決定ESS應力的主要條件在於其效率，為了瞭解各種不同應力水準的篩選效率，篩選的結果一定要做詳細的分析，並根據分析的

29、結果隨時修訂ESS的程序，以達到較佳的篩選效率。最後，篩選結果分析的好壞，關鍵在於紀錄是否完整詳實，所以在篩選計畫中要訂定詳細的有效資料需求，並確實紀錄。另外產品現場使用情形的回饋資料，也是訂定有效ESS程式的重要依據，所以在產品使用前，也要建立完善的產品使用資料回饋系統。6.4.4 ESS在產品各研製階段的意義針對不同產品，ESS的有效性即不同，若能確實瞭解其特性，就可以訂出較有效的ESS程序；另外，因為製造技術可能隨時在改進或進步，而且ESS程序沒有絕對最好的，所以ESS程式須視執行結果加以分析，再根據所得結論，隨時機動的加以修改，才能得到最大的效益。大部分探討ESS問題的論述多是針對量產

30、製造階段的產品，但實際上在產品設計發展階段就應開始規劃執行ESS。在研發階段執行ESS，除了可以發現零件疵病及工藝不良等引起的失效外，還可附帶發掘一些屬於設計問題的失效。所以在研發階段執行ESS不但可以早期發現製造問題，並可提高設計之可靠度，而且能藉此縮短研發時程。除此之外，就ESS本身而言，在研發階段執行ESS，可協助提早訂出較有效率、而且不損害產品實現的施行程序。電子產業的經驗顯示，設計階段可篩除的瑕疵高達90%，其中工藝佔60%，零件佔30%，而設計疵病只佔10%。為能成功執行量產階段的ESS計畫，重要關鍵之一即在設計階段建立良好的ESS制度，並將設計發展階段所得篩選資料加以分析，供量產

31、階段之用。量產階段是ESS主要的應用時機，目的在於維持整個製程得以穩定進行，並控制工藝水準與組裝程序的品質，故此階段執行ESS的效益最高。此階段藉由失效分析可確認早夭期失效的肇因，進而研判出某個作業點因作業員異動、或經驗不足所造成的潛在瑕疵，大量降低工藝不良原因所引起的失效；若能再輔以人員訓練與獎勵制度，則在產品品質與生產力兩方面均可大幅提升。其次，隔絕品質不良零件的最佳方式是加強零件進料檢驗，尤其對於大量採購的電子零件而言更加重要。雖然，批量接收技術已廣泛應用於進料檢驗，但是解決關鍵電子零組件的品質與可靠度問題，ESS仍扮演十分重要的角色，因此，零件環境應力篩選又稱之為可靠度篩選，它可協助生

32、產者確認瑕疵零件，避免導入生產線，造成難以彌補的損失。此外，有的文獻將量產階段的ESS視為可靠度成長過程，這種說法導因於誤解可靠度成長內涵所致。因剔除不良硬品所造成的產品可靠度提升是花費某此成本篩選處理過程及不良品成本的結果，並不能改變原設計的可靠度水準，因此，有人稱之為非成長之成長（No-Growth Growth）（Clarke，1979）。真正的可靠度成長應該在產品的設計發展階段，經過設計精進程序而達到；並不是在量產階段，藉由篩選程序與檢測方法而達成。此階段實行ESS計畫或其他檢驗程序之主要成效，僅在於使產品的可靠度趨於穩定，維持產品設計的固有水準。最後，產品操作備便性的重要指標之一在於

33、其零組件備份計畫妥善與否，備份件必須具備與原來產品組裝時所採用零組件相同的品質與可靠度水準。因此，所有備份件亦須經過原生產組裝件的品質與可靠度保證程序，執行與產品相同組合層次之ESS，以確保所補充的備份件安裝於產品之後，仍能滿足顧客的可靠度要求。6.5機械產品之跑合測試儘管基本的分系統如主軸單元、控制系統、電力設備、自動換刀機構等在組裝前多已在各個測試架上測試過，但先進的西方工具機製造廠通常會在機器出廠前，利用類似於電子產品環境應力篩選的概念，以跑合（Run in）測試已組裝完成或特別訂作的機器設備，產生輕微磨合，藉以確保屬於正常運作之穩定磨合階段的有利條件。6.6環境試驗之目標與規劃原則依實

34、施目的區分，環境試驗又可分為環境發展試驗(EDT)、環境鑒定試驗(EQT)、環境接收試驗(EAT)等三類。這三類環境試驗之目的不同，所選用的試驗規格亦有所差別，其間之差異請參見圖7.9並說明如下。環境發展試驗（Environmental Development Test；EDT）又稱為工程發展試驗（Engineering Development Test），其目的係在設計發展階段儘快地發現設計缺失，瞭解設計硬品在各種環境應力下之功能特性及設計安全邊際，以便在必要時採取適切的改正行動或修改設計。環境鑒定試驗（Environmental Qualification Test；EQT）則是在發展階段

35、後、正式生產前，依產品環境規格執行的環境試驗，目的是用以鑒定定型研製產品忍受環境極值應力之能力，其試驗應力水準已接近設計邊際（Margin），因此執行過環境鑒定試驗之硬品，原則上不宜再銷售使用，必要時應加註永久性記號，以防再度被納入生產線中裝配使用，影響出貨產品之可靠度。以MIL-STD-810為例，試驗規格所規劃者係以考驗研製件耐環境極（Extreme）值的能力為目的。此類試驗最主要的假設是假使研製件可在此環境極值條件下正常且滿意的操作，則其他以相同構型及相同加工方式製造的裝備，應可在相同條件或較溫和的條件下正常操作。但是，MIL-STD-810標準在訂定環境極值試驗規格的過程中，不僅其測試

36、水準係採迴歸值之信賴上限，且有許多安全係數觀念的應用。一般而言，儲運環境之設計需求為實際遭遇之環境應力水準；操作使用環境之設計需求為系統任務環境需求加上設計安全係數。設計安全係數之一般原則：熱環境為10，動態環境則為1.5倍，其他特殊狀況則應按任務輪廓及計畫需求另行考量。由於安全係數是依工程師長期工作經驗的累積而訂定，且在不考慮統計原理之研判條件下，通過單一環境極值之鑒定試驗，仍不足以保證研製件在較低應力位準之實際操作複合環境中，可正常操作。因此，在執行環境鑒定試驗之時，必須切記若就學理而言，環境鑒定試驗所能提供的保證在工程上僅屬於一種工程研判的評價方法。環境接收試驗（Environmenta

37、l Acceptance Test；EAT）之目的則是在出貨之前、在產品層次所做的短時間試驗，用以確定可能發生的失效，有助於消除早期發生的問題，瞭解硬品承受使用環境應力的能力。另一方面，由於振動環境會造成如振幅過大、材料疲勞及共振等效應，其影響則可能造成敏感之電子或機械裝置失靈、結構材料損壞、轉動零件磨損、扣件鬆動等影響產品正常操作的失效問題。因此，在產品的研製階段有必要執行振動試驗，以瞭解研製件之耐振動環境能力。產品在儲運、備便（Standby）及使用等各階段均可能遭遇不同的振動環境。針對儲運階段執行振動試驗時，主要是模擬運輸時所誘發之振動環境；備便階段則是模擬備便狀態所遭遇之振動環境；至於

38、使用階段主要則是模擬產品於實際操作使用時，所可能遭遇之振動環境。MIL-STD-810F， Method 514.5振動試驗之目的，即是希望以此試驗驗證研製件在其預期振動應力考驗下，可就產品可滿足性能需求，提供相當程度的保證。最後，必須強調的是，由於實際環境通常者有兩種以上振源出現，往往無法以試驗室之有限設備，來模擬實際之振動環境，故振動試驗主要目的僅在模擬環境應力下，瞭解研製件所產生的效應。除高低溫與振動環境之外，產品實際使用環境中，亦經常必須面臨可能發生溫度變化的考驗，其狀況可分別歸納說明如下：(1)產品層次預期發生快速溫度變化之可能情況包括a.產品由室內溫暖環境運送至寒冷的露天環境；反之

39、亦然。b.產品突然遭受雨水冷卻或浸泡入冷水之中。c.外掛於飛機之空用裝備。d.產品儲存及運輸過程可能經歷的某此狀況。(2)零件層次預期發生快速溫度變化之可能情況包括a.產品開機後產生高溫梯度（Gradient），因而造成溫度變化，使零件遭受溫度應力。例如，由於高功率電阻產生之幅射，使其附近零件之溫度升高，但外圍其餘部分之零件卻仍然是冷的。b.於冷件系統開機後，人為冷卻之零件遭受快速溫度變化的狀況。c.產品於生產過程中，零件可能遭受之快速溫度變化的某此狀況。因此，在國際電工協會（IEC）之標準測試規範IEC-68中，即強調實施溫度變化試驗之主要目的即在於判定試件於溫度變化或持續變化環境下，對產品

40、實際使用所可能產生的效應。此規範所建議之溫度變化試驗更強調以下重點：(1)溫度變化試驗並非模擬實際使用情況，其目的係在試件上施加應力，以判定試件是否正確地設計或製造。(2)由於在預定時間之內，重覆施加數次劇烈的溫度變化循環，比實際產品可能的遭遇情況嚴厲許多，故此類試驗屬於加嚴試驗性質。6.7可靠度試驗之規劃原則與執行6.7.1可靠度試驗之種類依循研製階段之劃分，可靠度試驗共包括可靠度發展/成長試驗（RD/GT）、可靠度鑒定試驗（RQT）及生產可靠度接收試驗（PRAT）等三類。6.7.1.1可靠度發展/成長試驗可靠度發展/成長試驗（Reliability Development / Growth

41、 Test；RDGT）是在發展階段，將產品置於實際、模擬或加速的複合環境下進行試驗，誘使試件發生失效。當失效發生時，隨即隔離並分析失效的原因，據以執行適當的設計改正行動，並以再試驗的手段，驗證改正行動的有效性。經由一連串有計劃的試驗、分析與改正（Test Analyze And Fix；TAAF）過程，RDGT可儘早發現設計弱點及疵病，排除未來量產品可能發生的類似失效現象，因而促進可靠度成長，達到提升產品操作可靠度或現場可靠度（Field Reliability）的目的，因此，亦有人將可靠度成長/發展試驗稱之為TAAF。其實試驗本身並不能使可靠度成長，唯有防止失效在實際操作時再發生的設計改正行

42、動，才能真正地改善產品的可靠度。廣義的可靠度成長又包含表面成長和階梯成長兩種。表面成長是在執行環境應力篩選或預燒時，因篩選試件中的較弱零件及不良工藝所造成的，但階梯成長則是因為實際改善設計才可達成。表面成長不會由原型件轉移到生產件，但是會在批量產品的每一單件上重複發生，因此又有人稱之為非成長的成長（No-Growth Growth）。由於有效的加入設計改善行動，階梯成長則確實會轉移到生產件上。因此，TAAF過程實包括一系列的試驗程式表面成長，而經歷一段試驗時間之後，則必須接著一段改正產品階梯成長的作業。當有兩件或兩件以上的試件同時進行成長試驗時，試驗與改正時間必須錯開，如此當其中一試件執行試驗

43、時，其餘的試件則可同步進行設計改正行動。在研發初期最好能夠獲得的一或二件研製件進行RDGT。因為設計初期難免會有不成熟或考慮不週之處，假如延遲發現失效的時間，一旦進入正式的構型管制體系之後，才發掘問題並進行改正，將因為增加工程變更所需的行政處理程序，反而會引起更大的研發時程延誤。這種延誤持續累積的結果，將造成計畫後期無法避免的配合困難問題，甚至於無法採取必要的設計改正行動。以電子產品為例，RDGT的執行程式一般包括：(1)先執行環境應力篩選，以消除不良工藝和較弱零組件等非設計疵病；(2)其次，執行環境發展試驗可依照MIL-STD-810規定之方法與程式，以瞭解研製產品於模擬環境下的功能與結構特

44、性，並發掘設計時所未能預期的缺陷；(3)在RDGT初期利用超應力（Overstress）及複合應力（Combined-stress），可獲致提早改進高駐地缺失之效果，以縮短費時的測試改正作業。最後，再執行模擬複合環境效應之可靠度試驗，以確定研製產品是否能在工作時間內、以及特定的環境條件下，遂行預定的功能。規劃可靠度發展/成長試驗可參考IEC 605系列、IEC 1014、MIL-HDBK-189及MIL-HDBK-781A（1996）等相關標準或規範來進行。6.7.1.2可靠度鑒定試驗可靠度鑒定試驗（Reliability Qualification Test；RQT）係鑒定階段實施的試驗，主

45、要目的係用以確保進入量產前，製程規劃成果可提供合理的可靠度保證。因此，可靠度鑒定試驗必須及時完成，作為生產決策的管理資訊。可靠度鑒定試驗的試驗輪廓必須考慮實際的操作條件。同時RQT是一種合約性的行為，主要是利用抽樣檢定原理，研判可靠度是否達到合約目標，作業履約與否的依據。實際開始執行之前，必要的管制文件，包括可靠度鑒定試驗計畫、可靠度鑒定試驗執行程式、試件清單、產品規格、可靠度鑒定試驗測試輪廓、統計抽樣計畫、以及試驗權責單位、試驗時間、試驗地點、所使用之試驗儀具設備的校正資料等。可靠度鑒定試驗之規劃與執行主要可參考IEC 605系列及MIL-HDBK-781A（1996）等相關標準或規範。6.

46、7.1.3生產可靠度接收試驗生產可靠度接收試驗（Production Reliability Acceptance Test；PRAT）亦是利用統計假設檢定的方法，驗證交貨產品、或量產批可靠度是否符合顧客需求。試驗條件必須是代表實際工作狀況的操作與環境輪廓；在統計抽樣計畫中，則必須依據成本、時程與效率等因素，裁適、訂定允收準則，以及特定信賴水準下的允收可靠度。由於本項試驗必須模擬產品的壽命週期與操作環境，故生產可靠度接收試驗可能需要相當昂貴的試驗設備，因此，一般都不建議採用所有量產件亦即100%抽樣的試驗計畫。又由於此項試驗結果為履約的依據，因此，生產可靠度接收試驗應該儘可能由於研製者無關的獨

47、立單位來負責。最後，由於生產可靠度接收試驗具有提供顧客保障的機能，以及對於研製者品質管制計畫的激勵作用，當生產運作一切都很健全且順利時，通常抽樣頻率可以適度地予以放鬆，但是此項調整並不意味著生產可靠度接收試驗的需求可以完全被擱置或逕行廢止。生產可靠度接收試驗之規劃與執行主要可參考IEC 605系列及MIL-HDBK-781A（1996）等相關標準或規範。事實上，根據前述三種可靠度試驗的執行概健念與特徵，一般亦可依執行試驗之目的，將可靠度試驗可區分為以下三種：(1)測定試件的可靠度水準設計的固有（Inherent）可靠度水準，亦即量測型可靠度試驗。只要試驗條件符合可靠度試驗之要求，且所得數據可符

48、合統計分析的原則與限制，一般可靠度試驗均可作為量測產品可靠度水準之用途；(2)根據試驗所量測的可靠度結果，找出技術上的問題點並加以改善，亦即改善型可靠度試驗可靠度發展/成長試驗(RD/GT)即屬此類；(3)根據試驗所量測之可靠度結果，判別、比較產品的好壞，並決定合格與否，亦即鑒定型、確認型或履約型可靠度試驗可靠度鑒定試驗(RQT)及生產可靠度接收試驗(PRAT)均屬此類。然而，就可靠度工程的觀點而言，任何階段或為任何目的所執行之可靠度試驗，所採用的試驗規格者必須“儘可能與實際使用環境相符合之模擬環境”。在可靠度保證作業上之所以有可靠度發展/成長試驗（RDGT）、可靠度鑒定試驗（RQT）或生產可

49、靠度接收試驗（PRAT）等各類試驗之分，主要是針對不同研製階段，就試驗結果所採行之分析結果、研判方式與目的不同所致。在各項試驗中，所採取測試的方法是一樣的，一旦試驗開始進行，並無法分辨出其中的差異。在設計與發展兩階段所執行之試驗結果，視設計變更與否可採取統計推定、或適用之可靠度成長模式，分析研製產品之可靠度水準；在鑒定、生產及銷售等三階段之試驗結果，則是以依據假設檢定為基礎所規劃之抽樣計畫，研判研製產品是否滿足顧客需求，但並不確切評估研製產品之真實可靠度水準。6.7.2可靠度試驗之執行根據可靠度基本定義中所包含之四大要素，機率是表現產品可靠度的量度指標，但時間、環境及性能則是三項影響產品可靠度

50、的主要變數，因此規劃執行可靠度試驗時，自然必須同時考慮這三項影響要素。不過要同時模擬全部因素，在實務上既費時又耗費成本，因此，有必要依產品特徵及使用要求等實際狀況，視可行性，選擇所要強調的關鍵項目亦即影響因素變化較大的項目，規劃試驗以探討其效應。6.7.2.1壽命週期輪廓、工作輪廓與可靠度試驗輪廓可靠度試驗所採用的環境條件及應力水準或稱位準（Level）與時間之關係稱之為可靠度試驗輪廓（Reliability Test Profile）。可靠度試驗輪廓必須以產品壽命週期（Life Cycle Profile）及工作輪廓（Performance Profile）定義為基礎，經環境輪廓分析後，確定

51、適宜的項目、水準及作用時間，然後依照硬品的特性及試驗設備能力，規劃擬訂可靠度試驗的基本輪廓週期；實際試驗時，則重複循環此基本輪廓週期。在試驗過程中，並須持續或定期觀察試件失效的情形，並量測、記錄試件的失效時間。對產品而言，不論是在研發或生產階段，執行可靠度成長試驗、可靠度鑒定試驗及生產可靠度接收試驗時，所使用的可靠度試驗輪廓主要由電性輸入特性、溫度、振動、濕度及其他顯著之環境或使用條件等應力所組成，此輪廓是在硬品進行可靠度試驗必須確定的項目。常用的可靠度試驗基本輪廓週期以24小時或其分數為基本單元，按各項應力的特性及其可能效應規劃安排。由於溫度的熱傳特性、效應、作用時間及試驗時試件需達溫度穩定

52、的需求，一般試驗輪廓的規劃以溫度與時間的變化關係亦即溫度輪廓為主。首先考慮產品在四季使用時可能遭受之常溫、高溫、常溫及低溫組合，必要時並區別操作溫度與儲存溫度，然後配合產品工作特性，在各種不同穩定溫度下，考量操作加電與不操作不加電、電性應力電壓、電流、振動、濕度等環境組合。若產品之設計僅應用於一次操作或單一型式之重複操作模式，則試驗輪廓與工作、壽命週期輪廓為一對一的關係，試驗條件則模擬操作的實際應力水準。若產品設計係為應用於多種操作需求與多項環境條件，則試驗輪廓須以多種操作需求經組合後決定，其試驗應力水準和時間則依據產品壽命週期之不同操作型式百分比而定。6.7.2.2可靠度試驗環境條件與應力水

53、準為建立執行試驗之條件和水準，應量測產品在實際操作的真實環境尤其是溫度及振動二項；若無上述資料可運用，則可參考相關規範或資料，訂定出試驗條件和水準。一般而言，環境應力水準之取捨或決定，應依下列順序循序進行之：(1)量測應力：可靠度試驗時所加環境應力型式與水準，應基於實際工作輪廓內、預定的應用情形與現場（Field）遭遇之環境應力量測數據。(2)預估應力：如無法獲得環境應力之實際量測值，則可參考工作輪廓、使用情形與現場類似產品的環境資料，決定試驗之應力型式與水準。(3)規範應力：按照產品之分類及使用特性，參考諸如IEC 605系列、MIL-STD-810F及MIL-HDBK-781A（1996）

54、等相關標準及參考資料。6.7.2.3應力之選定與施加法 試驗執行之前，必須調查產品在使用狀態所承受應力的種類與大小，並根據實際使用時，產品所發生之失效模式及失效機構，選定足以激發失效的試驗應力種類及應力水準。 若須以少數試件測試多種應力的影響時，施加各應力的順序便是一個重要的問題。以少數試件欲知多種應力的影響，宜從嚴厲度較低的應力開始執行試驗，然後逐漸移往嚴苛的應力，但是，某應力誘發失效，在次一應力促進失效的發生時，宜在施加產生誘發失效之微小缺陷的應力後，施加容易擴大缺陷引發失效的應力。不同環境之可靠度試驗條件可參考相關規範或標準如IEC68或MIL-HDBK-781A，運輸振動和衝擊試驗之需

55、求規格可參考MIL-STD-810之方法514.5，若需要濕度環境需求，可參考MIL-STD-210及IEC721。6.7.2.4可靠度試驗程式與執行計畫在執行可靠度試驗之前，必須擬訂可靠度試驗程式及可靠度試驗執行計畫（Plan），其中須明訂試驗目的、範圍、試驗規格、試驗設備、試驗地點、試驗程式等資料，作為試驗執行之依據。再根據待試產品特徵或要求達成之試驗目的，選擇可靠度試驗的種類、方法及規模時，實際上會有時程及經濟上的限制，因此必須在事前做多方面檢討與考量，有些時候甚至在正式試驗前，必須進行預備試驗，或調查類似產品的可靠度試驗方法與試驗結果，或確認設定模擬或實地可靠度試驗規格之根據，或收集現

56、場數據並調查使用條件，然後據以擬訂適切的可靠度試驗執行計畫。長時間反覆成功或失敗所得的經驗和技術是規劃可靠度試驗的基礎，最好不要將試驗計畫完全依賴於以往慣例，或取自外部規格的簡易試驗。此外，擬訂可靠度試驗計畫時，仍須就下列各項目依序逐項檢討。6.7.2.4.1試驗設備執行可靠度試驗所使用的試驗設施、試驗櫃與儀器應能符合可靠度試驗輪廓所需的試驗條件與規格要求。一般可靠度試驗的條件多是複合環境條件，因此其試驗設備以提供試驗環境條件及執行判定成功與失效所需的儀器設備為主。除此之外，執行試驗時試驗設備與試件之佈置簡圖，所需使用試驗設備之一般性說明，試驗地點之說明、保密需求與安全特徵等亦為準備試驗設備時

57、應注意之事項。6.7.2.4.2溫度試驗櫃溫度試驗櫃提供的環境條件應該能夠維持規定的試驗水準，並且在試驗過程中，試件周圍空氣與試驗櫃的強制流動空氣溫度，應該維持在規定試驗溫度規格的2範圍內，在加熱與冷卻循環所使用熱媒體的溫度變化率平均不得小於5分鐘以上規定為美軍標準之要求。假如試件在正常操作時有冷卻系統的設計，則在執行試驗時，試件應該藉著它本身設計時所設定之冷卻系統加以冷卻。實務上，若以試件和它的冷卻系統一起進行試驗有困難時，模擬用冷卻劑的條件與屬性必須在試驗之前經過權責單位認可，並且規定在試驗相關文件中。無論冷卻的方法為何，所有試件均應承受符合試驗輪廓所指定的工作及環境輪廓條件。6.7.2.

58、4.3振動試驗設備進行正弦掃描或單頻振動時，試驗之振動值應為規格值之10%。隨機振動的需求可參考諸如MIL-STD-810之試驗方法514.5。振動試驗設備每操作24小時應該作檢測以保持適當操作，並要有自動監視設備以防試驗之振動值超過試驗規格。6.7.2.4.4試驗儀器與設備除了環境試驗櫃所需之儀器外，應該依照試驗程式之規定，準備量測及測試試件性能參數所需要之儀器設備。6.7.2.4.5校正/準確度環境試驗與功能監測所使用之儀器設備可參考諸如MIL-STD-45662之規定，確定使用時是在適當的操作條件。所有執行可靠度試驗時所使用的儀器與試驗設備，其精准度須比欲量測變數的容差更高。6.7.2.4.6試驗設備運轉測試在執行試驗之前，所有的試驗設備都應該事先進行運