可靠度与MTBF

工程管理碩專班2007/12/281碩士論文大綱運用可靠度預估方法及其試驗評估液晶顯示器產品生命週期研究AStudyofReliabilityPredictioninevaluatingTFT-LCDdisplayproduct’slifecycle研究生：徐銘鴻指導教授：蕭飛賓博士工程管理碩專班2007/12/282摘要第一章：緒論第二章：文獻探討第三章：研究方法：可靠度預估第四章：可靠度試驗第五章：結論與建議論文大綱工程管理碩專班2007/12/283研究流程確定研究方向蒐集相關文獻研究架構建立可靠度預估可靠度試驗資料分析結論工程管理碩專班2007/12/284CRT成熟產品可靠性高保固1年LCD明星產品可靠性高保固1年??可以再提高保固期３年嗎??怎麼讓客戶買我們的產品—安心提高保固期讓產品更具有競爭力—獲取利潤研發設計人員選用信賴性高的元件—可靠度預估第一章：續論研究背景與動機工程管理碩專班2007/12/285客戶的要求三年保固如何評估??資料來源：SMART與SMARTs建構實證以液晶顯示器為例工程管理碩專班2007/12/286機械工業雜誌275期2006.02工程管理碩專班2007/12/287淺談可靠度工程工程管理碩專班2007/12/288什麼是可靠度??產品在既定的時段內及環境狀況下，順利地完成預設機能的機率４大要項–規定之使用環境–時間–達成預定功能–機率•可靠度是產品的潛在特性•ReliabilityisQualityoverTime.工程管理碩專班2007/12/289研究目的可靠度預估中，目前常用的有美軍軍規標準(MILHDBK-217F)及美國商業(Bellcore)為主要預估方法，來預估液晶顯示器在此規範下，預估其差異性。經由實際可靠度試驗(加速壽命試驗與逐次抽樣試驗)，以驗證可靠度預估是否正確。利用系統工程中的概念，協助設計者導入可靠度觀念，與最佳效益可靠度試驗條件工程管理碩專班2007/12/2810可靠度工程定義：現代可靠度概念已由軍事與太空科技發展，發展至精密電子與機械工業上之應用，經由AGREE對可靠度定義可看出可靠度是由「功能」、「使用條件」、「時間」、「成功機率」等四個要素所組成。產品喪失掉功能(機能)的狀態也就是故障(失效)，產品喪失功能的狀態也就是故障或失效，產品功能正常或失效之定義須視產品設計製造所建立的能力（Capacity）與使用者的需求（Requirement）而定。不同的定義，產品會有不同的相互供需關係。例如，電視無畫面，當然是故障或是失效，但是畫面歪斜是否定義為失效就因人而異了。因此，在產品訂約之初即應就產品之失效現象予以明確定義，以免造成日後可靠度評估，驗證及屢約交貨的困擾。工程管理碩專班2007/12/2811研究對象內部電子元件液晶螢幕什麼會造成失效??電子元件(IC、電阻、電容….)工程管理碩專班2007/12/2812工程管理碩專班2007/12/2813奇美電子教育訓練資料工程管理碩專班2007/12/2814圖：桌上型電腦螢幕市場預測工程管理碩專班2007/12/2815工程管理碩專班2007/12/2816金星吾Prof.SungOKimSung-DisplayInstituteNationalChiaoTungUniversity工程管理碩專班2007/12/2817工程管理碩專班2007/12/2818研究動機1.利用可靠度預估方式評價，評價產品生命週期MIL-STD-712F、Bellcore2.設計如何選用元件，確保產品能在正常操作下，不會產生失效3.建立有效的抽樣試驗計劃，維持產品之可靠度水準，降低客訴。工程管理碩專班2007/12/2819第二章：文獻探討「可靠度工程」(ReliabilityEngineering)的觀念最早發源於二次世界大戰期間，德國研製V-1火箭階段時，以串聯模式計算可靠度。從1950年代起美國電子設備可靠度顧問團(AdvisoryGroupontheReliabilityofElectronicEquipment：AGREE)，針對電子裝備進行研究所得到的結論基礎，將此結論把可靠度定義為：產品於既定的時間內，在特定的時間內，與使用的環境條件下，執行特定的功能，成功完成工作目標。可靠度工程源由：工程管理碩專班2007/12/2820使用條件除了溫度、濕度、鹽霧、日曬、雨淋、加速度、震動、衝擊、音響、電磁干擾及核輻射等環境條件外，還包括使用操作的其他應力條件，如開/關循環、電壓、電流以及維護保養等條件。環境條件必須依據產品壽命週期定義，經過環境試驗分析而決定其項目與水準。時間是可靠度的重心（有研究者稱可靠度為產品出廠後的時間品質），當時間不一定是指時鐘所表示的「時間」，舉凡與時間有關的參數，如操作時間、操作次數、反覆次數、距離、里程數等皆屬此處談論產品可靠度問題時之廣義的時間。時間必須由產品的壽命週期（LifeCycle）來決定，有時可能是指壽命週期的全部，可長達數年；有時可能是指壽命週期中的某一階段，例如任務階段（MissionPhase），只有數秒或數分鐘。工程管理碩專班2007/12/2821可靠度定義說明（1）要求的功能在無故障的情況下操作。（2）使用的條件環境條件：包含溫度、濕度、壓力、風、雪、雷電、鹽霧、塵埃、加速、地震等情況。操作條件：依使用的型式而造成的負荷、衝擊、振動、加熱、加速度等操作情況。（3）規定的時間依使用型式規定的時間：間歇性的使用次數、行駛距離等。若為連續使用的系統，則為總使用時數、或任務時間、總行駛距離等。對於限用一次的項目，如火箭、安全氣囊，則無時間的規定。（4）成功的機率使用信賴水準、壽命、失效率，與MTBF等表示。工程管理碩專班2007/12/2822可靠度預估是將設計之參數(如電壓、電流、溫度等)轉換成可評量之可靠度數據，是設計發展階段（即奠定產品可靠度之基礎階段）重要工作之一其目的如下：•提供了量化數據，供維修行動與備份件的估算•提供系統層次可靠度模式計算的必要輸入•壽期成本分析(LifeCycleCost,LCC)計算的必要輸入•FMEA•MTTR•從競爭比較的產品清單中，輔助產品採購的決定•設定標準以執行可靠度測試，以確認預估結果預估的目的工程管理碩專班2007/12/2823可靠度預估與可靠度試驗方法有美軍軍規MIL-HDBK-217與美國商業標準Bellcore兩種：ㄧ、MIL-HDBK-217F目前業界最常用的估標準為美軍軍規MIL-HDBK-217F，其目的對國防電子設備建立其一套持續均ㄧ的可靠度預估方法。此方法可獲得固有可靠度的推定值，亦即成熟設計的可靠度值。主要提供國防用電子設備和系統在需要做可靠度預估時的一個共通基準，並可做為比較與評估不同設計兼可靠度的擇優決策，及做為提昇設計中產品可靠度的一種工具。工程管理碩專班2007/12/2824二、Bellcore分析法Bellcore可靠度預估為Telcordia的可靠度預估模式係由AT&T的Bell實驗室參考MIL-HDBK-217的方程式所發展的預估方法。Bellcore要求設備供應商必須提供方法一：（零件計數法）的所有零組件預估可靠度，方法二、方法三由採購者決定工程管理碩專班2007/12/2825方法一：零件計數法•單元的穩態失效率SSiEiiSSn1iiESSNnN：單元中元件類別數：第i個元件的數量：單元的環境因子工程管理碩專班2007/12/2826方法二：合併零件計數法與實驗室數據•使用實驗室的資料執行單元與元件的失效率預估•本方法的目的係提供供應商一種機制，使其執行實際且有助益的實驗室測試•當實驗室的測試是非常有助益時，基本上，本方法的基本失效率可由實驗室的資料決定。•當實驗室的測試並非很有助益時，基本上，本方法的基本失效率將受零件計數的屬性失效率影響很大。•MethodII的預估一共有四種通用的狀況(Case)工程管理碩專班2007/12/2827方法三：依據實際運轉所得數據•從經過一段穩態操作中的元件或單元收集實地的資料做為執行預估參考。•需求的單位將審查實地追蹤的程序、系統與資料，以確保是否滿足準則的要求。•本方法的失效率預估是根據可觀察的實地失效率與零件計數法預估結果的加權平均。•在實地追蹤的研究期間，若單元或元件有很高的操作時數時，本方法的失效率預估受到實地資料的影響很大。反之若操作時數很少時，失效率預估受到零件計數預估結果的影響很大。•MethodIII不允許有任何的早夭期調整工程管理碩專班2007/12/2828可靠度工程介紹-MTBF介紹WhyLearningMTBF故障率的定義MTBF的定義計算MTBF最常用的機率密度函數_Weibull,Exponential壽命試驗的種類MTBF的估計_點估計與區間估計為什麼需要加速壽命試驗加速壽命試驗與試驗計劃MTBF驗證抽樣計畫的統計理論簡介-GEM抽樣法GEM抽樣法之應用實例工程管理碩專班2007/12/2829WhyLearningMTBFhrMTBF000,1001了解產品能力估計可能損失範例27”TVBLSpec50,000hr,假定依過去資料,BL經適當burnin後失效時間的pdf呈指數分佈,失效率=0.00001次/hr%65.60)000,50(ethrR工程管理碩專班2007/12/2830假定一般家庭每天看電視3hr,保固1.5年,%62.111)635,1()163500001.0(eexthrF保固期內可能的故障率1.62%工程管理碩專班2007/12/2831故障率的定義故障率(failurerate)：在某時點一直運作的項目，在單位時間內發生故障的機率例如:0.01%/106hourFIT(failureunit):10-9/hr(故障率單位）工程管理碩專班2007/12/2832MTBF的定義Mean-time-between-failure(MTBF)isthestatisticestimateofaveragetimebetweenfailures,產品經一段時間運作,平均每兩次失效間隔時間的統計預估值thereciprocalofthefailurerateinthespecialcasewhenfailurerateisconstant.失效時間之pdf呈指數分佈時MTBF的值,受失效時間的機率密度函數(pdf)的影響工程管理碩專班2007/12/2833可靠度指標可靠度保證-柯耀輝工程管理碩專班2007/12/2834（1）成功機率（Probabilityofsuccess（%），與時間無關）：此類可靠度指標對於瞬間使用單次功能裝置（OneshotDevice）非常適用，例如爆炸螺釘的可靠度、飛彈的飛行可靠度等（2）存活機率（ProbabilityofSurvival（%）），又稱任務可靠度（MissionReliability）：此類可靠度指標對於工作期間（在一段規定時間）內要求高可靠度的產品非常適用。（3）平均壽命或平均失效間隔時間(MeanTimeBetweenFailure；MTBF），如小時、次數、里程數、複印數等：此類可靠度指標對於壽命較長的產品非常適用。此類產品的特色是它的失效時間分布不是很重要，或者相對於平均壽命其預設的工作期間相當短。（4）失效率(FailureRate（失效/百萬小時））：此類可靠度指標對於零件或模組非常適用。此類產品的特色是其平均壽命太長，因此討論其壽命之意義並不顯著，且在使用的時間中可靠度幾乎趨近於1。工程管理碩專班2007/12/2835產品的失效率隨生命週期時間而變化，一般的變化趨勢成浴缸形，稱之為浴缸曲線（BathtubCurve），也稱為標準的失效率曲線，特別適用於電子組件的故障情形。典型的產品浴缸曲線如圖2-1所示。產品或系統之失效率隨時間增加的變化，大致上分為以下三個基本時期[1]：1.早夭失效期（InfantMortalityPeri