可靠性設計方法課件

可靠性基礎入門1來特榮(武漢)光電技術有限公司可靠性基礎入門1來特榮(武漢)光電技術有限公司介紹可靠性的定義可靠性設計方法可靠性試驗可靠性保證可靠性實施可靠性計算2來特榮(武漢)光電技術有限公司介紹可靠性的定義2來特榮(武漢)光電技術有限公司可靠性的定義產品的可靠性是指：產品在規(guī)定的條件下、在規(guī)定的時間內完成規(guī)定的功能的能力。

從定義本身來說，它是產品的一種能力，這是一個很抽象的概念；我們可以用個例子（100個學生即將參加考試）來理解這個定義，可靠性就是指：100個學生的考分的平均分是多少？對這個平均分的準確性有多大把握？分數越高、把握越大，可靠性就越高。3來特榮(武漢)光電技術有限公司可靠性的定義產品的可靠性是指：產品在規(guī)定的條件下、在我國的可靠性工作起步較晚，20世紀70年代才開始在電子工業(yè)和航空工業(yè)中初步形成可靠性研究體系，并將其應用于軍工產品。其他行業(yè)可靠性工作起步更晚，差距更大，與先進國家差距20～30年，雖然國家已制訂可靠性標準，但尚未引起所有企業(yè)的足夠重視。對產品而言，可靠性越高就越好?？煽啃愿叩漠a品，可以長時間正常工作（這正是所有消費者需要得到的）；從專業(yè)術語上來說，就是產品的可靠性越高，產品可以無故障工作的時間就越長。4來特榮(武漢)光電技術有限公司我國的可靠性工作起步較晚，20世紀70年代才開可靠性的重要性產品的可靠性很重要，它不僅影響生產公司的前途，而且影響到使用者的安全（前蘇聯(lián)的“聯(lián)盟11號”宇宙飛船返回時，因壓力閥門提前打開而造成三名宇航員全部死亡）?？煽啃院玫漠a品，不但可以減少公司的維修費用，而且可以很快就打出品牌，大幅度提升公司形象，增加公司收入。隨著市場經濟的發(fā)展，競爭日趨激烈，人們不僅要求產品物美價廉，而且十分重視產品的可靠性和安全性。要想在競爭中立于不敗之地，就要狠抓產品質量，特別是產品可靠性，沒有可靠性就沒有質量，企業(yè)就無法在激烈的競爭中生存和發(fā)展。因此，可靠性問題必須引起政府和企業(yè)的高度重視，抓好可靠性工作，不僅是關系到企業(yè)生存和發(fā)展的大問題，也是關系到國家經濟興衰的大問題。5來特榮(武漢)光電技術有限公司可靠性的重要性產品的可靠性很重要，它不僅影響生產公司可靠性指標可靠度R（t）：它是產品在規(guī)定條件和規(guī)定時間內完成規(guī)定功能的概率。一批產品的數量為N，從t=0時開始使用，隨著時間的推移，失效的產品件數逐漸增加，而正常工作的產品件數n(t)逐漸減少，用R(t)表示產品在任意時刻t的可靠度。失效率（故障率）λ（t）：它是指某產品工作到時間t之后，在單位時間△t內發(fā)生失效的概率。6來特榮(武漢)光電技術有限公司可靠性指標可靠度R（t）：它是產品在規(guī)定條件和規(guī)定時間內完可靠性指標有效壽命與平均壽命：有效壽命一般是指產品投入使用后至達到某規(guī)定失效率水平之前的一段工作時間。而平均壽命MTTF對于不可修復產品，指從開始使用直到發(fā)生失效這一段工作時間的平均值；對于可修復的產品，是指在整個使用階段和除維修時間之后的各段有效工作時間的平均值。平均無故障工作時間MTBF：是指相鄰兩次故障之間的平均工作時間，也稱為平均故障間隔。它僅適用于可維修產品。同時也規(guī)定產品在總的使用階段累計工作時間與故障次數的比值為MTBF。其他如可靠度、有效度、維修度、平均維修時間等也是衡量產品可靠性水平的一種標準，但是一般以可靠壽命失效率就足以說明產品可靠性程度了。我們遇到的產品可分為兩類：一類是不可修復的產品，如燈泡，晶體管、軸承等，另一類是可修復的產品，如電視機，計算機等。對不可修復的產品，平均壽命就是平均壽命終止時間，記為MTTF（MeanTimetoFailure），對可修復的產品，平均壽命指的是平均無故障工作時間，記為MTBF（MeanTimeBetweenFailure）。假如我們僅考慮首次失效前的一段時間，那么兩者就沒有什么區(qū)別了。7來特榮(武漢)光電技術有限公司可靠性指標有效壽命與平均壽命：有效壽命一般是指產品投入使用浴盆曲線

λttIIIIII浴盆曲線，分為三部分（I、II、III三部分）：第I部份是早期失效階段。早期失效期的特點是失效發(fā)生在器件使用的初期，失效率較高，且隨著工作時間的增加而迅速下降。早期失效的原因大多是由于器件本身存在的缺陷所造成的。進行合理的篩選，盡可能在交付使用前把早期失效的器件淘汰掉，可以使出廠器件的失效率達到或接近下述偶然失效期的水平，即達到或接近原設計水平。改進產品設計、加強材料和器件的質量控制，可以減少這一階段的失效。第II部份是中期穩(wěn)定階段（偶然失效階段）。這段時間內，產品的失效率穩(wěn)定在一個較低水平；從物理意義上理解，當少數產品的明顯缺陷顯露出來后，剩下的就是正常的產品，這部份產品可以較穩(wěn)定、持久地工作，所以失效率也穩(wěn)定在一個較低水平。偶然失效期的特點是失效率低，穩(wěn)定，近似為常數。這個階段中所發(fā)生的失效往往帶有偶然性。偶然失效期是器件的良好使用階段。第III部份是后期失效階段；這段時間內，產品的失效率迅速上升；從物理意義上理解，到了后期，產品經過長時間的工作、磨損、老化，慢慢接近壽命終點，隨著時間的增加，到達壽命終點的產品越來越多，失效率也就隨之上升。8來特榮(武漢)光電技術有限公司浴盆曲線λttIIIIII浴盆曲線，分為三部分（I、II、可靠性設計方法

降額設計：為了提升電子設備的可靠性而常用，主要是指構成電子設備的元器件使用中所承受的應力（電應力和溫度應力）低于元器件本身的額定值，以達到延緩其參數退化，增加工作壽命，提高使用可靠性的目的。冗余設計：一個系統(tǒng)的可靠度為MTBF＝6667H，達不到設計目標值MTBF＝8000H；如果把兩個這樣的系統(tǒng)“并聯(lián)”起來，近似計算后也就滿足了設計目標值。9來特榮(武漢)光電技術有限公司可靠性設計方法降額設計：為了提升電子設備的可靠性而常用，主可靠性設計方法

熱設計：對電子產品而言，一方面當溫度升高時失效率會發(fā)生變化、一方面是有些元件只能在某一溫度下使用，為了提升產品的可靠性，工作過程中，讓系統(tǒng)穩(wěn)定在一個合適的溫度是非常必要的；這樣，在設計的最初就應該考慮到熱量的產生與發(fā)散的問題，這部份工作就是熱設計的主要內容。半導體器件工作時會產生熱量，因此要采取散熱措施。

常用的傳熱類型：傳導散熱、自然對流散熱、輻射散熱、半導體器件自然冷卻

10來特榮(武漢)光電技術有限公司可靠性設計方法熱設計：對電子產品而言，一方面當溫度升高時失可靠性設計方法

EMC設計：電磁兼容是研究在有限的空間、時間和頻譜資源下，各種設備或系統(tǒng)可以共存而不致引起降級的一門科學。電磁兼容（EMC）包括電磁干擾（EMI）和電磁敏感度（EMS）兩個方面。電磁兼容是指設備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)境中任何事物構成不能承受的電磁騷擾的能力。要提升這種能力，有許多應用課題要解決，如：電磁波的散射、透射、傳輸、孔縫耦合，各種干擾源的機理和特性，各種干擾參數的計算和測試，各種結構的屏蔽效果，各種防護方法、測試方法、標準等等。對應設計的方法也有多種，如：防靜電設計、防雷設計、防地電位升設計等等；一般從以下方面考慮，以保證產品的EMC特性：

11來特榮(武漢)光電技術有限公司可靠性設計方法EMC設計：電磁兼容是研究在有限的空間、時間可靠性設計方法

1、靜電放電的防護。首先要阻止電流直接進入電子線路，最普通的辦法就是建立完善的屏蔽結構，屏蔽層接到電路的公共接地點上。對內部的電路來說，如果需要與金屬外殼相連時，必須采用單點接地的方式，防止放電電流流過這個電路，造成傷害。2、屏蔽。采用屏蔽的目的有兩個：一是限制內部的輻射電磁能越過某一區(qū)域；二是防止外來的輻射進入某一區(qū)域。主要對電場、電磁場、磁場進行屏蔽（現(xiàn)實對磁場的屏蔽更難）。3、接地。接地的目的一是防電擊，一是去除干擾。接地可分為兩大類，即安全接地與信號接地。接地時應該注意：接地線愈短愈好、接地面應具有高傳導性、切忌雙股電纜分開安裝、低頻宜采用單點接地系統(tǒng)、高頻應采用多點接地系統(tǒng)、去除接地環(huán)路。4、濾波。實際工作中，無法完全做好接地與屏蔽的工作。因此，會采用濾波（將不需要的信號去除）的方式來彌補不足，主要通過濾波電路來實現(xiàn)。

12來特榮(武漢)光電技術有限公司可靠性設計方法1、靜電放電的防護。首先要阻止電流直接進入電可靠性測試

可靠性測試應該在可靠性設計之后，但目前我國的可靠性工作主要還是在測試階段，而且大部分公司都會忽略最初的可靠性設計，當測試出現(xiàn)失效后才開始考慮設計。為了測得產品的MTBF，我們需要拿出一定的樣品，做較長時間的運行測試，找出每個樣品的失效時間，計算出MTBF，當然樣品數量越多，測試結果就越準確。但是，這樣的理想測試實際上是不可能的，因為對這種測試而言，要等到最后一個樣品出現(xiàn)故障，需要的測試時間長得無法想象，要所有樣品都出現(xiàn)故障需要的成本高得無法想象。為了測試可靠性，這里介紹：加速測試（也就增加應力*），使缺陷迅速顯現(xiàn)；經過大量專家、長時間的統(tǒng)計，找到了一些增加應力的方法，轉化成一些測試的項目。如果產品經過這些項目的測試，依然沒有明顯的缺陷，就說明產品的可靠性至少可以達到某一水平。應力：就是指外界各種環(huán)境對產品的破壞力，如產品在85℃下工作受到的應力比在25℃下工作受到的應力大；在高應力下工作，產品失效的可能性就大大增加了。13來特榮(武漢)光電技術有限公司可靠性測試可靠性測試應該在可靠性設計之后產品在使用過程中，有不同的使用環(huán)境（有些安裝在室外、有些隨身攜帶、有些裝在船上等等），會受到不同環(huán)境的應力（有些受到風吹雨濕、有些受到振動與跌落、有些受到鹽霧蝕侵等等）；為了確認產品能在這些環(huán)境下正常工作，國標、行標都要求產品在環(huán)境方法模擬一些測試項目，這些測試項目包括：1).高溫試驗（高溫運行、高溫貯存）；2).低溫試驗（低溫運行、低溫貯存）；3).高低溫交變試驗（溫度循環(huán)測試、熱沖擊測試）；4).高溫高濕試驗（濕熱貯存、濕熱循環(huán)）；5).機械振動試驗；6).機械沖擊試驗；7).熱沖擊試驗；8).光纖拉力試驗；9).連接器插拔耐久性環(huán)境試驗：14來特榮(武漢)光電技術有限公司產品在使用過程中，有不同的使用環(huán)境（有些安裝在室外、有些隨身測試條件；不同的產品測試條件不一樣；就拿高溫測試來說，有些產品要求做高溫貯存測試，有些要求做高溫運行測試，有些產品的高溫用85℃做測試，有些產品的高溫是用65℃做測試。但是，崇旨只有一個，那就是滿足國/行標。要測試一種產品的可靠性，找到這種產品的國/行標是必需的，按照國/行標的要求和指引找出必須的測試項目與各項目的測試方法，從而進行環(huán)境測試。15來特榮(武漢)光電技術有限公司測試條件；不同的產品測試條件不一樣；就拿高溫測試來說，有些產器件的物理特性（PhysicalCharacteristicofDevice）內部水汽含量密封性芯片剪切強度可焊性引線鍵合強度ESD靈敏度ESD抗擾度EMIEMC在舊版的468中對試驗項目的分類：機械完整性、耐久性試驗和特殊試驗

16來特榮(武漢)光電技術有限公司器件的物理特性（PhysicalCharacteristi

可靠性保證文件的控制原材料和供應商的控制生產過程和異常改善的控制產品貯存和運輸的控制人員的培訓17來特榮(武漢)光電技術有限公司

可靠性保證文件的控制17來特榮(武漢)光電技術有限公司文件的控制文件控制的基本要求：保證所有使用的文件都是有效文件。文件是知識的表現(xiàn)形式（如培訓資料等）、是指導作業(yè)的基礎（如操作指導文件等）、是衡量產品質量的標準（如檢驗規(guī)范等）、是處理異常事情的依據（如合同等），是一個公司必不可少的東西，而公司也應該確保文件的正確性和充分性。對文件的控制，包括對客戶資料的控制、各種標準的控制、公司內部四級文件（質量手冊、程序文件、操作指導、作業(yè)記錄）的控制，一般由文控中心（或資料室）來完成文件的控制。為方便控制，所有要求控制的文件都應該有編號、版本號；文控中心通過對每一次發(fā)放做記錄來完成新文件的發(fā)放、新舊文件的更換，保證使用者手上只有一個最新版本。為方便查找，文控中心可以通過一些Excel表格、Access數據庫來管理文件。18來特榮(武漢)光電技術有限公司文件的控制文件控制的基本要求：保證所有使用的文件都是有效文件原材料和供應商的控制原材料和供應商控制的基本要求：保證每個原材料滿足技術圖紙要求。對原材料，通過檢驗來控制質量。對原材料分為兩類檢驗：一是性能方面的常規(guī)檢驗，針對每批進貨檢驗，采用兩方都同意的AQL依GB2828抽樣、檢驗；二是可靠性方面的例行測試，在一段時間（一個月、或一個季度）內進行一次測試，采用兩方都同意的RQL依GB2829抽樣、檢驗。對檢驗結果的記錄、統(tǒng)計和分析，也直接影響到采購量的多少，以及是否有必要更換供應商等等。一般要求，每種原材料至少有兩家供應商。對供應商，主要能過產品質量、交貨期、服務等方面考查，并給予適當的評價，必要時到供應商生產地點做現(xiàn)場審查；以確認供應商能及時地提供性能穩(wěn)定的產品。19來特榮(武漢)光電技術有限公司原材料和供應商的控制原材料和供應商控制的基本要求：保證每個生產過程和異常改善的控制生產過程控制的基本要求：制作流程中的每個工藝都滿足相應的規(guī)范要求；對生產過程而言，要求每次投入生產的物料都是合格物料并有明確的標識，每個工藝中用到的設備在有效校驗期內、設備的參數設定正確，每個工位的操作過程與操作指導完全一致，每個工藝的輸出滿足標準要求，每個操作指導是最新有效版本等等。對生產過程中可靠性出現(xiàn)的異常，應該有記載，找出原因、分析改善、防止再發(fā)，并按改善后的內容，寫入標準，指導今后作業(yè)。生產制作的控制主要考慮以下幾個方面。

20來特榮(武漢)光電技術有限公司生產過程和異常改善的控制生產過程控制的基本要求：制作流程中的生產工藝過程的可靠性控制

21來特榮(武漢)光電技術有限公司生產工藝過程的可靠性控制 21來特榮(武漢)光電技術有限公司在工藝方面實行可靠性控制的兩大任務：通過完善工藝結構，改進工藝方法，制定與實施作業(yè)標準等措施，保障生產過程中減少乃至消除可靠性退化。

通過工藝方面的可靠性分析、評審，找出影響可靠性的各種隱患，反饋給設計部門更改、改進設計質量，以提高產品的內在可靠性。22來特榮(武漢)光電技術有限公司在工藝方面實行可靠性控制的兩大任務：通過完善工藝結構，改進工設備的工藝可靠性控制設備的工藝可靠性是指在規(guī)定范圍和時間內，設備保持滿足工藝過程中與其有關的質量指標數值的性質。它是引起產品可靠性退化的重要因素。依據設備在生產工藝過程中接受的任務不同，一般分為生產設備、檢測設備和運輸設備等，可靠性控制內容與要求主要有：

23來特榮(武漢)光電技術有限公司設備的工藝可靠性控制設備的工藝可靠性是指在規(guī)定范圍和時間內，生產設備的工藝可靠性控制：生產設備的工藝可靠性與其本身的完善程度、自動化水平、工作原理與控制方式等情況有密切聯(lián)系。用于自動控制的生產設備，則應重視和保證傳感器、計算機程序等硬、軟件的可靠性，以保證設備的工藝可靠性。檢測設備的工藝可靠性控制：檢測設備用于測量生產過程中工藝參數（此部份測試直接影響工藝過程的可靠性）或檢驗成品/半成品的質量狀況（此部份雖本身不直接影響工藝過程的可靠性，但檢測不正確既會影響對上道工序工藝可靠性做出正確評估，又影響下道工序的工藝可靠性）。

設備使用過程的可靠性控制：絕大多數產品在使用期內的失效率與其使用狀況密切相關。產品的可靠性隨使用條件、使用時間而變化，如超額使用時，失效率提高，有效使用期縮短。因此，使用過程中的可靠性控制就成為可靠性管理十分重要的環(huán)節(jié)了。

24來特榮(武漢)光電技術有限公司生產設備的工藝可靠性控制：生產設備的工藝可靠性與其本身的完善可靠性改進是生產過程中，提升可靠性的最有利手段，也是唯一可以使生產可靠性高出設計可靠性的方法。通過對工藝、設備的有效控制，可以使生產可靠性無限接近設計可靠性；只有在生產過程中對可靠性的改善，才可以讓生產可靠性超過設計可靠性。依靠產品在可靠性測試時的不良、使用期的實際信息，進一步優(yōu)化產品系統(tǒng)結構，采用新材料、新技術和新工藝，提高產品所用的各種元器件、零部件質量等級，必要時調整其安全系統(tǒng)和降額系數，以提高產品的可靠性水平，這些活動統(tǒng)稱為可靠性改進。它是質量改進的重要組成部分，可以用PDCA循環(huán)來處理，也可以用SPC中的二十字真經來指導作業(yè)“找出異因、查明真象、改善措施、防止再犯、形成標準”。可靠性改進：25來特榮(武漢)光電技術有限公司可靠性改進是生產過程中，提升可靠性的最有利手段，也是唯一可以產品貯存和運輸的控制；產品貯存/運輸控制的基本要求：不讓產品受到額外的應力。對貯存而言，需要控制溫、濕度，防止擠壓、倒塌等，必要時防靜電；運輸過程中要防止受到超標準的振動、碰撞等，必要時控制溫度、溫度和靜電。26來特榮(武漢)光電技術有限公司產品貯存和運輸的控制；26來特榮(武漢)光電技術有限公司人員的培訓無論是從那個方面來說，人員的培訓都應該做好。按照ISO9000的要求和規(guī)定，我們應該把各個崗位的人員培訓到最合適的程度。在所有的培訓當中，操作工人的培訓最容易被忽視，在自動化程度不高的情況下，操作工人的培訓恰恰是最重要的。27來特榮(武漢)光電技術有限公司人員的培訓27來特榮(武漢)光電技術有限公司

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