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环境可靠性试验概论

发布日期:2012-03-31 09:26:29

第一章  可靠性概论

国民经济和科学技术的发展,对产品的质量提出了越来越高的要求,不仅要求电子产品具有良好的技术性能,而且希望它能作到"高可靠、长寿命"。所谓产品的可靠性,就是指产品在规定的条件下和规定的时间内,完成规定功能的能力。由于人们希望对产品的可靠性从定性的认识上升到定量的认识,因而便提出了失效率、平均无故障工作时间、可靠度、维修度、有效度等可靠性指标。可靠性指标是衡量产品质量的重要内容之一。怎样评价产品的可靠性?产品可靠性水平不高的原因是什么?如何分析并提高产品的可靠性?这一系列的问题,就构成了可靠性这一学科的主要内容。

可靠性的基本概念和理论

 

a可靠性的定义

•产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力

•产品的主要性能参数在规定条件下随时间变化的稳定程度

•产品所能适应的环境应力范围

•产品的寿命、失效率或质量等级

•必须消除或控制产品的失效模式

 

b.可靠性发展的历史

国外

40年代重视可靠性,50年代调查分析、统计试验,60年代失效分析,70年代可靠性工程

国内:

60年代提出可靠性问题 、70年代开展可靠性研究(军用七专生产线、民用彩电可靠性)80年代以后可靠性保证、管理、系统工程

可靠性是战争的产物;是军用产品的重要指标;是企业的命脉

c可靠性概念

可靠性相关因素:工作和环境条件、规定时间 、规定功能(失效判据)

产品的失效分类

产品的失效可以分为:

a.致命失效、漂移性失效、间歇失效等。

B.早期失效、偶然失效和耗损失效

    致命失效是指产品完全失去规定功能能力的一类失效。

漂移性失效是指产品的一个或几个参数超过规定值所引起的一类失效,如半导体器件的电流增益、反向漏电流的漂移超过所规定的数值,电阻器的阻值,电容器的容量、损耗角正切、绝缘电阻发生漂移引起的失效等。

间歇失效是指产品在使用或试验过程中呈现时好时坏一类的失效。(管壳内混有可动导电微粒,造成振动引起的瞬时短路)

独立失效系指和系统中其他失效不相关的失效。从属失效系指因系统中某一部件失效而引起的相关失效。

早期失效往往是由于产品存在有先天不足的缺陷所造成的

对于可修复的产品而言,两次故障之间的时间间隔称为该产品的寿命。

d.可靠性指标

可靠度  R(t):产品在规定条件下使用时间t后,还能完成规定功能的概率

随机事件、概率

R(t)=p     (T>t)

R(t)=[N-n(t)]/N

N为总数、足够大、n(t)t时刻的失效数

累计失效概率(寿命分布函数)F(t):产品在规定条件下工作到时间t的失效概率

F(t)=Q    (T<t)

F(t)=n(t)/n    N为总数、足够大、n(t):t时刻的失效数

F(t)+R(t)=1

失效概率密度函数f(t):产品在t时刻的单位时间内的失效概率

f(t)=dF(t)/dt

失效率   λ(t)=f(t)/R(t)

  盆曲线

  失效率单位   1 Fit=1*10-9/小时    

e.寿命特征在明确一

在明确一批产品的失效率λ((t)特征后,可得到表征寿命的特征量:

平均寿命(MTBF)

可靠寿命:R(t)=r所经历的工作时间

中位寿命:R(t)=0.5所经历的工作时间

特征寿命:   R(t)=1/e所经历的工作时间

 

f.常见的分布函数

指数分布:偶然失效期的特征,失效率为常数

正态分布:众多随机因素的综合影响表现为叠加或均匀耗损期的特征,

对数正态分布:众多随机因素的综合影响表现为连乘,半导体器件多符合

威布尔分布:凡由于局部失效而导致整体失效的模型

1.1可靠性工作的特点

可靠性工作有其自身的特点,产品的可靠性指标与产品技术性能有着极为密切的联系。产品的可靠性指标,可以针对某些单项技术性能指标而言,也可以针对许多技术性能指标的综合而言。产品的可靠性,不但有与设计和生产有关的所谓“固有可靠性”,而且有与使用条件有关的所谓“使用可靠性”。有人将“可靠性”称为“质量的时间指标”。因此,时间应力对于产品可靠性的影响是不可忽视的。

产品的可靠性指标与产品的技术性能指标之间还有一个很重要的区别。那就是产品的技术性能指标可以通过仪器的直接测量,用灵敏度、选择性、不失真功率、图象明亮度、清晰度、保真度来表示。而产品的可靠性指标是一个统计指标,只有在进行可靠性试验、分析及调查研究的基础上,才能对产品的可靠度、失效率、有效度以及寿命特征进行正确的统计评价。

可靠性指标的综合性决定了可靠性工作内容的广泛性;可靠性指标的时间性及统计性决定了可靠性评价和分析方法的特殊性。影响产品可靠性的因素是多方面的,既有原材料和元器件方面的因素,也有设备及系统工程方面的因素;既与设计生产技术有关,也与科学管理水平有关。可靠性工作具有科研和管理双重性,可靠性管理和可靠性技术是可靠性工作中两个不可缺少的环节。

1.2可靠性工作的技术内容

可靠性技术是研究如何评价、分析和提高产品可靠性的一门综合性的学科。可靠性技术与数学、物理、化学、管理科学、环境科学、人机工程、系统工程以及电子技术各专业学科密切相关并相互渗透。研究产品可靠性的数学工具是概率论与数理统计学;暴露产品薄弱环节的重要手段是进行环境与寿命试验;评价产品可靠性的重要方法是收集可靠性信息并进行统计分析;分析产品失效机理的重要基础是失效物理学;提高产品可靠性的重要途径是加强可靠性管理、制定可靠性计划、研究可靠性理论,暴露并分析产品的薄弱环节、进行信息反馈、应用可靠性技术、开展可靠性设计和可靠性评审。

可靠性技术包括可靠性系统分析、可靠性设计、可靠性生产、可靠性维护、可靠性试验、可靠性失效分析以及可靠性数据收集处理和交换技术等等。

1.3可靠性试验的意义

可靠性试验是为评价分析产品可靠性而进行的试验。通过可靠性试验可以确定产品在各种环境条件下工作或贮存时的可靠性特征量,为设计、生产、使用提供有用的信息。通过试验也能充分暴露产品在设计、原材料、工艺等方面存在的问题,经过失效分析进而找出改进的措施。在这样一个“发现-分析-纠正”的循环中,不断地提高产品的可靠性。由此可见,开展可靠性试验和进行失效分析是生产高可靠产品的重要环节。

可靠性试验的目的是:

(a) 发现产品在设计、材料和工艺方面的各种缺陷。(摸底)

(b) 为改善产品完好性、减少维修费用及保障费用提供信息(鉴定)。

(c) 确认是否符合可靠性定量要求。(验收)

(d) 评价产品的使用寿命。

    因此,不要认为可靠性试验只是为了对产品作出接收、拒收或合格、不合格的结论,另一个重要的作用是通过可靠性试验发现产品的存在的问题,采取有效的措施予以纠正,从而提高产品的可靠性。  

可靠性与费用的关系

一般来说,可靠性试验的费用较高。但如上所述,有效的可靠性试验可成十倍地提高初始样机的可靠性,因此从费效比来权衡,还是值得的。当然,这并不排斥要充份利用其他试验的信息、或与其他试验结合起来节省费用。可靠性工作的经济效益对产品进行可靠性投资可以提高产品的良品率,延长产品的使用寿命,减少产品的维修费用,降低产品的备份数量,扩大销售 额,缩短研究周期,从而在产品的整个使用寿命周期内,将会节省和回收更多的资金。对产品的可靠性要求越高,其投资费用也就越大,而维修费用就会越低。

  可靠性试验费用与维护费用示意图