电子产品的可靠性

1、可靠性学科的诞生2、可靠性设计3、可靠性仿真技术4、可靠性试验技术5、可靠性在工业企业的应用6、总结电子产品的可靠性2019/8/411、可靠性学科的诞生1、可靠性的基本概念介绍可靠性是一门与产品故障作斗争的新兴学科。产生于国防高科技领域，最早在美国国防工业中萌芽、发展、成熟，并迅速向美国民用产品的电子、通讯、信息技术等领域滲透。并以美国为中心的可靠性系统工程技术被英、法、德、日等先进资本主义国家所应用，而获得成功。据统计，可靠性系统工程在资本主义国家的成功应用，给其工业社会带来了无以估计的社会财富。可靠性的科学定义：可靠性是一个时间的函数。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。可靠性有一系列的数学特征量值：如，可靠度R(t)、失效率λ(t)、平均寿命MTBF、寿命概率密度f(t)等。2019/8/422、可靠性学科的诞生50年代，当时美国的武器装备，从美国本土运往朝鲜战场，交付部队使用时，发现大批武器系统故障。其中电子设备在开箱检测时，有一半不能使用。它们不是在战争中受到了破坏，而是在运输过程中就产生了故障。当时，部队将领们把这些产品故障推到了产品制造商那边，认为产品是不合格的。而供应商却以产品出厂检验有军方代表验收为理由推辞。军方和承制方发生激烈的争吵，为了解决问题，美国国防部成立了专门的研究小组，来解决装备的故障问题。这个小组的名字是AGREE------AdvisoryGrouponReliabilityofElectronicEquipment。（美国国防部电子设备可靠性咨询小组）1、可靠性学科的诞生2019/8/432、可靠性学科的诞生AGREE工作小组进行了许多年的研究工作。其间使用了故障分类技术、统计学、化学、物理学、环境科学和失效分析技术。由各个学科的科学家和技术专家组成的小组，经过艰辛的努力，终于获得了突破性的成果。研究成果如下。A、电子元器件具有失效率。失效率与制造元器件的材料有关、工艺有关、使用环境有关。B、武器装备与元器件的失效率相似。而且在设计制造过程中可探求。AGREE报告是后来可靠性研究发展的理论基础。我们可以从中看出，其中凝结着无数专家、科学家的艰辛劳动。该学科的诞生，把美国后来武器系统和航空航天产品中的故障降到了最低点。1、可靠性学科的诞生2019/8/441、可靠性设计的重要性2、现代系统设计思想3、系统可靠性设计技术流程2、可靠性设计（DFR)2019/8/451、可靠性设计的重要性2、可靠性设计可靠性设计在可靠性工程技术中占有重要地位，产品的可靠性定量指标在设计过程中就得到了落实，为产品的固有可靠性奠定了基础。运用可靠性分配理论，把可靠性指标从系统整机到部件级、元器件级逐级分配，从而使整机的可靠性得到了保证。反之，一个忽略可靠性设计的产品，必然“先天不足，后患无穷”，在使用过程中大部分会暴露出一系列不可靠的问题。据统计，由于设计不当，而影响产品可靠性的程度占各种不可靠因素的首位。所以，我们一定要扭转只搞性能指标设计，忽视可靠性设计的倾向，在产品研发、设计阶段，认真开展可靠性设计，为产品固有可靠性奠定基础。下面是一个统计数据库2019/8/46产品寿命期内不可靠因素所占比例0%5%10%15%20%25%30%35%40%固有可靠性零部件材料设计技术制造技术使用（运输、环境、操作、安装、维修)可靠性设计的重要性电子产品按寿命期统计的故障数据2019/8/47可靠性设计可靠性设计的基本内容应用专门的可靠性设计技术实施专题的可靠性设计应用专门的可靠性评价分析技术对产品的可靠性进行定性和定量评价分析。确定总体方案（1）、明确设计产品的功能和性能要求；（2）、了解产品在其整个寿命期内将要遇到的环境条件；（3）、确定产品可靠性的定性和定量指标；（4）、调查相似老产品的现场使用情况；（5）、拟定为实现可靠性指标应采取的相应措施；（6）、进行总体方案论证。32基本内容11.可靠性设计的重要性2019/8/48可靠性设计2.现代系统设计思想现代系统设计思想中逐渐容入了可靠性设计的思想。产品或系统的设计不再是单独追求性能和功能，产品可靠性也成为产品设计中非常重要的一部分。下面是现代系统设计和传统设计思想的比较。在当今IT技术高速发展的时代，由过去传统设计思想向现代系统设计思想的转变是非常重要的。现代系统（产品）设计思想与传统设计思想的对比2019/8/49可靠性设计2.现代系统设计思想现代系统（产品）设计思想与传统设计思想的对比现代系统设计思想传统设计思想产品定位市场牵引、用户需求工程师和领导的意见系统综合方式一开始就进行系统（产品）性能的综合重视性能、忽视系统综合工作量投入研制初期投入较多，研制后期投入较少，所需总投入较少研制初期投入较少、研制后期投入较多，所需总投入较多更改次数研制初期更改较多，研制后期更改较少，更改代价较少研制初期更改较少，研制后期更改较多，会出现局部甚至全局重新设计，更改代价较大。设计目标及评价标准满足用户需求，质量好，可靠性高满足验收标准，质量可靠性波动较大工作状态主动寻找故障、预防故障发生被动等待，解决故障问题经济社会效益低成本、高质量、适销对路很难全部满足用户需求，可能会产生合格的“废品”。现代系统设计思想与传统设计思想的对比以下分析可见，产品设计早期，就应把可靠性工作考虑进去。特别是可靠性设计应及早参与到产品设计中去，这也是转变产品设计观念，有效提高产品可靠性的重要举措。总结2019/8/410可靠性设计--------现代系统设计思想NYN产品电气原理设计单板布线前的SI仿真热设计仿真（BETA）EMI仿真TESTPASSPCB布局、布线布线后SI、PI（电源完整性）、EMI分析布线后热分析、建立热模型（BETA）三维全波电磁场仿真分析产品可靠性预计并建模TESTPASS可靠性设计2019/8/411可靠性设计--------现代系统设计思想YNY产品试制品功能、性能试验EMC试验（电磁兼容扫描仪扫描仪）可靠性测试TESTPASS设计定型试验END可靠性设计分析技术在现代系统设计思想中的应用2019/8/412可靠性设计各种可靠性设计分析技术方法交叉配合使用，并贯穿到系统（产品）研制开发的全过程。系统地规划和确当使用各种可靠性设计技术和方法，真正设计开发出具有高可靠性水平的系统（产品）。大型工程系统（产品）的研制过程大致可分为：技术指标论证、方案论证、工程研制（初步设计和详细设计两个阶段）、设计定型、生产定型五个阶段。在系统工程研制或产品开发过程中如何有效的组织并开展可靠性设计工作，最终高效、全面地提高系统（产品）的可靠性水平的总目标，必须对上面五个阶段中可靠性设计工作流程有清晰的认识和规划。3.系统可靠性设计技术流程2019/8/413可靠性设计------3.系统可靠性设计技术流程可靠性设计各阶段的设计工作流程如下：1.系统（产品）技术指标论证阶段研制任务：进行系统（产品）技术指标、总体技术方案的论证及研究经费、保障条件、研制周期的预测，最终形成《系统（产品）研制总要求》报告。论证工作有使用方（客户）组织实施。可靠性定量要求制定可靠性定性要求制定使用需求可靠性要求工作流程：说明：使用方（客户）根据系统（产品）的使用需求和其特征，制定可靠性定性要求与定量要求，并把可靠性要求作为系统（产品）技术指标的重要组成部分。2019/8/414可靠性设计------3.系统可靠性设计技术流程2.系统（产品）方案论证及确认阶段研制任务：工作流程说明：A、依据系统（产品）使用技术要求，进行系统（产品）总体方案的优选及技术攻关形成总体技术方案。B、根据总体技术方案，进行系统方案设计、分系统技术方案设计、总体协调和系统布局，确定系统方案和主要部件及其结构形式。C.进行模型样机或原理样机研制并试验.见下页2019/8/415可靠性设计------3.系统可靠性设计技术流程2.系统（产品）方案论证及确认阶段工程设计YN方案论证阶段可靠性设计工作流程可靠性指标调整薄弱环节可靠性模型建立可靠性预计可靠性分配可靠性定性要求可靠性定量要求PPL制定是否调整定量要求FMEA/CA分析初步设计阶段可靠性设计准则制定FTA分析2019/8/416可靠性设计------3.系统可靠性设计技术流程2.系统（产品）方案论证及确认阶段工作流程说明：1、按照确定的可靠性定量指标，进行系统可靠性指标的分配，使系统各层次设计明确各自的设计目标。2、按照设计方案建立系统可靠性模型，进行系统可靠性预计，发现薄弱环节，改进设计，并判定设计方案能否满足系统可靠性定量要求。3、改进方案调整可靠性分配指标，再次进行可靠性预计，可反复多次进行。4、按照确定的可靠性定性要求，制定初步的可靠性设计总则，包括：降额设计总则、优选元器件清单（PPL），热设计总则、EMC设计等，来指导系统设计。5.按照已确定的可靠性定性要求，进行功能FMEA、FTA等分析工作，发现薄弱环节，改进设计。2019/8/417可靠性设计------3.系统可靠性设计技术流程3.系统（产品）工程研制阶段----初步设计阶段研制任务：工作流程说明：见下页1、细化方案论证阶段提出的方案2、系统功能、性能分析计算3.从系统到分系统，产品的原理设计、组成和结构设计、软件设计等。1、随着工程设计工作的展开，应对总系统建立更加详细的系统可靠性模型，进行新一轮的可靠性分配和预计，同时进行分系统可靠性分配指标的调整，使指标分配更合理。2.完善元器件优选清单，完善可靠性设计总则。3.进行可靠性FTA、FMEA/CA分析工作。同时开展其它一些可靠性分析工作，如热设计分析等。4.对设计过程中发现的薄弱环节采取设计更改等措施。2019/8/418可靠性设计------3.系统可靠性设计技术流程工程设计工程研制初步设计阶段可靠性工程设计流程薄弱环节可靠性模型建立可靠性预计可靠性分配可靠性定性要求可靠性定量要求FMEA/CA分析FTA分析其它可靠性设计分析PPL符合性检查PPL修订可靠性设计准则符合性检查详细设计阶段可靠性设计准则制定2019/8/419可靠性设计------3.系统可靠性设计技术流程3.系统（产品）工程研制阶段----详细设计阶段研制任务：1、各层次产品全部详细图纸的设计2、功能、性能的详细设计、工程计算3.技术文件的编制，包括产品标准的出台1、工程设计工作进入详细设计阶段后，建立更加详细准确的可靠性模型，进行新一轮的可靠性预计，并逐步判断工程设计方案是否能达到系统可靠性指标要求，以便即使进行可靠性定量指标调整。2、对工程设计工作进行全面的可靠性设计准则和优选元器件清单符合性检查。3FTA、FMECA等分析工作。同时开展其它一些可靠性分析工作，如热设计分析等。4.对设计过程中发现的薄弱环节采取设计更改等措施。工作流程说明：见下页2019/8/420可靠性设计------3.系统可靠性设计技术流程3.系统（产品）工程研制阶段----详细设计阶段工程设计工程详细设计阶段可靠性工程设计流程薄弱环节可靠性模型建立可靠性预计可靠性定性要求可靠性定量要求PPL符合性检查FMEA/CA分析可靠性设计总则的符合性检查FTA分析2019/8/421可靠性设计------3.系统可靠性设计技术流程附录:可靠性设计阶段各种可靠性设计分析方法1、可靠性定性定量要求制定2、可靠性模型建立3、可靠性分配4、可靠性预计5、故障树分析（FTA）6、硬件故障模式影响和危害分析（FMEA//CA）7、优选元器件清单（PPL）制定8、可靠性设计（含降额设计准则）总则制定9、热设计10、电磁兼容性设计11、健壮设计12、耐环境设计13、软件可靠性设计14.电子元器件及电路容差设计15.潜在通路分析设计2019/8/4223、可靠性仿真技术的应用目前世界上有非常先进的仿真技术：热仿真技术、EMC/EMI仿真技术、SI仿真技术、PI仿真技术等Apism仿真工具(套件)信号完成性分析SI电源完整性分析(PI)电磁兼容性分析(EMI)2019/8/4233、