可靠度基础

可靠度基础WingZhou2017/08/26Content•可靠度相关概念•故障的分类•固有靠度与使用可靠度•环境因素的效应与其失效模式•常用可靠度试验项目及方法、目的•浴缸曲线及其应用可靠度相关概念一个满意的顾客会告诉8个人，一个不满意的顾客会告诉20个人，只有可靠的产品才能带来长期效益和忠诚的顾客！可靠度/可靠性（Reliability）可靠度（Reliability）1.使故障不发生2.如有故障或不满意可立即修复3.整体而言处于令人满意的状态正常不可靠度维修度故障量化可靠度的定义：系统，产品或零件在规定的条件下，规定的时间内达成规定的机能的几率。*可靠度四要素维修度（Maintainability）可以加以维修时的系统或产品在规定的条件下，实施维修时，在一定的时间内完成维修的几率。***想提高维修度，必须在设计上让系统或产品本身容易检查，容易修理－－即：要有维修性的设计可用度（Availability）一个可以加以维修的系统或产品，在某种使用条件及规定的时间内，维持其机能的几率。可用度＝可靠度＋因维修度而提高的可靠度可靠度技术（ReliabilityEngineering）可靠度技术是利用工学知识为基础，以统计学知识为辅，协助产品设计；制造人员以有限的样品测试得到的数据，选择最佳设计或制造程序的参数，以达降低成本同时提高产品的品质与使用的可靠度。故障的分类故障数据为改善可靠度及维护性的一个重要依据。1.对象分类主系统，次系统，装备，零件，材料…..2.故障现象分类3.故障形态分类色偏Y值跑掉carriage变形……现象形态原因4.故障原因分类##如果是系统上的原因，必须使引起故障形态的应力与强度的因果关系明确看似原因而不是原因……**5Whytogettherootcause**Category：Design/Material/Process5.故障重要度分类致命性故障/Critical；严重故障/Major；轻微故障/Minor6.故障发生时间分类分类突发性；渐次性；暂时性渐次性－渐次失去功能的故障（劣化故障）劣化到何种程度才算是故障？如何清晰定义？8.责任部门的分类7.故障的程度丧失部分机能；完全丧失机能**数据分析(揭示故障的不同侧面的规律）让数据为我所用（预防/分析/纠正）固有可靠度与使用可靠度产品可靠度固有可靠度分类重要性比例1.产品材料（1）30％（2）技术40％2.设计(可靠度预测，可靠度试验，设计审查…)40％3.制造(制造方式，作业员技能…)10％20％使用可靠度使用（包装，运输方式，使用环境，维修方法…..20％30％其他10％开发者可控实际使用表现出的可靠度固有可靠度在设计技术方面应收到特别重视：（1）要充分考虑产品的被使用方式及应力的实际状况。（2）必须使固有可靠度与使用可靠度的关联明确。（3）要事先考虑使用的维修性，容易使用的程度，安全性等。（4）对于建立固有可靠度时所得到的故障数据及实际使用时所得到的数据，应加以解析，然后将解析结果反馈回去，以提高固有可靠度及使用可靠度。可靠度设计与分析产品的可靠度是设计出来的，制造出来的，管理出来的，但首先是设计出来的…可靠度建模可靠度预计故障模式、影响及危害分析（FMEA…）故障树分析（FaultTreeAnalysis…）可靠度设计准则（简化设计/冗余设计/热设计…)电子产品可靠度设计与分析机械产品可靠度设计与分析可靠度设计与分析可靠度实验了解、分析、提高、评价产品的可靠度而进行的工作。环境应力筛选（ESS）-环境因素的效应与其失效模式（1）温度（a）高温环境效应1不同材料的不同膨胀系数而使零件咬死2润滑济变得较无黏性，由于润滑剂流失而使得接点失去润滑效应3材料尺寸改变4由于包装，垫圈，密封，轴承和轴变得歪斜、弯曲和失效，使得接触点失去润滑作用5垫圈永久变形6气密退化7电阻值改变8电路稳定状况随着温度梯度和不同材料的不同膨胀系数特性而有所改变9变压器和机电组件过热10改变继电器、磁性及热启动元件的作用/不作用的裕度11缩短操作寿命时间12固体材料内部晶体结构分离13密闭武器内部产生高压14炸药溶解和渗透15有机材料趋向变色及破裂（b）低温1材料硬化及脆化2不同材料的不同收缩特性而使零件卡死3由于润滑剂增加黏性而失去润滑作用4电性改变5变压器和机电组件功能改变6冲击基座变硬7爆炸物破裂，如铵硝酸8使试件产生裂化、脆化，改变冲击强度及减低抗拉强度9使水凝结和冰冻10使人减低灵巧及使听力和视力退化11改变燃烧速率（2）湿度1材料的膨胀2物理强度的丧失3化学性能的改变4绝缘材料性能的退化5电性短路6金属材料的氧化腐蚀7可塑性的丧失8加速化学反应9电子元件的退化（3）低压1燃烧不完全2润滑性降低3热传导增加4气密性失效5结构因过应力而爆炸或破碎6因缺乏冷却介质而增加内热7改变低密度材料的物理性及化学性8高电压放电（4）盐雾1腐蚀机械组件而发生故障或咬死2加速绝缘材料和金属材料腐蚀作业3腐蚀及破坏表面处理膜（5）振动试验振动产生的主要振源：1运输与搬运过程中2推进体燃烧喷气噪音引起3飞行体边界层紊流所引起4旋转机械不平衡所产生振动环境效应1电线磨损2固定件松动3电子件接触不良4电路短路5密封物变形6零组件破损、疲劳7光学仪器校准失真8产生杂音干扰9成年生间歇性功能(6）冲击环境冲击产生的主要振源：1推进体之点火2脱节3运输碰撞4枪炮射击5撞击6临近的爆炸震波冲击环境效应1组件互相碰撞而失效2电性及磁性特性改变3结构变形4材料快速破裂（7）沙尘环境1表面处理抓伤及磨损2表面摩擦增加3润滑油被污染而造成阻力增大4孔或开口堵塞5造成材料疲乏，裂缝或破裂6擦伤、污染绝缘放电路径（8）太阳辐射（a）热环境效应：1活动件被卡死或松脱2焊点变脆弱和胶熔3强度及弹性改变4密封性失效5电子零组件电性改变6电子接触点过早作用7着色之零件退色8油漆和表面处理脆化、脱落（b）放射线环境效应1颜色退色2油漆脱落3天然或人工合成之聚合物退化环境应力主要效应失效模式可靠度设计方法高温热老化氧化结构变形化学反应软化或熔化降低黏性蒸发膨胀绝缘失效电性不稳结构破坏润滑性不良结构破坏，增加内应力加速活动件的磨耗依据热应力环境规格设计加装冷却系统或通风系统选择适当的料件低温结冰脆化增加黏性萎缩改变机械或电性功能材料崩裂，破坏润滑性不良结构破坏，活动件磨耗加装温控系统选择适当的料件高湿潮湿化学反应*腐蚀*电化徽菌肿胀、电性衰弱、破坏降低机械强度导电性不良加速锈蚀，影响健康加装通风系统、除湿系统或排水系统适当的表面处理注意绝缘材料的设计环境应力与可靠度设计干燥脆化颗粒化降低机械强度，结构破坏改变电性加装空调系统选用适当的表面涂层冲击与加速机械应力结构破坏选用适质的料件加装减振设施振动机械应力机械疲劳丧失机械功能，增加磨耗结构破裂加装减振器避免共振频率选取够强度的材料太阳辐射脆化加速氧化表面劣化损坏漆面、破坏绝缘采用适当的屏蔽使用适当的表面涂层电磁干扰干扰电性杂音杂讯采用适当的滤波器或屏蔽尘砂磨伤阻塞加速损耗干扰正常功能适当的屏蔽及包装爆炸严重的机械应力结构崩溃、破裂防止火花及易燃气体混合适当的通风常用可靠度试验项目及方法、目的为了测试可靠性，使缺陷迅速显现；经过大量专家、长时间的统计，找到了一些增加应力的方法，转化成一些测试的项目。如果产品经过这些项目的测试，依然没有明显的缺陷，就说明产品的可靠性至少可以达到某一水平。应力：就是指外界各种环境对产品的破坏力EnvironmentTestClimaticTestTemperatureTestHumidityTestThermalCyclingTestThermalShockTestAltitudeTestDynamicTestVibrationTestShockTestEarthquakeTestDropTestOutdoorTestSand/DustTestRainTestSolarRadiationTestSaltMistTestGasCorrosionOthersTestAcousticTestCompressionTestAppearanceTestLifeTestSoftwareTest环境实验项目ClimaticTestTemperatureTest(1)实验目的验证待测物在高温或低温的环境下存储或工作状态下的特性实验参考规范IEC60068-2-1TestA:Cold,IEC60068-2-2TestB:Dryheat,IEC60721,MIL-STD810E,GR-63-Core，CustomerRequest……一般IT产品的温度测试范围多在-40℃~+70℃之间，在实验时搭配Hot/coldstart，可以测出待测物在高低温下启动的特性！！*实验产品种类只要是系统，模组或零件的产品，只要有需求，并不会因为产品别的不同而会影响执行此实验，如IT产品，主被动元件………TemperatureTest(2)高温贮存高温测试的温度TH必须高于Tmax（Tmax指产品技术条件规定的高温工作温度）。研制测试时温度最高(一般取Tmax+20℃)、小批量试产测试时温度次之(一般取Tmax+15℃)、例行测试最低(一般取Tmax+10℃)。低温贮存低温测试的温度TL必须低于产品技术条件规定的低温工作温度。研制测试最低，转产测试次之，例行测试最高；通常状况下三个阶段的TL都取－40℃。HumidityTest(1)实验目的验证待测物在高湿或低湿的环境下存储或工作状态下的特性！！实验产品种类只要是系统，模组或零件的产品，只要有需求，并不会因为产品别的不同而会影响执行此实验，如IT产品，主被动元件………实验参考规范IEC60068-2-3,IEC60068-2-30,IEC60068-2-38,IEC60721,MIL-STD810E,GR-63-Core……一般IT产品的温度测试范围多在5%~95%之间，在执行实验时应避免凝集水气以防待测物在工作中短路！ThermalShock/ThermalCyclingTest(1)实验目的验证待测物的高低温反复交替作用在存储或工作状态下的特性或验证不同物质之结合之热胀冷缩的效应！！实验产品种类只要是系统，模组或零件的产品，只要有需求，并不会因为产品别的不同而会影响执行此实验，如IT产品，主被动元件………实验参考规范IEC60068-2-14,IEC60721,MIL-STD810E,……注意测试时需要的参数要有高低温的范围，每个温度点停留的时间及循环的周期数，Thermalcyclingtest与Thermalshocktest的区分为温度变化率！！ThermalShock/ThermalCyclingTest(2)Numberofcycle:100cyclesT1T1T2T2Temp.℃Temp.℃Time(Hrs)Time(Hrs)ThermalShock/ThermalCyclingTest(3)Table2TestConditionLevelThermalShock/ThermalCyclingTest(4)ThermalShock的应用--评估PCBA焊锡寿命AltitudeTest(LowAirPressureTest)(1)实验目的*验证待测物在低压存储或工作状态下的特性及模拟航空运输及高海拔产品之使用的状态！！实验产品种类只要是系统，模组或零件的产品，只要有需求，并不会因为产品别的不同而会影响执行此实验，如CRTmonitor,LCDmonitor,PDPTV,Projector),有Power会产生高压的Device或其他IT产品，尤其具有气密性的设计等实验参考规范IEC60068-2-13*,IEC60068-2-40,IEC60068-2-41,GR-63-Core,……通常低压Operating的高度设定会在8000~15000feet，Non-operating则通常在30000~40000feet，且温度变化以每分钟不超过1