品質(zhì)的基本保證——可靠性

可靠性工程是表征產(chǎn)品（系統?元件?器件等）無(wú)故障工作能力的指標，是產(chǎn)品的重要內在屬性之一，是衡量產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標之一。

可靠性是抑制產(chǎn)品故障的一門(mén)新興學(xué)科，它涉及的范圍廣泛， 綜合了系統工程、管理工程、價(jià)值工程、人機工程、電子計算機技術(shù)、產(chǎn)品測試技術(shù)以及概率、統計、運籌、物理等多種學(xué)科成果的應用科學(xué)。

可靠性工程起源于軍事領(lǐng)域，經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀的迅速發(fā)展，現在已成為涉及面非常廣的綜合性學(xué)科。隨著(zhù)科技發(fā)展，用戶(hù)對民用產(chǎn)品的要求也越來(lái)越高，不僅要求價(jià)格便宜，功能齊全，而且要求產(chǎn)品安全可靠，經(jīng)久耐用。因此產(chǎn)品借助可靠性預計技術(shù)來(lái)標明產(chǎn)品可靠性指標，將有利于增強自身競爭力，也能讓用戶(hù)放心購買(mǎi)。所以可靠性研究對于現代企業(yè)來(lái)說(shuō)有著(zhù)彌足重要的作用，可以說(shuō)可靠性已經(jīng)擴展到我們生活和生產(chǎn)的方方面面。 

可靠性的歷史

二十世紀四十年代被認為是可靠性萌芽時(shí)期。到了20世紀中期，是可靠性興起和形成的重要時(shí)期。

為了解決電子設備和復雜導彈系統的可靠性問(wèn)題，美國展開(kāi)了有組織的可靠性研究。其間，在可靠性領(lǐng)域最有影響力的事件是1952年成立的電子設備可靠性咨詢(xún)小組（AGREE），它是由美國國防部成立的一個(gè)由軍方、工業(yè)領(lǐng)域和學(xué)術(shù)領(lǐng)域三方共同組成的、在可靠性設計、試驗及管理的程序及方法上有所推動(dòng)的、并確定了美國可靠性工程發(fā)展方向的組織。

AGREE組織在1955年開(kāi)始制訂和實(shí)施從設計、試驗、生產(chǎn)到交付、儲存和使用的全面的可靠性計劃，并在1957年發(fā)表了《軍用電子設備可靠性》的研究報告，從9方面全面闡述可靠性的設計、試驗、管理的程序和方法，成為可靠性發(fā)展的奠基性文件。這個(gè)組織的成立和這份報告的出現，也標志著(zhù)可靠性學(xué)科發(fā)展的重要里程碑，此時(shí)，它已經(jīng)成為一門(mén)真正的獨立的學(xué)科。

上世紀四十年代初期到六十年代末期，是結構可靠性理論發(fā)展的主要時(shí)期；六十年代到八十年代，是結構可靠性理論得到了發(fā)展并已較為成熟的時(shí)代九十年代，人可靠性分析方法的研究趨于活躍，許多學(xué)者將人工智能、隨機模擬、心理學(xué)、認知工程學(xué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )、信息論、突變論、模糊集合論等學(xué)科的思想應用到人可靠性分析中，出現了人可靠性心理模型、人可靠性分析綜合認知模型、人模糊可靠性模型、人機系統人失誤率評估的動(dòng)態(tài)可靠性技術(shù)以及計算機輔助人可靠性分析等。

可靠性在電力系統中也得以廣泛應用，目前的研究幾乎涉及到電力系統發(fā)電、輸電、配電等各方面，可靠性分析也正逐步成為電力系統規劃、決策的一項重要的輔助工具。

在電子領(lǐng)域，現有的絕大多數可靠性數學(xué)模型和研究方法是以電子產(chǎn)品為最初對象產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的，所以目前對電子產(chǎn)品的可靠性研究不論從可靠性建模理論、可靠性設計方法、失效機理分析、可靠性試驗技術(shù)及數據統計方式等均已趨向成熟。另外，在機械、汽車(chē)、電力等領(lǐng)域，可靠性也發(fā)揮著(zhù)不可替代的作用。

可靠性的相關(guān)定義和概念

1、可靠性

是表征產(chǎn)品（系統，元件，器件等）無(wú)故障能力工作的指標，是產(chǎn)品的重要內在屬性，是衡量產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標之一?？煽啃允钱a(chǎn)品在整個(gè)生命周期中，保證完成規定功能的能力，是產(chǎn)品質(zhì)量好壞的一項重要指標，是產(chǎn)品生命的一部分，我國國家標準GB3187-1982(可靠性基本名詞術(shù)語(yǔ)及定義)中對可靠性的定義是“產(chǎn)品在規定的條件下和規定的時(shí)間內完成規定功能的能力”?？煽啃允钱a(chǎn)品生命周期中具有完成規定功能的能力?？煽啃缘幕靖拍罴矗嚎煽慷?，故障概率，故障（失效）率，故障概率密度，壽命等的表示與數量指標，以及他們之間的相互關(guān)系，他們代表了產(chǎn)品可靠性的基本內容。

2、可靠度R(t)

是產(chǎn)品在壽命周期內完成規定功能的指標。按我國國標規定，可靠度的定義是“在規定條件下，規定時(shí)間內完成規定功的概率”。即產(chǎn)品在規定條件下規定時(shí)間內的可靠性。

可靠度函數可用關(guān)于時(shí)間 t 的函數表示，可表示為

R（t）=P(T>t)

其中，t 為規定的時(shí)間，T表示產(chǎn)品的壽命。

由可靠度的定義可知，R(t)描述了產(chǎn)品在（0，t）時(shí)間內完好的概率，且R(0)=1，R（+∞）=0。

3、故障（失效）概率

F(t)=P(T>t)

F(t)=1-R(t)或F(t)+ R(t)=1

其中，t 為規定的時(shí)間，T表示產(chǎn)品的壽命

4、故障概率密度函數

等于單位實(shí)際的故障概率函數的變化。

Ft=[F(t+dt)-F(t)]/dt

5、失效率

是指工作到某一時(shí)刻尚未失效的產(chǎn)品，在該時(shí)刻后，單位時(shí)間內發(fā)生失效的概率。一般記為λ，它也是時(shí)間t的函數，故也記為λ(t)，稱(chēng)為失效率函數，有時(shí)也稱(chēng)為故障率函數或風(fēng)險函數。

Λ(t)=dr/Nsdt

其中λ(t)——瞬時(shí)失效率；

dr——失效數的增量

Ns——剩余產(chǎn)品數

dt——時(shí)間增量

6、可靠性壽命

平均故障間隔時(shí)間 mean time between failures (MTBF)  可修復產(chǎn)品的一種基本可靠性參數。其度量方法為：在規定的條件下和規定的期間內，產(chǎn)品壽命單位總數與故障總次數比。

平均故障前時(shí)間 mean time to failures (MTTF) 不可修復產(chǎn)品的一種基本可靠性參數。其度量方法為：在規定的條件和規定的期間內，產(chǎn)品壽命單位總數與故障產(chǎn)品總數之比。

7、可靠壽命

由給定可靠度求出的與其相對應的工作時(shí)間，稱(chēng)為可靠壽命。設產(chǎn)品的可靠度為R(t)，使可靠度等于規定值r時(shí)的時(shí)間t,即為可靠壽命

8、中位壽命

中位壽命是指可靠度為0.5時(shí)的壽命，即t（0.5）的值，即表示為

     t（0.5）=0.63915(1/λ)

9、特征壽命

即R(t)=1/e=0.368時(shí)對應的壽命,失效規律服從指數分布時(shí)，特征壽命就是平均壽命θ

   t=1/λ=θ

10、貯存壽命

產(chǎn)品在規定條件下貯存時(shí)，仍能滿(mǎn)足質(zhì)量要求的時(shí)間長(cháng)度。產(chǎn)品出廠(chǎng)后，不工作，在規定條件下貯存，產(chǎn)品也有一個(gè)非工作狀態(tài)的偶然故障率，而此一般比工作故障率小得多，但貯存產(chǎn)品的可靠性也是在不斷下降的。因此，貯存壽命是產(chǎn)品貯存可靠性的一種度量。

可靠性設計

可靠性要求是設計、分析、試驗和驗收的依據?？煽啃栽O計要求可分為：定性要求;  定量要求。

定性要求內容有: 遵守一般可靠性設計和準則等。

定量要求內容有:  使用與合同 參數和指標。 

使用參數和指標：直接與產(chǎn)品完好性、任務(wù)成功性、維修人力和保障資源費用有關(guān)的一種度量。其度量值稱(chēng)指標（目標值與門(mén)限值）。合同參數和指標：在合同中表達訂購方要求的，并且是承制方在研制和生產(chǎn)過(guò)程中可以控制的參數。其度量值稱(chēng)為合同指標（規定值和最低可接受值）。 

目的：通過(guò)制定并貫徹型號可靠性設計準則，把有助于保證、提高產(chǎn)品可靠性的一系列設計要求設計到產(chǎn)品中去。

制定可靠性設計準則的依據

（1）型號《立項論證報告》、《研制總要求》及研制合同（包括工作說(shuō)明）中規定的可靠性設計要求；

（2）國內外有關(guān)規范、標準和手冊中所提出的可靠性設計準則等相關(guān)內容；

（3）類(lèi)似型號中制定貫徹的可靠性設計準則中的有關(guān)條款；

（4）通過(guò)調研，了解使用人員在使用中對產(chǎn)品的可靠性方面需求，整理轉化為可靠性設計準則；

（5）研制單位所積累的可靠性設計經(jīng)驗和失敗所取得的教訓。

按技術(shù)分類(lèi)可靠性設計準則1.簡(jiǎn)化設計2.冗余設計3.熱設計4.環(huán)境防護設計5.抗沖擊、振動(dòng)和噪聲設計6.穩定性設計7.安裝設計8、液壓件設計9.原材料、零部件和元器件選用10. 包裝、貯存、裝卸與運輸設計。

可靠性試驗

1、可靠性增長(cháng)試驗：

可靠性增長(cháng)試驗是產(chǎn)品研制階段中單獨安排的一個(gè)可靠性工作項目，作為工程研制階段的組成部分。保證產(chǎn)品進(jìn)入批生產(chǎn)前的可靠性達到預期的目標?？煽啃栽鲩L(cháng)試驗通常安排在工程研制基本完成之后和可靠性鑒定試驗之前。 可靠性增長(cháng)試驗是一種有目標、有計劃、有增長(cháng)模型的專(zhuān)項試驗?？煽啃栽鲩L(cháng)試驗耗費的資源相當巨大，試驗總時(shí)間通常為產(chǎn)品預期MTBF目標值的5~25倍，所以,并不是任何一個(gè)產(chǎn)品都合適進(jìn)行增長(cháng)試驗。

可靠性增長(cháng)試驗的一般方法是制定增長(cháng)目標、確定增長(cháng)模型, 通過(guò)試驗發(fā)現產(chǎn)品故障, 根據故障分析,改進(jìn)設計的這樣一個(gè)不斷反復試驗改進(jìn)過(guò)程 

2、可靠性研制試驗 (RDT)：

(1)目的    通過(guò)對產(chǎn)品施加適當的環(huán)境應力、工作載荷,尋找產(chǎn)品中的設計缺陷,以改進(jìn)設計,提高產(chǎn)品的固有可靠性水平。

(2)方法  試驗、分析、改進(jìn)。

(3)類(lèi)型   可靠性強化試驗(RET)、高加速壽命試驗(HALT)、可靠性增長(cháng)摸試驗。               

(4) 適用時(shí)機 可靠性研制試驗應在產(chǎn)品的研制階段盡早開(kāi)展，通過(guò)試驗、分析與改進(jìn)的過(guò)程來(lái)提高產(chǎn)品的固有可靠性水平。

可靠性驗證試驗目的：是確認產(chǎn)品是否符合合同規定的可靠性定量要求。

3、可靠性鑒定試驗：

為了驗證設備設計是否符合規定的可靠性要求，應用能代表具有批準的技術(shù)狀態(tài)的設備, 在規定的環(huán)境試驗條件下進(jìn)行可靠性鑒定試驗。若無(wú)其他規定，則至少要用兩臺設備進(jìn)行定時(shí)截尾試驗方案的鑒定試驗。統計試驗方案應是訂購方規定或同意的GB5080中的方案

4、可靠性驗收試驗：

為了確定生產(chǎn)的設備是否符合規定的可靠性要求，應按規定的抽樣原則從各生產(chǎn)批次中抽取設備, 在與可靠性鑒定試驗相同的環(huán)境試驗條件下進(jìn)行可靠性驗收試驗，這些受試設備應能代表其所屬批次的特征。驗收試驗統計試驗方案應從GB5080中給出的序貫截尾試驗方案或定時(shí)截尾試驗方案。

驗證試驗(統計試驗)方案的分類(lèi)

• 指數壽命型：定時(shí)截尾、序貫截尾、定數等方案

  
  

• 成敗型：一次抽樣、序貫截尾等方案

  
  

EMC測試

隨著(zhù)電子產(chǎn)品越來(lái)越多地采用低功耗、高速度、高集成度的LSI電路，使得這些系統比以往任何時(shí)候更容易受到電磁干擾的威脅。而與此同時(shí)，大功率設備及移動(dòng)通訊和無(wú)線(xiàn)尋呼的廣泛應用等，又大大增加了電磁騷擾的發(fā)生源，因此我們應提高產(chǎn)品本身抗干擾能力，即要求產(chǎn)品必須具備在一定的電磁環(huán)境下能正常工作的能力。某些產(chǎn)品在EMC方面的測試是國家強制要求進(jìn)行的。通常狀況下，EMC需要測試如下項目：

• 傳導****；

  
  

• 輻射****；

  
  

• 靜電抗擾性測試；

  
  

• 電快速脈沖串抗擾性測試；

  
  

• 浪涌抗擾性測試；

  
  

• 射頻輻射抗擾性；

  
  

• 傳導抗擾性：

  
  

• 電源跌落抗擾性；

  
  

• 工頻磁場(chǎng)抗擾性；

  
  

• 電力線(xiàn)接觸；

  
  

• 電力線(xiàn)感應；