品質(zhì)的基本保證——可靠性

可靠性工程是表征產(chǎn)品（系統(tǒng)?元件?器件等）無故障工作能力的指標(biāo)，是產(chǎn)品的重要內(nèi)在屬性之一，是衡量產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。

可靠性是抑制產(chǎn)品故障的一門新興學(xué)科，它涉及的范圍廣泛， 綜合了系統(tǒng)工程、管理工程、價(jià)值工程、人機(jī)工程、電子計(jì)算機(jī)技術(shù)、產(chǎn)品測(cè)試技術(shù)以及概率、統(tǒng)計(jì)、運(yùn)籌、物理等多種學(xué)科成果的應(yīng)用科學(xué)。

可靠性工程起源于軍事領(lǐng)域，經(jīng)過半個(gè)多世紀(jì)的迅速發(fā)展，現(xiàn)在已成為涉及面非常廣的綜合性學(xué)科。隨著科技發(fā)展，用戶對(duì)民用產(chǎn)品的要求也越來越高，不僅要求價(jià)格便宜，功能齊全，而且要求產(chǎn)品安全可靠，經(jīng)久耐用。因此產(chǎn)品借助可靠性預(yù)計(jì)技術(shù)來標(biāo)明產(chǎn)品可靠性指標(biāo)，將有利于增強(qiáng)自身競(jìng)爭(zhēng)力，也能讓用戶放心購(gòu)買。所以可靠性研究對(duì)于現(xiàn)代企業(yè)來說有著彌足重要的作用，可以說可靠性已經(jīng)擴(kuò)展到我們生活和生產(chǎn)的方方面面。 

可靠性的歷史

二十世紀(jì)四十年代被認(rèn)為是可靠性萌芽時(shí)期。到了20世紀(jì)中期，是可靠性興起和形成的重要時(shí)期。

為了解決電子設(shè)備和復(fù)雜導(dǎo)彈系統(tǒng)的可靠性問題，美國(guó)展開了有組織的可靠性研究。其間，在可靠性領(lǐng)域最有影響力的事件是1952年成立的電子設(shè)備可靠性咨詢小組（AGREE），它是由美國(guó)國(guó)防部成立的一個(gè)由軍方、工業(yè)領(lǐng)域和學(xué)術(shù)領(lǐng)域三方共同組成的、在可靠性設(shè)計(jì)、試驗(yàn)及管理的程序及方法上有所推動(dòng)的、并確定了美國(guó)可靠性工程發(fā)展方向的組織。

AGREE組織在1955年開始制訂和實(shí)施從設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、生產(chǎn)到交付、儲(chǔ)存和使用的全面的可靠性計(jì)劃，并在1957年發(fā)表了《軍用電子設(shè)備可靠性》的研究報(bào)告，從9方面全面闡述可靠性的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、管理的程序和方法，成為可靠性發(fā)展的奠基性文件。這個(gè)組織的成立和這份報(bào)告的出現(xiàn)，也標(biāo)志著可靠性學(xué)科發(fā)展的重要里程碑，此時(shí)，它已經(jīng)成為一門真正的獨(dú)立的學(xué)科。

上世紀(jì)四十年代初期到六十年代末期，是結(jié)構(gòu)可靠性理論發(fā)展的主要時(shí)期；六十年代到八十年代，是結(jié)構(gòu)可靠性理論得到了發(fā)展并已較為成熟的時(shí)代九十年代，人可靠性分析方法的研究趨于活躍，許多學(xué)者將人工智能、隨機(jī)模擬、心理學(xué)、認(rèn)知工程學(xué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、信息論、突變論、模糊集合論等學(xué)科的思想應(yīng)用到人可靠性分析中，出現(xiàn)了人可靠性心理模型、人可靠性分析綜合認(rèn)知模型、人模糊可靠性模型、人機(jī)系統(tǒng)人失誤率評(píng)估的動(dòng)態(tài)可靠性技術(shù)以及計(jì)算機(jī)輔助人可靠性分析等。

可靠性在電力系統(tǒng)中也得以廣泛應(yīng)用，目前的研究幾乎涉及到電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電、配電等各方面，可靠性分析也正逐步成為電力系統(tǒng)規(guī)劃、決策的一項(xiàng)重要的輔助工具。

在電子領(lǐng)域，現(xiàn)有的絕大多數(shù)可靠性數(shù)學(xué)模型和研究方法是以電子產(chǎn)品為最初對(duì)象產(chǎn)生和發(fā)展起來的，所以目前對(duì)電子產(chǎn)品的可靠性研究不論從可靠性建模理論、可靠性設(shè)計(jì)方法、失效機(jī)理分析、可靠性試驗(yàn)技術(shù)及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方式等均已趨向成熟。另外，在機(jī)械、汽車、電力等領(lǐng)域，可靠性也發(fā)揮著不可替代的作用。

可靠性的相關(guān)定義和概念

1、可靠性

是表征產(chǎn)品（系統(tǒng)，元件，器件等）無故障能力工作的指標(biāo)，是產(chǎn)品的重要內(nèi)在屬性，是衡量產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。可靠性是產(chǎn)品在整個(gè)生命周期中，保證完成規(guī)定功能的能力，是產(chǎn)品質(zhì)量好壞的一項(xiàng)重要指標(biāo)，是產(chǎn)品生命的一部分，我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB3187-1982(可靠性基本名詞術(shù)語及定義)中對(duì)可靠性的定義是“產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力”?？煽啃允钱a(chǎn)品生命周期中具有完成規(guī)定功能的能力?？煽啃缘幕靖拍罴矗嚎煽慷?，故障概率，故障（失效）率，故障概率密度，壽命等的表示與數(shù)量指標(biāo)，以及他們之間的相互關(guān)系，他們代表了產(chǎn)品可靠性的基本內(nèi)容。

2、可靠度R(t)

是產(chǎn)品在壽命周期內(nèi)完成規(guī)定功能的指標(biāo)。按我國(guó)國(guó)標(biāo)規(guī)定，可靠度的定義是“在規(guī)定條件下，規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功的概率”。即產(chǎn)品在規(guī)定條件下規(guī)定時(shí)間內(nèi)的可靠性。

可靠度函數(shù)可用關(guān)于時(shí)間 t 的函數(shù)表示，可表示為

R（t）=P(T>t)

其中，t 為規(guī)定的時(shí)間，T表示產(chǎn)品的壽命。

由可靠度的定義可知，R(t)描述了產(chǎn)品在（0，t）時(shí)間內(nèi)完好的概率，且R(0)=1，R（+∞）=0。

3、故障（失效）概率

F(t)=P(T>t)

F(t)=1-R(t)或F(t)+ R(t)=1

其中，t 為規(guī)定的時(shí)間，T表示產(chǎn)品的壽命

4、故障概率密度函數(shù)

等于單位實(shí)際的故障概率函數(shù)的變化。

Ft=[F(t+dt)-F(t)]/dt

5、失效率

是指工作到某一時(shí)刻尚未失效的產(chǎn)品，在該時(shí)刻后，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生失效的概率。一般記為λ，它也是時(shí)間t的函數(shù)，故也記為λ(t)，稱為失效率函數(shù)，有時(shí)也稱為故障率函數(shù)或風(fēng)險(xiǎn)函數(shù)。

Λ(t)=dr/Nsdt

其中λ(t)——瞬時(shí)失效率；

dr——失效數(shù)的增量

Ns——剩余產(chǎn)品數(shù)

dt——時(shí)間增量

6、可靠性壽命

平均故障間隔時(shí)間 mean time between failures (MTBF)  可修復(fù)產(chǎn)品的一種基本可靠性參數(shù)。其度量方法為：在規(guī)定的條件下和規(guī)定的期間內(nèi)，產(chǎn)品壽命單位總數(shù)與故障總次數(shù)比。

平均故障前時(shí)間 mean time to failures (MTTF) 不可修復(fù)產(chǎn)品的一種基本可靠性參數(shù)。其度量方法為：在規(guī)定的條件和規(guī)定的期間內(nèi)，產(chǎn)品壽命單位總數(shù)與故障產(chǎn)品總數(shù)之比。

7、可靠壽命

由給定可靠度求出的與其相對(duì)應(yīng)的工作時(shí)間，稱為可靠壽命。設(shè)產(chǎn)品的可靠度為R(t)，使可靠度等于規(guī)定值r時(shí)的時(shí)間t,即為可靠壽命

8、中位壽命

中位壽命是指可靠度為0.5時(shí)的壽命，即t（0.5）的值，即表示為

     t（0.5）=0.63915(1/λ)

9、特征壽命

即R(t)=1/e=0.368時(shí)對(duì)應(yīng)的壽命,失效規(guī)律服從指數(shù)分布時(shí)，特征壽命就是平均壽命θ

   t=1/λ=θ

10、貯存壽命

產(chǎn)品在規(guī)定條件下貯存時(shí)，仍能滿足質(zhì)量要求的時(shí)間長(zhǎng)度。產(chǎn)品出廠后，不工作，在規(guī)定條件下貯存，產(chǎn)品也有一個(gè)非工作狀態(tài)的偶然故障率，而此一般比工作故障率小得多，但貯存產(chǎn)品的可靠性也是在不斷下降的。因此，貯存壽命是產(chǎn)品貯存可靠性的一種度量。

可靠性設(shè)計(jì)

可靠性要求是設(shè)計(jì)、分析、試驗(yàn)和驗(yàn)收的依據(jù)?？煽啃栽O(shè)計(jì)要求可分為：定性要求;  定量要求。

定性要求內(nèi)容有: 遵守一般可靠性設(shè)計(jì)和準(zhǔn)則等。

定量要求內(nèi)容有:  使用與合同 參數(shù)和指標(biāo)。 

使用參數(shù)和指標(biāo)：直接與產(chǎn)品完好性、任務(wù)成功性、維修人力和保障資源費(fèi)用有關(guān)的一種度量。其度量值稱指標(biāo)（目標(biāo)值與門限值）。合同參數(shù)和指標(biāo)：在合同中表達(dá)訂購(gòu)方要求的，并且是承制方在研制和生產(chǎn)過程中可以控制的參數(shù)。其度量值稱為合同指標(biāo)（規(guī)定值和最低可接受值）。 

目的：通過制定并貫徹型號(hào)可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，把有助于保證、提高產(chǎn)品可靠性的一系列設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)到產(chǎn)品中去。

制定可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的依據(jù)

（1）型號(hào)《立項(xiàng)論證報(bào)告》、《研制總要求》及研制合同（包括工作說明）中規(guī)定的可靠性設(shè)計(jì)要求；

（2）國(guó)內(nèi)外有關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)和手冊(cè)中所提出的可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則等相關(guān)內(nèi)容；

（3）類似型號(hào)中制定貫徹的可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則中的有關(guān)條款；

（4）通過調(diào)研，了解使用人員在使用中對(duì)產(chǎn)品的可靠性方面需求，整理轉(zhuǎn)化為可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則；

（5）研制單位所積累的可靠性設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和失敗所取得的教訓(xùn)。

按技術(shù)分類可靠性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1.簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)2.冗余設(shè)計(jì)3.熱設(shè)計(jì)4.環(huán)境防護(hù)設(shè)計(jì)5.抗沖擊、振動(dòng)和噪聲設(shè)計(jì)6.穩(wěn)定性設(shè)計(jì)7.安裝設(shè)計(jì)8、液壓件設(shè)計(jì)9.原材料、零部件和元器件選用10. 包裝、貯存、裝卸與運(yùn)輸設(shè)計(jì)。

可靠性試驗(yàn)

1、可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)：

可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)是產(chǎn)品研制階段中單獨(dú)安排的一個(gè)可靠性工作項(xiàng)目，作為工程研制階段的組成部分。保證產(chǎn)品進(jìn)入批生產(chǎn)前的可靠性達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)?？煽啃栽鲩L(zhǎng)試驗(yàn)通常安排在工程研制基本完成之后和可靠性鑒定試驗(yàn)之前。 可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)是一種有目標(biāo)、有計(jì)劃、有增長(zhǎng)模型的專項(xiàng)試驗(yàn)?？煽啃栽鲩L(zhǎng)試驗(yàn)耗費(fèi)的資源相當(dāng)巨大，試驗(yàn)總時(shí)間通常為產(chǎn)品預(yù)期MTBF目標(biāo)值的5~25倍，所以,并不是任何一個(gè)產(chǎn)品都合適進(jìn)行增長(zhǎng)試驗(yàn)。

可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)的一般方法是制定增長(zhǎng)目標(biāo)、確定增長(zhǎng)模型, 通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品故障, 根據(jù)故障分析,改進(jìn)設(shè)計(jì)的這樣一個(gè)不斷反復(fù)試驗(yàn)改進(jìn)過程 

2、可靠性研制試驗(yàn) (RDT)：

(1)目的    通過對(duì)產(chǎn)品施加適當(dāng)?shù)沫h(huán)境應(yīng)力、工作載荷,尋找產(chǎn)品中的設(shè)計(jì)缺陷,以改進(jìn)設(shè)計(jì),提高產(chǎn)品的固有可靠性水平。

(2)方法  試驗(yàn)、分析、改進(jìn)。

(3)類型   可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)(RET)、高加速壽命試驗(yàn)(HALT)、可靠性增長(zhǎng)摸試驗(yàn)。               

(4) 適用時(shí)機(jī) 可靠性研制試驗(yàn)應(yīng)在產(chǎn)品的研制階段盡早開展，通過試驗(yàn)、分析與改進(jìn)的過程來提高產(chǎn)品的固有可靠性水平。

可靠性驗(yàn)證試驗(yàn)?zāi)康模菏谴_認(rèn)產(chǎn)品是否符合合同規(guī)定的可靠性定量要求。

3、可靠性鑒定試驗(yàn)：

為了驗(yàn)證設(shè)備設(shè)計(jì)是否符合規(guī)定的可靠性要求，應(yīng)用能代表具有批準(zhǔn)的技術(shù)狀態(tài)的設(shè)備, 在規(guī)定的環(huán)境試驗(yàn)條件下進(jìn)行可靠性鑒定試驗(yàn)。若無其他規(guī)定，則至少要用兩臺(tái)設(shè)備進(jìn)行定時(shí)截尾試驗(yàn)方案的鑒定試驗(yàn)。統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方案應(yīng)是訂購(gòu)方規(guī)定或同意的GB5080中的方案

4、可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)：

為了確定生產(chǎn)的設(shè)備是否符合規(guī)定的可靠性要求，應(yīng)按規(guī)定的抽樣原則從各生產(chǎn)批次中抽取設(shè)備, 在與可靠性鑒定試驗(yàn)相同的環(huán)境試驗(yàn)條件下進(jìn)行可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)，這些受試設(shè)備應(yīng)能代表其所屬批次的特征。驗(yàn)收試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方案應(yīng)從GB5080中給出的序貫截尾試驗(yàn)方案或定時(shí)截尾試驗(yàn)方案。

驗(yàn)證試驗(yàn)(統(tǒng)計(jì)試驗(yàn))方案的分類

• 指數(shù)壽命型：定時(shí)截尾、序貫截尾、定數(shù)等方案

  
  

• 成敗型：一次抽樣、序貫截尾等方案

  
  

EMC測(cè)試

隨著電子產(chǎn)品越來越多地采用低功耗、高速度、高集成度的LSI電路，使得這些系統(tǒng)比以往任何時(shí)候更容易受到電磁干擾的威脅。而與此同時(shí)，大功率設(shè)備及移動(dòng)通訊和無線尋呼的廣泛應(yīng)用等，又大大增加了電磁騷擾的發(fā)生源，因此我們應(yīng)提高產(chǎn)品本身抗干擾能力，即要求產(chǎn)品必須具備在一定的電磁環(huán)境下能正常工作的能力。某些產(chǎn)品在EMC方面的測(cè)試是國(guó)家強(qiáng)制要求進(jìn)行的。通常狀況下，EMC需要測(cè)試如下項(xiàng)目：

• 傳導(dǎo)****；

  
  

• 輻射****；

  
  

• 靜電抗擾性測(cè)試；

  
  

• 電快速脈沖串抗擾性測(cè)試；

  
  

• 浪涌抗擾性測(cè)試；

  
  

• 射頻輻射抗擾性；

  
  

• 傳導(dǎo)抗擾性：

  
  

• 電源跌落抗擾性；

  
  

• 工頻磁場(chǎng)抗擾性；

  
  

• 電力線接觸；

  
  

• 電力線感應(yīng)；