可靠性基礎知識

可靠性基礎知識可靠性基礎知識可靠性基礎知識第五章可靠性基礎知識可靠性是質(zhì)量的一個重要的組成內(nèi)容.可靠性技術(shù)是提高產(chǎn)品質(zhì)量的一種重要手段，它本身已形成一門獨立的學科。二次世界大戰(zhàn)之后,為了迅速提高武器裝備的性能，采用的新技術(shù)、新材料越來越多，特別是使用了大量的電子元器件，從而使武器裝備日趨復雜,加之裝備使用環(huán)境的嚴酷，使當時的武器裝備故障頻繁，在朝鮮戰(zhàn)爭中美軍的軍用電子裝備的故障最為嚴重。于是美國國防部在1952年成立了電子設備可靠性咨詢組(AGREE）。經(jīng)過五年的研究，該組于1957年發(fā)表了《軍用電子設備可靠性》的研究報告，從而確定了可靠性工程發(fā)展的方向，成為美國可靠性工程發(fā)展的奠基性文件，標志著可靠性已成為一門獨立的學科.半個世紀以來,可靠性工程經(jīng)歷了50年代的起步階段，60年代的發(fā)展階段，70年代的成熟階段和80年代的更深更廣的發(fā)展階段，以及90年代以來進入向綜合化、自動化、智能化和實用化發(fā)展的階段，使可靠性工程成為一門提高產(chǎn)品質(zhì)量的重要的工程技術(shù)學科?？煽啃怨こ桃褟碾娮赢a(chǎn)品可靠性發(fā)展到機械和非電子產(chǎn)品的可靠性；從硬件的可靠性發(fā)展到軟件的可靠性;從重視可靠性統(tǒng)計試驗發(fā)展到強調(diào)可靠性工程試驗，通過環(huán)境應力篩選及可靠性強化試驗來暴露產(chǎn)品故障,從而提高產(chǎn)品可靠性；從可靠性工程發(fā)展為包括維修性工程、測試性工程、保障性工程在內(nèi)的可信性工程；從軍事裝備的可靠性發(fā)展到民用產(chǎn)品的可靠性。第一節(jié)可靠性的基本概念及常用度量一、故障(失效)及其分類產(chǎn)品或產(chǎn)品的一部分不能或?qū)⒉荒芡瓿深A定功能的事件或狀態(tài)稱為故障。對于不可修復的產(chǎn)品如電子元器件和彈藥等也稱失效。故障的正式定義為終止即喪失完成規(guī)定的功能.在本章中，在多數(shù)場合，故障一詞也可用失效代替。嚴格地說，故障是指產(chǎn)品不能執(zhí)行規(guī)定功能的狀態(tài)，故障通常是產(chǎn)品本身失效后的狀態(tài)，但也可能在失效前就存在。故障的表現(xiàn)形式，如三極管的短路或開路、燈絲的燒斷等稱為故障（失效）模式。引起產(chǎn)品故障的物理、化學或生物等變化的內(nèi)在原因稱為故障(失效)機理。產(chǎn)品的故障分類有多種。按故障的規(guī)律可分為偶然故障和耗損故障。偶然故障是由于偶然因素引起的故障，其重復出現(xiàn)的風險可以忽略不計,只能通過概率統(tǒng)計方法來預測.耗損故障是通過事前檢測或監(jiān)測可統(tǒng)計預測到的故障，是由于產(chǎn)品的規(guī)定性能隨時間增加而逐漸衰退引起的。耗損故障可以通過預防維修,防止故障的發(fā)生，延長產(chǎn)品的使用壽命.按故障引起的后果可分為致命性故障和非致命性故障。前者會使產(chǎn)品不能完成規(guī)定任務或可能導致人或物的重大損失、最終使任務失敗，后者不影響任務完成，但會導致非計劃的維修.按故障的統(tǒng)計特性又可分為獨立故障和從屬故障。前者是指不是由于另一個產(chǎn)品故障引起的故障,后者是由另一產(chǎn)品故障引起的故障.在評價產(chǎn)品可靠性時只統(tǒng)計獨立故障。二、可靠性產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力稱為可靠性?？煽啃缘母怕识攘糠Q為可靠度。這里的產(chǎn)品指的是GB/TIS09000中定義的硬件和流程性材料等有形產(chǎn)品以及軟件等無形產(chǎn)品。它可以大到一個系統(tǒng)或設備,也可以小至一個零件。產(chǎn)品終止規(guī)定功能就稱為失效,也稱為故障.產(chǎn)品按從發(fā)生失效后是否可以通過維修恢復到規(guī)定功能狀態(tài),可分為可修復產(chǎn)品和不可修復產(chǎn)品。如汽車屬于可修復產(chǎn)品，日光燈管屬不可修復產(chǎn)品.習慣上，終止規(guī)定功能，對可修復產(chǎn)品稱為故障,對不可修復產(chǎn)品稱為失效?？煽啃远x中的“三個規(guī)定”是理解可靠性概念的核心?！耙?guī)定條件"包括使用時的環(huán)境條件和工作條件.產(chǎn)品的可靠性和它所處的條件關(guān)系極為密切，同一產(chǎn)品在不同條件下工作表現(xiàn)出不同的可靠性水平。一輛汽車在水泥路面上行駛和在砂石路上行駛同樣里程，顯然后者故障會多于前者，也就是說使用環(huán)境條件越惡劣，產(chǎn)品可靠性越低?！耙?guī)定時間”和產(chǎn)品可靠性關(guān)系也極為密切。可靠性定義中的時間是廣義的,除時間外，還可以是里程、次數(shù)等。同一輛汽車行駛1萬公里時發(fā)生故障的可能性肯定比行駛1000公里時發(fā)生故障的可能性大。也就是說，工作時間越長，可靠性越低，產(chǎn)品的可靠性和時間的關(guān)系呈遞減函數(shù)關(guān)系.“規(guī)定的功能”指的是產(chǎn)品規(guī)格書中給出的正常工作的性能指標。衡量一個產(chǎn)品可靠性水平時一定要給出故障(產(chǎn)品的可靠性可分為固有可靠性和使用可靠性。固有可靠性是產(chǎn)品在設計、制造中賦予的，是產(chǎn)品的一種固有特性,也是產(chǎn)品的開發(fā)者可以控制的。而使用可靠性則是產(chǎn)品在實際使用過程中表現(xiàn)出的一種性能的保持能力的特性,它除了考慮固有可靠性的影響因素之外，還要考慮產(chǎn)品安裝、操作使用和維修保障等方面因素的影響。產(chǎn)品可靠性還可分為基本可靠性和任務可靠性?；究煽啃允钱a(chǎn)品在規(guī)定條件下無故障的持續(xù)時間或概率，它反映產(chǎn)品對維修人力的要求。因此在評定產(chǎn)品基本可靠性時應統(tǒng)計產(chǎn)品的所有壽命單位和所有故障，而不局限于發(fā)生在任務期間的故障，也不局限于是否危及任務成功的故障。任務可靠性是產(chǎn)品在規(guī)定的任務剖面（產(chǎn)品在完成規(guī)定任務這段時間內(nèi)所經(jīng)歷的事件和環(huán)境的時序描述）內(nèi)完成規(guī)定功能的能力.評定產(chǎn)品任務可靠性時僅考慮在任務期間發(fā)生的影響完成任務的故障。因此要明確任務故障的判據(jù)。提高任務可靠性可采用冗余或代替工作模式，不過這將增加產(chǎn)品的復雜性，從而降低基本可靠性。因此設計時要在兩者之間進行權(quán)衡。三、維修性產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，按規(guī)定的程序和方法進行維修時，保持或恢復執(zhí)行規(guī)定狀態(tài)的能力稱為維修性.規(guī)定條件指維修的機構(gòu)和場所及相應的人員、技能與設備、設施、工具、備件、技術(shù)資料等。規(guī)定的程序和方法指的是按技術(shù)文件規(guī)定采用的維修工作類型、步驟、方法等。能否完成維修工作當然還與規(guī)定時間有關(guān)。維修性是產(chǎn)品質(zhì)量的一種特性，即由產(chǎn)品設計賦予的使其維修簡便、迅速和經(jīng)濟的固有特性.產(chǎn)品不可能無限期地可靠工作，隨著使用時間的延長，總會出現(xiàn)故障。此時，如果能通過迅速而經(jīng)濟地維修恢復產(chǎn)品的性能，產(chǎn)品又能繼續(xù)工作.由于產(chǎn)品的可靠性與維修性密切相關(guān)，都是產(chǎn)品的重要設計特性,因此產(chǎn)品可靠性與維修性工作應從產(chǎn)品論證時開始,提出可靠性與維修性的要求,并在開發(fā)中開展可靠性與維修性設計、分析、試驗、評定等活動,把可靠性與維修性要求落實到產(chǎn)品的設計中。四、保障性系統(tǒng)（裝備)的設計特性和計劃的保障資源滿足平時和戰(zhàn)時使用要求的能力稱為保障性。保障性是裝備系統(tǒng)的固有屬性，它包括兩方面含義，即與裝備保障有關(guān)的設計特性和保障資源的充足和適用程度。設計特性是指與保障有關(guān)的設計特性，如與可靠性和維修性等有關(guān)的，以及保障資源要求裝備所具有的設計特性。這些設計特性可以通過設計直接影響裝備的硬件和軟件。如使設計的裝備便于操作、檢測、維修、裝卸、運輸、消耗品（油、水、氣、彈）補給等設計特性.從保障性角度看，良好的保障設計特性是使裝備具有可保障的特性或者說所設計的裝備是可保障的.保障資源是保證裝備完成平時和戰(zhàn)時使用的人力和物力。從保障性的角度看,充足的并與裝備匹配完善的保障資源說明裝備是能得到保障的。裝備具有可保障的特性和能保障的特性才是具有完整保障性的裝備.上面介紹的保障性雖指的是武器裝備，但對于民用產(chǎn)品而言保障性同樣也是一個重要的質(zhì)量特性。在民用產(chǎn)品的開發(fā)過程中同樣也應使所設計開發(fā)的產(chǎn)品具有可保障的特性和能保障的特性，使產(chǎn)品在顧客的使用中操作簡便、裝卸方便、出現(xiàn)故障有顯示、故障產(chǎn)品能及時修復、維修有備件、消耗品有供應等,產(chǎn)品只有具備這種良好的保障性才能使產(chǎn)品的各種功能和性能得到充分的發(fā)揮，顧客才會滿意。五、軟件可靠性近30年來,隨著微電子和計算機技術(shù)滲透到各個技術(shù)領域，同時，計算機在改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、實現(xiàn)管理和控制自動化方面也起著重要作用,絕大部分復雜系統(tǒng)的運行是離不開計算機的，因此，我們通常所說產(chǎn)品的可靠性有兩個部分構(gòu)成，即硬件可靠性及軟件可靠性，由軟件故障所造成的系統(tǒng)失效的事件屢見不鮮,但軟件可靠性比硬件可靠性的研究起步要晚得多，試驗及分析手段也不如硬件可靠性來得成熟。目前國際電工委員會已發(fā)布了兩部與軟件可靠性有關(guān)的標準，它們是IEC60300—3—6《軟件可信性應用指南》及IEC61713《軟件生存期的軟件可信性應用指南》,這兩個標準可做為從事軟件可靠性及相關(guān)工作的指導性文件。六、可用性和可信性可用性是在要求的外部資源得到保證的前提下，產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時刻或時間區(qū)間內(nèi)處于可執(zhí)行規(guī)定功能狀態(tài)的能力。它是產(chǎn)品可靠性、維修性和維修保障的綜合反映,這里的可用性定義是固有可用性的定義，外部資源(不包括維修資源）不影響產(chǎn)品的可用性。反之，使用可用性則受外部資源的影響?？捎眯缘母怕识攘糠Q為可用度.可用性通俗地說是“要用時就可用”.實際上,可靠性和維修性都是為了使顧客手中的產(chǎn)品隨時可用?？煽啃允菑难娱L其正常工作時間來提高產(chǎn)品可用性,而維修性則是從縮短因維修的停機時間來提高可用性?？捎眯允穷櫩蛯Ξa(chǎn)品質(zhì)量的又一重要的需求?？尚判允且粋€集合性術(shù)語,用來表示可用性及其影響因素：可靠性、維修性、維修保障?？尚判詢H用于非定量條款中的一般描述，可信性的定性和定量具體要求是通過可用性、可靠性、維修性、維修保障的定性和定量要求表達的.七、可靠度函數(shù)、累積故障（失效)分布函數(shù)產(chǎn)品可靠度是產(chǎn)品在規(guī)定條件下規(guī)定時間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率，描述的是產(chǎn)品功能隨時間保持的概率。因此產(chǎn)品可靠度是時間的函數(shù),一般用R（t)表示，產(chǎn)品的可靠度函數(shù)定義為：R（t)=P（T＞t)式中：T——產(chǎn)品發(fā)生故障（失效)的時間，有時也稱為壽命;t-—規(guī)定的時間。因此,產(chǎn)品在規(guī)定條件下規(guī)定的時間內(nèi)，不能完成規(guī)定功能的概率，也是時間的函數(shù)，一般用F（t)表示，F(xiàn)(t）稱為累積故障分布函數(shù)，即：F(t)=P(T≤t）關(guān)于產(chǎn)品所處的狀態(tài)，為了研究的方便一般假定為要么處于正常工作狀態(tài),要么處于故障狀態(tài)。產(chǎn)品發(fā)生故障和不發(fā)生故障是兩個對立的事件,因此：R(t)+F（t）=1累積故障分布函數(shù)和可靠度函數(shù)可以通過大量產(chǎn)品的試驗進行估計。設有16個產(chǎn)品作壽命試驗,試驗發(fā)生的故障數(shù)隨時間的變化統(tǒng)計見表5。1—1.將試驗數(shù)據(jù)作成直方圖，可得圖5。1—1.假設將測試產(chǎn)品數(shù)逐漸增加，時間間隔逐漸縮短并趨于0,即可得到一條光滑的即為累積故障分布函數(shù)F(t)。表5.1-1試驗故障統(tǒng)計表時間(小時)故障數(shù)（個）累積故障數(shù)（個）時間（小時）故障數(shù)(個)累積故障數(shù)（個)0—10000500—600610100-20011600—700313200-30012700-800215300—40013800—900116400—50014故障密度函數(shù)f(t）是累積故障分布函數(shù)的導數(shù)。它可以看成在t時刻后一個單位時間內(nèi)產(chǎn)品故障的概率，即：因此,累積故障分布函數(shù)F（t），可靠度函數(shù)R(t)和故障密度函數(shù)f(t）三者之間的關(guān)系如圖5．1—2。產(chǎn)品的累積故障分布完全可以通過大量樣品的試驗獲得.一旦知道了分布規(guī)律就可以應用概率統(tǒng)計理論來研究產(chǎn)品可靠性。產(chǎn)品的累積故障分布可以是指數(shù)分布、威布爾分布或?qū)?shù)正態(tài)分布等，但最簡單的分布是指數(shù)分布.理論上可以證明：一個由若干組成部分構(gòu)成的產(chǎn)品,不論組成部分故障是什么分布,只要出故障后即予維修，修后如新,則較長時間后，產(chǎn)品的故障分布就漸近于指數(shù)分布.八、可靠性與維修性的常用度量(一）可靠度產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率稱為可靠度，一般用R(t)表示。若產(chǎn)品的總數(shù)為N0，工作到t時刻產(chǎn)品發(fā)生的故障數(shù)為r(t），則產(chǎn)品在t時刻的可靠度的觀測值為：R(t)=〔N0—r(t)〕/N0【例5。1—1】設t=0時,投入工作的10000只燈泡,以天作為度量時間的單位，當t=365天時,發(fā)現(xiàn)有300只燈泡壞了，求一年時的工作可靠度。解：已知N0=10000,r(t）=300,故：R(365）=（10000—300）/10000=0。97（二)故障(失效)率工作到某時刻尚未發(fā)生故障（失效）的產(chǎn)品，在該時刻后單位時間內(nèi)發(fā)生故障(失效)的概率，稱之為產(chǎn)品的故障(失效）率，也稱瞬時故障(失效)率。故障率一般用λ（t)表示。一般情況下,λ(t）可用下式進行計算：λ(t）=△r（t)/〔NS(t）?△t〕式中:△r（t）——t時刻后，△t時間內(nèi)的發(fā)生故障的產(chǎn)品數(shù)；△t——所取時間間隔；NS(t)——在t時刻沒有發(fā)生故障的產(chǎn)品數(shù)。對于低故障率的元器件常以10—9／h為故障率的單位，稱之為菲特(Fit)。當產(chǎn)品的故障服從指數(shù)分布時，故障率為常數(shù)，此時可靠度為：R（t）=e—λt【例5.1-2】在【例5.1—1】中，若一年后又有1只燈泡壞了，求該時刻故障率是多少？解：已知△t=1，△r(t)=1，NS（t)=9700則：λ（t）=1/(9700×1）=0.000103／天(三)平均失效（故障)前時間（MTTF)

設N0個不可修復的產(chǎn)品在同樣條件下進行試驗,測得其全部失效時間為t1，t2，…tNo其平均失效前時間（MTTF)為：由于對不可修復的產(chǎn)品,失效時間即是產(chǎn)品的壽命,故MTTF也即為平均壽命。當產(chǎn)品的壽命服從指數(shù)分布時，【例5。1—3】設有5個不可修復產(chǎn)品進行壽命試驗,它們發(fā)生失效的時間分別是1000h,1500h，2000h，2200h，2300h，問該產(chǎn)品的MTTF觀測值?解：MTTF=(1000+1500+2000+2200+2300)／5=9500／5=1800h(四)平均故障間隔時間（MTBF)一個可修復產(chǎn)品在使用過程中發(fā)生了N0次故障,每次故障修復后又重新投入使用，測得其每次工作持續(xù)時間為t1,t2，…tNo，其平均故障間隔時間MTBF為:九、浴盆曲線大多數(shù)產(chǎn)品的故障率隨時間的變化曲線形似浴盆，如圖5.1—3所示，故將故障率曲線稱為浴盆曲線。產(chǎn)品故障機理雖然不同，但產(chǎn)品的故障率隨時間的變化大致可以分為三個階段；圖5。1—3產(chǎn)品典型的故障率曲線（一）早期故障期在產(chǎn)品投入使用的初期，產(chǎn)品的故障率較高，且具有迅速下降的特征。這一階段產(chǎn)品的故障主要是設計與制造中的缺陷，如設計不當、材料缺陷、加工缺陷、安裝調(diào)整不當?shù)?，產(chǎn)品投入使用后很容易較快暴露出來?？梢酝ㄟ^加強質(zhì)量管理及采用篩選等辦法來減少甚至消滅早期故障。(二）偶然故障期在產(chǎn)品投入使用一段時間后，產(chǎn)品的故障率可降到一個較低的水平,且基本處于平穩(wěn)狀態(tài)，可以近似認為故障率為常數(shù),這一階段就是偶然故障期。在這個時期產(chǎn)品的故障主要是由偶然因素引起的，偶然故障階段是產(chǎn)品的主要工作期間。(三）耗損故障期在產(chǎn)品投入使用相當長的時間后，產(chǎn)品就會進入耗損故障期，其特點是產(chǎn)品的故障率迅速上升，很快出現(xiàn)產(chǎn)品故障大量增加直至最后報廢.這一階段產(chǎn)品的故障主要是由老化、疲勞、磨損、腐蝕等耗損性因素引起的.通過對產(chǎn)品試驗數(shù)據(jù)分析,可以確定耗損階段的起始點,在耗損起始點到來之前停止使用，對耗損的零件、部件予于維修、，更換，可以降低產(chǎn)品的故障率,延長產(chǎn)品的使用壽命。產(chǎn)品的使用壽命與產(chǎn)品規(guī)定條件和規(guī)定的可接受的故障率有關(guān)。規(guī)定的允許故障率高，產(chǎn)品的使用壽命就長,反之,使用壽命就短。另外，并非所有產(chǎn)品的故障率曲線都可以分出明顯的三個階段。高質(zhì)量等級的電子產(chǎn)品其故障率曲線在其壽命期內(nèi)基本是一條平穩(wěn)的直線.而質(zhì)量低劣的產(chǎn)品可能存在大量的早期故障或很快進人耗損故障階段。十、可靠性與產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)系產(chǎn)品質(zhì)量是產(chǎn)品的一組固有特性,描述該產(chǎn)品滿足顧客和其他相關(guān)方要求的能力.顧客購買產(chǎn)品時對產(chǎn)品一組固有特性的要求是多方面的，其中包括性能特性、專門特性、及時性、適應性等。性能特性用性能指標表示，如發(fā)動機的輸出功率，電視機的屏幕尺寸等，它可以通過各種測量儀器及設備對性能的每一個參數(shù)逐一進行直接測試，顧客很容易就能對產(chǎn)品是否合格做出評價,也能對不同品牌的同類產(chǎn)品進行性能對比，從而判斷出不同品牌產(chǎn)品的優(yōu)劣。及時性指的是產(chǎn)品的開發(fā)和供應者能否及時提供給顧客需要的產(chǎn)品，也就是產(chǎn)品的交貨期，這也是顧客能直觀地做出決策的。同樣，產(chǎn)品適應性也是顧客可以直觀得出結(jié)論的。在質(zhì)量特性中唯獨專門特性是顧客最關(guān)心，但也是顧客難于直觀判斷的。所謂專門特性包括可靠性、維修性和保障性等?？煽啃耘c性能的最大區(qū)別是：性能是確定性的概念，“看得見，測得到”，而產(chǎn)品可靠性是不確定性概念，事先“看不見”，“測不到”，產(chǎn)品出不出故障是偶然或隨機的，無法通過儀器設備測一下就能知道.對某一具體產(chǎn)品在沒有使用到壽命終了或出故障之前，它的真實壽命或可靠性是不知道的，只有通過同品牌產(chǎn)品進行大量試驗和使用，經(jīng)統(tǒng)計分析和評估才能獲得該品牌產(chǎn)品的可靠性?？傊?，產(chǎn)品可靠性是產(chǎn)品性能隨時間的保持能力,換句話說,要長時間的保持性能就是不要出故障,不出故障或出了故障能很快維修好是產(chǎn)品很重要的質(zhì)量特性。要使產(chǎn)品高可靠、好維修就要在產(chǎn)品開發(fā)中開展可靠性、維修性設計、試驗與管理工作.這也是質(zhì)量專業(yè)技術(shù)人員為什么必須熟悉可靠性基礎知識的重要原因.第二節(jié)

基本的可靠性設計與分析技術(shù)一、可靠性設計的基本內(nèi)容產(chǎn)品的可靠性是設計出來的，生產(chǎn)出來的,也是管理出來的。產(chǎn)品開發(fā)者的可靠性設計水平對產(chǎn)品固有的可靠性影響是重大的，因此可靠性設計與分析在產(chǎn)品開發(fā)過程中具有很重要的地位.可靠性設計的主要技術(shù)有：(1）規(guī)定定性定量的可靠性要求。有了可靠性指標,開展可靠性設計才有目標，也才有開展可靠性工作的動力；有了可靠性指標也才能對開發(fā)的產(chǎn)品可靠性進行考核，以避免產(chǎn)品在顧客使用中因故障頻繁而使開發(fā)商和顧客利益受到損失。最常用的可靠性指標是平均故障間隔時間，即MTBF。其次是使用壽命，本書不展開論述。(2)建立可靠性模型。用于預計或估計產(chǎn)品可靠性的模型叫可靠性模型。建立產(chǎn)品系統(tǒng)級、分系統(tǒng)級或設備級的可靠性模型，可用于定量分配、估計和評價產(chǎn)品的可靠性.

可靠性模型包括可靠性方框圖和可靠性數(shù)學模型.產(chǎn)品典型的可靠性模型有串聯(lián)模型和并聯(lián)模型。串聯(lián)模型是指組成產(chǎn)品的所有單元中任一單元發(fā)生故障都會導致整個產(chǎn)品故障的模型。并聯(lián)系統(tǒng)是指組成產(chǎn)品所有單元同時工作時，只要有一個單元不發(fā)生故障，產(chǎn)品就不會發(fā)生故障，亦稱工作貯備模型。對于復雜產(chǎn)品的一個或多個功能模式，用方框表示的各組成部分的故障或它們的組合如何導致產(chǎn)品故障的框圖叫可靠性框圖。串、并聯(lián)的可靠性框圖和數(shù)學模型見表5.2-1表5.2—1可靠性框圖數(shù)學模型=1\*GB3①21n321n3當各單位壽命服從指數(shù)分布，λs(t)=n12n12Rs（t)=1-=1\＊GB3①式中Ri（t）與λi（t）—第i單元的可靠度與故障率；RS(t)與λi(t）-產(chǎn)品的可靠度、故障率.產(chǎn)品的可靠性框圖表示產(chǎn)品中各單元之間的功能邏輯關(guān)系,產(chǎn)品原理圖表示產(chǎn)品各單元的物理關(guān)系,兩者不能混淆。例如某振蕩器電路由電感和電容組成，從原理圖上看兩者是并聯(lián)關(guān)系，但從可靠性關(guān)系看兩者只要其中一個發(fā)生故障，振蕩器都不能工作，因此是串聯(lián)模型?！纠?。2-1】已知圖5.2—1中電感和電容的故障率λL=λC=10—8／h，且假定故障間隔時間服從指數(shù)分布,求振蕩器的MTBF。解:λs=λL+λC=2×10—8／hMTBF=1/λs=5×107h【例5.2—2】假設一個產(chǎn)品是由10個部件串聯(lián)組成,若每一個部件工作10000小時的可靠度都為0.9,求產(chǎn)品工作10000小時的可靠度。由【例5.2-2】可以看出,組成串聯(lián)系統(tǒng)的單元越多，產(chǎn)品的可靠度越低.因此，提高產(chǎn)品可靠性的一個重要途徑是在滿足性能要求前提下盡量簡化設計，越簡單越可靠，同時提高組成產(chǎn)品的各單元的可靠性。(3）可靠性分配.可靠性分配是為了將產(chǎn)品總的可靠性的定量要求分配到規(guī)定的產(chǎn)品層次。通過分配使整體和部分的可靠性定量要求協(xié)調(diào)一致。它是一個由整體到局部，由上到下的分解過程?？煽啃苑峙溆性S多方法，如評分分配法、比例分配法等.（4)可靠性預計.可靠性預計是在設計階段對系統(tǒng)可靠性進行定量的估計，是根據(jù)相似產(chǎn)品可靠性數(shù)據(jù)、系統(tǒng)的構(gòu)成和結(jié)構(gòu)特點、系統(tǒng)的工作環(huán)境等因素估計組成系統(tǒng)的部件及系統(tǒng)的可靠性.系統(tǒng)的可靠性預計是一個自下而上，從局部到整體的系統(tǒng)綜合過程.可靠性預計結(jié)果可以與要求的可靠性相比較，估計設計是否滿足要求，通過可靠性預計還可發(fā)現(xiàn)組成系統(tǒng)的各單位中故障率高的單元，找到薄弱環(huán)節(jié),加以改進.可靠性預計有許多方法，如元器件計數(shù)法、應力分析法、上下限法等。電子產(chǎn)品可靠性預計通常采用元器件計數(shù)法和應力分析法。（5)可靠性設計準則?？煽啃栽O計準則是把已有的、相似產(chǎn)品的工程經(jīng)驗總結(jié)起來,使其條理化、系統(tǒng)化、科學化;成為設計人員進行可靠性設計的所遵循的原則和應滿足的要求?？煽啃栽O計準則一般都是針對某種產(chǎn)品的,但也可以把各種產(chǎn)品的可靠性設計準則的共性內(nèi)容，綜合成某種類型的可靠性設計準則，如直升機可靠性設計準則等.當然,這些共性可靠性設計準則經(jīng)剪裁、增補之后又可成為具體產(chǎn)品專用的可靠性設計準則?？煽啃栽O計準則一般應根據(jù)產(chǎn)品類型、重要程度、可靠性要求、使用特點和相似產(chǎn)品可靠性設計經(jīng)驗以及有關(guān)的標準、規(guī)范來制定.(6)耐環(huán)境設計。產(chǎn)品使用環(huán)境對產(chǎn)品可靠性的影響十分明顯。因此，在產(chǎn)品開發(fā)時應開展抗振動、抗沖擊、抗噪音、防潮、防霉、防腐設計和熱設計.(7）元器件選用與控制。電子元器件是完成產(chǎn)品規(guī)定功能而不能再分割的電路基本單元,是電子產(chǎn)品可靠性的基礎。要保證產(chǎn)品的可靠性對所使用的元器件進行嚴格控制是極為重要的一項工作。制定并實施元器件大綱是控制元器件的選擇和使用的有效途徑。（8）電磁兼容性設計。對電子產(chǎn)品來說，電磁兼容設計是不可缺少的。它包括靜電抗擾性，浪涌及雷擊抗擾性，電源波動及瞬間跌落抗擾性，射頻電磁場輻射抗擾性等.（9）降額設計與熱設計。元器件、零部件的故障率是與其承受的應力緊密相關(guān)的，降低其承受的應力可以提高其使用中的可靠性，因此設計時應將其工作應力設計在其規(guī)定的額定值之下，并留有余量。產(chǎn)品特別是電子產(chǎn)品周圍的環(huán)境溫度過高是造成其故障率增大的重要原因。因此應利用熱傳導、對流、熱輻射等原理結(jié)合必要的自然通風、強制通風、以致水冷及熱管等技術(shù)進行合理的熱設計，以降低其周圍的環(huán)境溫度。熱設計軟件是一種有效工具.二、可靠性分配在產(chǎn)品設計階段，將產(chǎn)品的可靠性定量要求按規(guī)定的準則分配到規(guī)定的產(chǎn)品層次的過程稱之為“可靠性分配"?？煽啃苑峙涞某Ｓ梅椒ㄓ性u分分配法、比例分配法等。以下以評分分配法為例針對串聯(lián)電子系統(tǒng)介紹可靠性分配的操作過程。評分分配法是一種常用的分配方法。在產(chǎn)品可靠性數(shù)據(jù)缺乏的情況下，可以請熟悉產(chǎn)品、有工程實際經(jīng)驗的專家，按照影響產(chǎn)品可靠性的幾種主要因素進行評分，然后根據(jù)評分的結(jié)果給各分系統(tǒng)或部件分配可靠性指標。選擇故障率λ為分配參數(shù)，主要考慮四種影響因素——復雜度、技術(shù)成熟度、重要度及環(huán)境條件。每一種因素的分值在1-10之間。復雜度：根據(jù)組成分系統(tǒng)的元部件數(shù)量以及它們組裝調(diào)試的能易程度評定.最復雜的評10分,最簡單的評1分。技術(shù)成熟度：根據(jù)分系統(tǒng)的技術(shù)水平和成熟程度評定。技術(shù)成熟度低評10分，技術(shù)成熟度高評1分.重要度：根據(jù)分系統(tǒng)的重要性評定。重要性最低的評10分,重要性最高的評1分。環(huán)境條件：根據(jù)分系統(tǒng)所處環(huán)境條件評定。經(jīng)受惡劣條件的評10分，環(huán)境條件最好的評1分。這樣分配給第i個分系統(tǒng)的故障率λi為：λi=Ciλs式中：Ci——第i個分系統(tǒng)的評分系數(shù)；

λs-—系統(tǒng)規(guī)定的故障率指標.

Ci=ωi/ω式中：ωi—-第i個分系統(tǒng)的評分數(shù);

ω—-系統(tǒng)的評分數(shù).式中：——第i個分系統(tǒng)第j個因素的評分數(shù)；j=l代表復雜度;j=2代表技術(shù)成熟度；

j=3代表重要度；j=4代表環(huán)境條件。式中：i=1，2，…,n—-分系統(tǒng)的數(shù)量。例4、（教材5。2—3）假設由部件A、部件B、部件C、部件D組成的串聯(lián)電子系統(tǒng),其可靠性指標為MTBF=500h，試用評分分配法將可靠性指標分配到各部件。請五位相關(guān)的專家進行評分，并通過計算，得出表5.2—2的結(jié)果。表5.2-2可靠性分配表部件復雜度技術(shù)成熟度重要度環(huán)境條件各部件評分數(shù)各部件的評分系數(shù)分配的故障率分配給各部件的MTBFA896834560.4629。241082。3B576816800。2254.52222。2C56659000.1202.44166。7D668514400。1933.862590。1合計

120500三、可靠性預計根據(jù)產(chǎn)品各組成部分的可靠性預測產(chǎn)品在規(guī)定的工作條件下的可靠性所進行的工作稱之為可靠性預計?？煽啃灶A計的常用方法有元器件計數(shù)法，應力分析法等。以下我們以元器件計數(shù)法為例介紹可靠性預計的基本步驟。元器件計數(shù)法適用于產(chǎn)品設計開發(fā)的早期。它的優(yōu)點是不需要詳盡了解每個元器件的應用及它們之間的邏輯關(guān)系就可迅速估算出產(chǎn)品的故障率，但預計結(jié)果比較粗糙.元器件計數(shù)法公式為：應力分析法適用于電子產(chǎn)品詳細設計階段,已具備了詳細的文件清單、電應力比、環(huán)境溫度等信息,這種方法比元器件計數(shù)法的結(jié)果要準確些。應力分析法分三步求出。第一步先求出各種元器件的工作故障率λp：λp=λb·πE·K式中：λp——元器件工作故障率;

λb——元器件基本故障率；

πE——環(huán)境系數(shù)；

K—-降額因子，其值小于等于1,由設計根據(jù)使用范圍例如GJB/Z35-93選定應力等級后決定。第二步求產(chǎn)品的工作故障率λs：基本故障率、環(huán)境系數(shù)等可查軍標GJB299B（但由于近年來元器件可靠性提高很快，GJB299B數(shù)據(jù)有的已太保守）?；竟收下?、環(huán)境系數(shù)等可查軍標GJB299B（但由于近年來元器件可靠性提高很快，GJB299B數(shù)據(jù)有的已太保守）。四、故障模式、影響及危害分析（FMECA）故障模式、影響及危害性分析（FMECA）是針對產(chǎn)品所有可能的故障,并根據(jù)對故障模式的分析，確定每種故障模式對產(chǎn)品工作的影響，找出單點故障，并按故障模式的嚴酷度及其發(fā)生概率確定其危害性.所謂單點故障指的是引起產(chǎn)品故障的，且沒有冗余或替代的工作程序作為補救的局部故障。FMECA包括故障模式及影響分析(FMEA）和危害性分析（CA)。故障模式和影響分析(FMEA)是在產(chǎn)品設計過程中，通過對產(chǎn)品各組成單元潛在的各種故障模式及其對產(chǎn)品功能的影響進行分析，提出可能采取的預防改進措施，以提高產(chǎn)品可靠性的一種設計分析方法。危害性分析（CA）是把FMEA中確定的每一種故障模式按其影響的嚴重程度類別及發(fā)生概率的綜合影響加以分析，以便全面地評價各種可能出現(xiàn)的故障模式的影響。CA是FMEA的繼續(xù),根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)及可靠性數(shù)據(jù)的獲得情況，CA可以是定性分析也可以是定量分析。FMECA分析方法可用于整個系統(tǒng)到零部件任何一級，一般根據(jù)要求和可能在規(guī)定的產(chǎn)品層次上進行。故障模式是指元器件或產(chǎn)品故障的一種表現(xiàn)形式.一般是能被觀察到的一種故障現(xiàn)象。如斷裂、接觸不良、短路、腐蝕等。故障影響是指該故障模式會造成對安全性、產(chǎn)品功能的影響。故障影響一般可分為:對局部、高一層次及最終影響三個等級。如分析飛機液壓系統(tǒng)中的一個液壓泵,它發(fā)生了輕微漏油的故障模式,對局部即對泵本身的影響可能是降低效率,對高一層次即對液壓系統(tǒng)的影響可能是壓力有所降低，最終影響即對飛機可能沒有影響.嚴酷度是指某種故障模式影響的嚴重程度。一般分為四類:I類(災難性故障）,它是一種會造成人員死亡或系統(tǒng)(如飛機）毀壞的故障。Ⅱ類(致命性故障），這是一種導致人員嚴重受傷，器材或系統(tǒng)嚴重損壞，從而使任務失敗的故障.Ⅲ類（嚴重故障),這類故障將使人員輕度受傷、器材及系統(tǒng)輕度損壞，從而導致任務推遲執(zhí)行、或任務降級、或系統(tǒng)不能起作用（如飛機誤飛).Ⅳ（輕度故障）,這類故障的嚴重程度不足以造成人員受傷，器材或系統(tǒng)損壞,但需要非計劃維修或修理。FMECA的實施步驟通常為:（1)掌握產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和功能的有關(guān)資料。（2)掌握產(chǎn)品啟動、運行、操作、維修資料.(3)掌握產(chǎn)品所處環(huán)境條件的資料。這些資料在設計的初始階段，往往不能同時都掌握。開始時，只能作某些假設,用來確定一些很明顯的故障模式。即使是初步FMECA，也能指出許多單點失效部位，且其中有些可通過結(jié)構(gòu)的重新安排而消除.隨著設計工作的進展，可利用的信息不斷增多,FMECA工作應重復進行,根據(jù)需要和可能應把分析擴展到更為具體的層次。(4)定義產(chǎn)品及其功能和最低工作要求.一個系統(tǒng)的完整定義包括它的主要和次要功能、用途、預期的性能、環(huán)境要求、系統(tǒng)約束條件和構(gòu)成故障的條件等。由于任何給定的產(chǎn)品都有一個或多個工作模式,并且可能處于不同的工作階段,因此,系統(tǒng)的定義還包括產(chǎn)品工作的每個模式及其持續(xù)工作期內(nèi)的功能說明。每個產(chǎn)品均應有它的功能方框圖,表示產(chǎn)品工作及產(chǎn)品各功能單元之間的相互關(guān)系。（5）按照產(chǎn)品功能方框圖畫出其可靠性方框圖。(6）根據(jù)所需要的結(jié)構(gòu)和現(xiàn)有資料的多少來確定分析級別，即規(guī)定分析到的層次.（7）找出故障模式，分析其原因及影響。(8）找出故障的檢測方法。(9）找出設計時可能的預防措施，以防止特別不希望發(fā)生的事件。（10）確定各種故障模式對產(chǎn)品產(chǎn)生危害的嚴酷程度.(11)確定各種故障模式的發(fā)生概率等級。故障模式發(fā)生的概率等級一般可分為：A級（經(jīng)常發(fā)生),產(chǎn)品在工作期間發(fā)生的概率是很高的,即一種故障模式發(fā)生的概率大于總故障概率的0.2。B級（很可能發(fā)生)，產(chǎn)品在工作期間發(fā)生故障的概率為中等,即一種故障模式發(fā)生的概率為總故障概率的0.1-0.2。C級（偶然發(fā)生)，產(chǎn)品在工作期間發(fā)生故障是偶然的，即一種故障模式發(fā)生的概率為總故障概率的0.01—0.1.D級(很少發(fā)生)，產(chǎn)品在工作期間發(fā)生故障的概率是很小的,即一種故障模式發(fā)生的概率為總故障概率的0.001—0.01。E級(極不可能發(fā)生），產(chǎn)品在工作期間發(fā)生故障的概率接近于零，即一種故障模式發(fā)生的概率小于總故障概率的0.001.（12)填寫FMEA表，并繪制危害性矩陣，如果需要進行定量FMECA，則需填寫CA表。如果僅進行FMEA，則第（11）步驟和繪制危害性矩陣不必進行。以上所述概括了進行FMECA所需要的基本輸入信息，在此基礎上進一步參照相關(guān)標準來完成分析工作,可參照的標準有國家標準GB7826—87《系統(tǒng)可靠性分析技術(shù)失效模式和效應分析（FMEA）程序》,國際電工委員會標準IEC60812Ed·2(2003）56/797及國家軍用標準GJB1391《故障模式、影響及危害性分析程序》，在這些標準中都提供了相應的表格供分析者使用。五、故障（失效）樹分析（FTA）與FMECA類似,故障樹分析（FTA）是分析產(chǎn)品故障原因和結(jié)果之間關(guān)系的另一重要的可靠性分析工具。故障樹分析于1961年首次用于分析“民兵”導彈發(fā)射控制系統(tǒng)，后來推廣應用到核能、航空、航天工業(yè)等許多領域。在執(zhí)行涉及健康及安全標準時，對重大事故（例如火災等）也應作FTA分析。故障樹表示產(chǎn)品的那些組成部分的故障模式或外界事件或它們的組合導致產(chǎn)品的一種給定故障模式的邏輯圖。它用一系列事件符號、邏輯符號和轉(zhuǎn)移符號描述系統(tǒng)中各種事件之間的因果關(guān)系.以故障樹的形式進行分析的方法叫故障樹分析法，故障樹分析的一般要求如下:(1）故障樹分析的準備工作分析者必須熟悉設計說明書、設計圖、運行規(guī)程、維修規(guī)程和其它有關(guān)資料。掌握系統(tǒng)的設計意圖、結(jié)構(gòu)、功能和環(huán)境情況.根據(jù)系統(tǒng)復雜程度和要求,必要時應進行系統(tǒng)的FMEA或FMECA以幫助確定頂事件及各級故障事件，根據(jù)系統(tǒng)的任務要求和對系統(tǒng)的了解確定分析目的,根據(jù)系統(tǒng)任務功能確定系統(tǒng)故障判據(jù)。（2）故障樹的建造完成（1)中的準備工作后，即可從確定的頂事件出發(fā)，遵循建造故障樹的基本規(guī)則和方法建造出所需要的故障樹。(3）故障樹的定性分析故障樹的定性分析主要包括以下內(nèi)容：故障樹的規(guī)范化；故障樹的簡化及模塊分解;計算故障樹的最小割集。(4）故障樹的定量分析根據(jù)故障樹中各底事件的發(fā)生概率,計算出頂事件發(fā)生概率。（5)編寫故障樹分析報告由于故障樹分析已成為系統(tǒng)可靠性分析的重要工具，并被可靠性工程師們廣泛地使用，國內(nèi)外也發(fā)布了相應的標準，這些標準有：國家標準GB/T7829-1987《故障樹分析程序》，國家軍用GJB768《故障樹分析》,國際電工委員會標準IEC61025Ed。1-1990—10《故障樹分析》。六、維修性設計產(chǎn)品的維修性是設計出來的,只有在產(chǎn)品設計開發(fā)過程開展維修性設計與分析工作,才能將維修性設計到產(chǎn)品中。維修性設計的主要方法有定性和定量兩種方法。維修性的定性設計是最主要的，只要設計人員有維修性的意識和工程經(jīng)驗就能將維修性設計進產(chǎn)品。維修性定性設計主要有簡化設計、可達性設計、標準化互換性與模塊化設計、防差錯及識別標志設計、維修安全設計、故障檢測設計、維修中人素工程設計等。（1)簡化設計是在滿足性能要求和使用要求的前提下,盡可能采用最簡單的結(jié)構(gòu)和外形，以降低對使用和維修人員的技能要求。簡化設計的基本原則是盡可能簡化產(chǎn)品功能,合并產(chǎn)品功能和盡量減少零部件的品種和數(shù)量。（2)可達性設計是當產(chǎn)品發(fā)生故障進行維修時容易接近需維修部位的設計.可達性設計的要求“看得見”—-視覺可達；夠得著——實體可達，比如身體的某一部位或借助工具能夠接觸到維修部位，同時留有足夠的維修操作空間。合理設置維修窗口和維修通道是解決“看得見、夠得著”的重要途徑?？蛇_性設計的原則有：①統(tǒng)籌安排，合理布局。故障率高，維修空間需求大的部位盡量安排在系統(tǒng)的外部或容易接近的部位；②為避免各部件維修時交叉作業(yè)與干擾，可用專柜、專艙或其他形式布局;③盡量做到檢查或維修任一部件時,不拆卸和不移動或少拆卸和少移動其他部件；④產(chǎn)品各部件的拆裝要簡便，拆裝時零部件的進出路線最好是直線或平緩的曲線；⑤產(chǎn)品的檢查點、測試點、檢查窗、潤滑點、添加口等維修點都應布局在便于接近的位置上；⑥需要維修和拆裝的機件周圍要有足夠的空間；⑦維修通道口或艙口的設計應使維修操作盡可能簡單方便；⑧維修時一般應能看見內(nèi)部的操作,其通道除能容納維修人員的手和臂外,還應留有適當?shù)拈g隙以供觀察。(3)標準化、互換性與模塊化設計。標準化設計是近代產(chǎn)品設計的特點，設計時盡量采用標準件有利于零部件的供應儲備和調(diào)劑，使產(chǎn)品的維修更為簡便?；Q性設計指同種產(chǎn)品之間在實體上，功能上能夠彼此互相替換的性能.互換性設計可簡化維修作業(yè)和節(jié)約備品費用，提高產(chǎn)品的維修性.模塊化設計是實現(xiàn)部件互換通用、快速更換修理的有效途徑。模塊是指從產(chǎn)品中單獨分離出來，具有相對獨立功能的結(jié)構(gòu)整體。先進的硬件設計的模塊化系數(shù)達70%—80％以上，先進的軟件設計的模塊化系數(shù)達50%以上。(4)防差錯及識別標志設計。防差錯設計就是要保證在結(jié)構(gòu)上只允許裝對了才能裝得上，裝錯了或者裝反了就裝不上，或者發(fā)生差錯時就能立即發(fā)現(xiàn)并糾正。識別標志設計就是在維修的零部件、備品、專用工具、測試器材等上面做出識別,以便于區(qū)別辨認,防止混亂，避免因差錯而發(fā)生事故，同時也可以提高工效。（5）維修安全性設計。維修安全性設計是指能避免維修人員傷亡或產(chǎn)品損壞的一種設計。例如，在可能發(fā)生危險的部件上，應提供醒目的標記、警告燈、聲響警告等輔助預防手段。對盛裝高壓氣體、彈簧、帶有高電壓等儲有很大能量且維修時需要拆卸的裝置,應設有備用釋放能量的結(jié)構(gòu)和安全可靠的拆裝設備、工具，以保證拆裝安全.同時在維修性設計時應考慮防機械損傷、防電擊、防火、防爆和防毒等,以保證維修人員的安全。（6)故障檢測設計。產(chǎn)品故障檢測診斷是否準確快速、簡便對維修有重大影響.因此在設計時應充分考慮測試方式、檢測設備、測試點配置等一系列問題，以此來提高故障的定位的速度。(7）維修中的人素工程設計。維修中的人的因素工程(簡稱人素工程）是研究在維修中人的各種因素，包括生理因素，心理因素和人體的幾何尺寸與產(chǎn)品的關(guān)系，以提高維修工作效率,減輕維修人員疲勞等方面的問題.第三節(jié)可靠性試驗可靠性試驗是對產(chǎn)品的可靠性進行調(diào)查、分析和評價的一種手段。它不僅是為了用試驗數(shù)據(jù)來說明產(chǎn)品是否符合可靠性定量要求,可以接收或拒收、合格與不合格等，更主要的目的是通過對產(chǎn)品的可靠性試驗發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設計、元器件、零部件、原材料和工藝方面的缺陷,以便采取有效的糾正措施,使產(chǎn)品可靠性增長?？煽啃栽囼灴梢允菍嶒炇业脑囼灒部梢允乾F(xiàn)場試驗?，F(xiàn)場試驗是產(chǎn)品在典型使用現(xiàn)場所進行的一種試驗，因此，必須記錄現(xiàn)場的環(huán)境條件、維修、以及測量等各種因素的影響。實驗室試驗是在規(guī)定的受控條件下的試驗。它可以模擬現(xiàn)場條件，也可以不模擬現(xiàn)場條件。產(chǎn)品在不同的環(huán)境下使用就會得出不同的可靠性，但是也不可能針對每種情況分別建立起實驗與使用現(xiàn)場之間的直接關(guān)系。在一般情況下，實驗室可靠性試驗應該以各種已知方式與產(chǎn)品的實際使用條件建立起相互關(guān)系，從而確定典型的試驗剖面或試驗條件.可靠性試驗一般可分為工程試驗和統(tǒng)計試驗。工程試驗包括環(huán)境應力篩選試驗和可靠性增長試驗；統(tǒng)計試驗包括可靠性鑒定試驗、可靠性測定試驗和可靠性驗收試驗。一、環(huán)境應力篩選試驗環(huán)境應力篩選試驗是通過在產(chǎn)品上施加一定的環(huán)境應力，以剔除由不良元器件、零部件或工藝缺陷引起的產(chǎn)品早期故障的一種工序或方法.這種早期故障通常用常規(guī)的方法和目視檢查等是無法發(fā)現(xiàn)的。環(huán)境應力不必準確模擬真實的環(huán)境條件，但不應超過產(chǎn)品設計能耐受的極限，其大小應根據(jù)產(chǎn)品總體要求確定。對電子產(chǎn)品施加的環(huán)境應力最有效的是隨機振動和溫度循環(huán)應力。不論是產(chǎn)品開發(fā)階段，還是批生產(chǎn)階段早期，環(huán)境應力篩選在元器件、組件、部件等產(chǎn)品層次上都應100％的進行.在批生產(chǎn)階段后期，對組件級以上的產(chǎn)品可根據(jù)其質(zhì)量穩(wěn)定情況抽樣進行。環(huán)境應力篩選試驗不能提高產(chǎn)品的固有可靠性，但通過改進設計和工藝等可以提高產(chǎn)品的可靠性水平.二、可靠性增長試驗可靠性增長試驗是一個在規(guī)定的環(huán)境應力下，為暴露產(chǎn)品薄弱環(huán)節(jié)，并證明改進措施能防止薄弱環(huán)節(jié)再現(xiàn)而進行的試驗。規(guī)定的環(huán)境應力可以是產(chǎn)品工作的實際環(huán)境應力、模擬環(huán)境應力或加速變化的環(huán)境應力?？煽啃栽鲩L試驗是通過發(fā)現(xiàn)故障、分析和糾正故障、以及對糾正措施的有效性而進行驗證以提高產(chǎn)品可靠性水平的過程。一般稱為試驗——分析-—改進.增長試驗包含對產(chǎn)品性能的監(jiān)測、故障檢測、故障分析及其以減少故障再現(xiàn)的設計改進措施的檢驗。試驗本身并不能提高產(chǎn)品的可靠性，只有采取了有效的糾正措施來防止產(chǎn)品在現(xiàn)場工作期間出現(xiàn)重復的故障之后,產(chǎn)品的可靠性才能真正提高。產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)過程中都應促進自身的可靠性增長。預期的增長應表現(xiàn)在各開發(fā)階段和生產(chǎn)過程中都有相應的增長目標值。因此,應制定一個完整的可靠性增長計劃，計劃應包括對產(chǎn)品開發(fā)增長的計劃曲線.增長計劃曲線的制定主要應根據(jù)同類產(chǎn)品預計過程中所得的數(shù)據(jù)，通過分析以便確定可靠性增長試驗的時間,并且使用監(jiān)測試驗過程的方法對增長計劃進行管理。目前針對可靠性增長管理、試驗及分析方法已有一系列相關(guān)的標準頒布，如國家標準GB/T15174—1994《可靠性增長大綱》、國家軍用標準GJB1407《可靠性增長試驗》、國際電工委員會標準IEC61014《可靠性增長大綱》等.三、加速壽命試驗隨著科學技術(shù)的發(fā)展、高可靠長壽命的產(chǎn)品愈來愈多,許多電子元器件在正常的工作條件下其壽命可達數(shù)百萬小時以上。這種情況在工作條件下進行壽命試驗已變得不現(xiàn)實，因此，在不改變產(chǎn)品的失效機理的條件下，通過提高工作環(huán)境的應力水平來加速產(chǎn)品的失效，盡快地暴露產(chǎn)品設計過程中的缺陷,發(fā)現(xiàn)故障模式，稱這種超過正常應力水平下的壽命試驗為加速壽命試驗。加速壽命試驗有如下三種常見的試驗類型。（1）恒定應力加速壽命試驗。在恒定應力加速壽命試驗中，根據(jù)產(chǎn)品的失效機理選定一組逐漸升高的應力水平，它們都高于正常應力水平，在每個應力水平上投入一定量的受試樣品進行壽命試驗,直到每個應力水平均有一定數(shù)量的樣品出現(xiàn)失效為止。（2）步進應力加速壽命試驗。先選定一組高于正常應力水平的加速應力水平,將受試樣品在選定加速應力水平下由低向高逐漸提高應力水平，在每個水平上進行規(guī)定時間長度的壽命試驗.這里規(guī)定時間長度一般視試驗進行情況而定,一般原則是要在不同的加速應力水平上有一定量的累積失效樣品.(3）序進應力加速壽命試驗。序進應力加速壽命試驗與步進應力加速壽命試驗原理基本相同，只是應力的改變是隨時間連續(xù)變化的而非跳躍式增加。以上討論的三種常見的試驗類型下的數(shù)據(jù)分析方法不在這里展開討論.四、可靠性測定試驗可靠性測定試驗的目的是通過試驗測定產(chǎn)品的可靠性水平。電子產(chǎn)品的壽命多為指數(shù)分布，其測定試驗是從t=0時刻起投入若干產(chǎn)品進行壽命試驗，其中一種試驗是累計試驗到規(guī)定的時間T＊停止試驗叫定時截尾試驗。另一種是試驗中出現(xiàn)的故障數(shù)到規(guī)定的r個故障數(shù)時停止試驗，叫定數(shù)截尾試驗。五、可靠性鑒定試驗為了驗證開發(fā)的產(chǎn)品的可靠性是否與規(guī)定的可靠性要求一致，用具有代表性的產(chǎn)品在規(guī)定條件下所作的試驗叫可靠性鑒定試驗,并以此作為是否滿足要求的依據(jù)?？煽啃澡b定試驗是一種驗證試驗。驗證試驗就其方法而言是一種抽樣檢驗程序,與其他抽樣驗收的區(qū)別在于，它考慮的是與時間有關(guān)的產(chǎn)品質(zhì)量特性，如平均故障間隔時間(MTBF）。因此，產(chǎn)品可靠性指標的驗證工作原理是建立在一定壽命分布假設的基礎上。目前使用最多的是指數(shù)分布假設情形下的統(tǒng)計試驗方案。壽命服從指數(shù)分布的定時截尾可靠性鑒定試驗有標準的試驗方案。例如：美國軍標MIL—STD—781D，我國軍用標準GJB899都對試驗方案有詳細的規(guī)定。當受試的產(chǎn)品累積試驗時間達到方案規(guī)定的時間T*時即停止試驗,把試驗中出現(xiàn)的故障數(shù)r與方案中的判別標準相比,當故障數(shù)大于或等于拒收數(shù)Re時即做出拒收判斷,若小于拒收數(shù)Re時即做出接收判斷.常用的定時截尾試驗方案見教材表5。3—1。表中的θ0、θ1、d、α、β均為統(tǒng)計試驗的一些基本參數(shù)，它們的具體含義為：θ0——MTBF檢驗的上限值。它是可以接收的MTBF值.當試驗產(chǎn)品的MTBF真值接近θ0時,指數(shù)分布標準型試驗方案，以高概率接收該產(chǎn)品。θ1——MTBF檢驗的下限值.當試驗產(chǎn)品的的MTBF真值接近θ1時，指數(shù)分布標準型試驗方案，以高概率拒收該產(chǎn)品。d—-鑒別比。對指數(shù)分布試驗方案：d=θ0／θ1α-—生產(chǎn)方風險.當產(chǎn)品MTBF的真值等于θ0時，產(chǎn)品被拒收的概率。也叫第一類錯誤。這是由抽樣引起的。如本來該批產(chǎn)品的MTBF已達到θ0,但由于僅抽樣部分產(chǎn)品做試驗，剛好抽到樣品的MTBF值較小，而使整批合格產(chǎn)品被判為不合格而拒收，致使生產(chǎn)方受到損失。β——使用方風險。當產(chǎn)品MTBF的真值等θ1時，產(chǎn)品被接收的概率.也叫第二類錯誤。同樣是由于抽樣造成的。由表中還可以看出，在相同的鑒別比下，風險越高，試驗的時間越短,反之亦然。如果要在試驗時間比較短的情況下做出接收或拒收判斷，而生產(chǎn)方和使用方都愿意承擔比較高的風險,此時就可以采用高風險試驗方案，α=β=30％.方案11的鑒別比d=2,試驗時間為3。7θ1，拒收判據(jù)為故障數(shù)大于或等于3次。而方案12的鑒別比d=3，試驗時間為1。1θ1，拒收判據(jù)為故障數(shù)大于或等于1次.由此可見，同樣風險的情況下，鑒別比越小，試驗時間越長。這類試驗只要求累計試驗時間，投入試驗的產(chǎn)品數(shù)可視情況自定。一般抽2～3個以上產(chǎn)品，以便核對故障率的一致性。表5。3—1常用的定時截尾試驗方案方案編號方案特征參數(shù)鑒別比試驗時間判別標準（失效次數(shù))判斷風險標稱職%d=θ0/θ1(θ1的倍數(shù)）拒收數(shù)（Re)（大于或等于)αβ110％10%1。545.037210%20％1。529。926320％20％1.521。118410％10%2.018.814510％20%2.012。410620％20%2。07。86710％10%3。09。36810%20%3.05.44920％20%3。04。331030％30％1。58。171130%30％2。03.731230％30%3。01.11六、可靠性驗收試驗用已交付或可交付的產(chǎn)品在規(guī)定條件下所做的試驗，以驗證產(chǎn)品的可靠性不隨生產(chǎn)期間工藝、工裝、工作流程、零部件質(zhì)量的變化而降低，其目的是確定產(chǎn)品是否符合規(guī)定的可靠性要求。驗收試驗也是一種統(tǒng)計試驗，可采用序貫試驗方案、定時或定數(shù)截尾試驗方案。驗收試驗所采用的試驗條件要與可靠性鑒定試驗中使用的綜合環(huán)境相同。所用的試驗樣品要能代表生產(chǎn)批，同時應定義批量的大小。所有抽樣的產(chǎn)品應通過產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范中規(guī)定的試驗和預處理。在可靠性試驗開始前，應進行詳細的性能測試，驗證可接受的性能基準并在標準的環(huán)境條件下進行，以便獲取重現(xiàn)的結(jié)果。第四節(jié)可信性管理產(chǎn)品可信性是通過一系列工程活動、設計和制造到產(chǎn)品中去的，而這些活動的進行需要恰當?shù)慕M織和管理。開展可信性活動的指導思想是預防故障,盡早發(fā)現(xiàn)故障，及時糾正故障，并驗證糾正措施有效性和驗證可信性指標.可信性管理就是從系統(tǒng)的觀點出發(fā),通過制定和實施一項科學的計劃,去組織、控制和監(jiān)督可信性活動的開展,以保證用最少的資源實現(xiàn)顧客所要求的產(chǎn)品可信性。一、可信性管理應遵循的基本原則（1）可信性工作必須從頭開始，從產(chǎn)品開發(fā)開始就將性能、可信性、進度、費用等進行綜合權(quán)衡。要把傳統(tǒng)的先出樣機，再解決可信性問題，轉(zhuǎn)變?yōu)榘研阅茉O計與可信性設計同步進行，大力推進并行工程,以取得產(chǎn)品的最佳效能和獲得最低的壽命周期費用。(2)產(chǎn)品的可信性管理是產(chǎn)品系統(tǒng)工程管理的重要組成部分，可信性工作必須統(tǒng)一納入產(chǎn)品設計、研制、生產(chǎn)、試驗、費用等計劃，與其他工作密切協(xié)調(diào)地進行,所需費用應予以保證。(3）可信性工作必須遵循預防為主，早期投入的方針，將預防、發(fā)現(xiàn)和糾正可靠性維修性設計及元器件、原材料和工藝等方面的缺陷作為工作的重點，采用成熟的健壯的設計、分析和試驗技術(shù)，以保證和提高產(chǎn)品固有可靠性.(4）可信性管理應重視和加強可靠性信息工作和故障報告、分析和糾正措施系統(tǒng)，充分有效地利用可靠性、維修性信息和可靠性試驗結(jié)果以改進和完善設計。（5）貫徹可靠性維修性等標準和有關(guān)的法規(guī)，制定并實施產(chǎn)品開發(fā)的可靠性保證大綱，使各項可靠性工作按規(guī)定有效地開展。(6）嚴格技術(shù)狀態(tài)管理。產(chǎn)品開發(fā)的組織應加強技術(shù)狀態(tài)管理工作，制定技術(shù)狀態(tài)控制辦法，明確技術(shù)狀態(tài)更改程序，提高技術(shù)狀態(tài)管理的規(guī)范化、程序化水平，保證技術(shù)狀態(tài)的一致性和可追蹤性。對產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)提出更改必須經(jīng)過嚴格的審批,涉及文件更改需經(jīng)提出單位的批準。對批準的更改要得到正確實施，技術(shù)狀態(tài)與實物要做到文文一致，文實相符。(7）堅持一次成功的思想.把需要進行的工作考慮周全，盡可能減少缺陷和疏漏，以免留下隱患。(8)嚴格進行可信性評審，充分利用同行專家的經(jīng)驗，通過嚴格評審把設計和工藝的缺陷和不足盡可能早地得到暴露,以便及時地糾正措施，堅持階段可信性評審不通過不能轉(zhuǎn)入下一研制階段。二、管理的基本職能、對象和方法管理的基本職能是計劃、組織、監(jiān)督、控制和指導。管理的對象是產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)、使用過程中與可信性有關(guān)的全部活動，但重點是產(chǎn)品開發(fā)階段的設計和試驗活動。由于設計、試驗和生產(chǎn)過程是相互關(guān)聯(lián)、彼此匹配的統(tǒng)一整體，任何一個環(huán)節(jié)的失誤都將導致產(chǎn)品可信性受到影響.所以,管理工作要貫穿于開發(fā)生產(chǎn)使用的