18第八章可靠性试验02
可靠性试验
可靠性试验讲义1.基本概念可靠性：产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。
产品：指作为单独研究和分别试验对象的任何元件、设备或系统，可以是零件、部件，也可以是由它们装配而成的机器，或由许多机器组成的机组和成套设备，甚至还把人的作用也包括在内。
在具体使用“产品”这一词时，其确切含义应加以说明。
例如汽车板簧、汽车发动机、汽车整车等。
规定条件：一般指的是使用条件,环境条件。
包括应力温度、湿度、尘砂、腐蚀等，也包括操作技术、维修方法等条件。
规定时间：是可靠性区别于产品其他质量属性的重要特征，一般也可认为可靠性是产品功能在时间上的稳定程度。
因此以数学形式表示的可靠性各特征量都是时间的函数。
这里的时间概念不限于一般的年、月、日、分、秒，也可以是与时间成比例的次数、距离。
例如应力循环次数、汽车行驶里程。
规定功能：道德要明确具体产品的功能是什么，怎样才算是完成规定功能。
产品丧失规定功能称为失效，对可修复产品通常也称为故障。
怎样才算是失效或故障，有时很容易判定，但更多情况则很难判定。
当产品指的是某个螺杆，显然螺栓断裂就是失效；当产品指的是某个设备，对某个零件损坏而该设备仍能完成规定功能就不能算失效或故障，有时虽有某些零件损坏或松脱，但在规定的短时间内可容易地修复也可不算是失效或故障。
若产品指的是某个具有性能指标要求的机器，当性能下降到规定的指标后，虽然仍能继续运转，但已应算是失效或故障。
究竟怎样算是失效或故障，有时要涉及厂商与用户不同看法的协商，有时要涉及当时的技术水平和经济政策等而作出合理的规定。
能力：只是定性的理解是比较抽象的，为了衡量检验，后面将加以定量描述。
产品的失效或故障均具有偶然性，一个产品在某段时间内的工作情况并不很好地反映该产品可靠性的高低，而应该观察大量该种产品的工作情况并进行合理的处理后才能正确的反映该产品的可靠性，因此对能力的定量需用概率和数理统计的方法。
按产品可靠性的形成，可靠性可分为固有可靠性和使用可靠性。
可靠性试验
（Process Owner: 部品品质科职员）I. Definition☐部品可靠性：模拟产品在各种恶劣环境条件下的使用、运输和储存，用来检验产品的可靠性及适应性是否符合有关指标的试验。
包括：认证实验和确认试验。
II. Purpose☐为事前预防，发现工程品质问题和市场不良，以保证部品满足信赖性要求。
III. Policy☐样品的构成-根据年度实验计划制定每个试验项目试验样品数.☐试验周期：-试验周期以承认愿或年计划规定的为原则，但可根据工程及市场不良现况，可以增加检查次数，由于本公司缺少相应试验仪器的试验项目，依据年度可靠性试验计划书可委托本社或者供方进行试验，实施试验后在规定的期间内提供试验结果通报。
☐试验部品的选定：- 认证试验：新部品承认时提供样品所做的试验。
确认试验：工程/市场不良多发部品，以可靠性试验计划规定的为原则，随新产品生产有必要可增加试验部品。
☐判定基准：-不合格判定数Ac=0☐试验中发现的问题真实地记录并妥善保管，同时有责任及时将问题反馈、研讨，并督促相关供货厂家、部门进行改善，对改善结果应进行认真地核实，确认，并重新对新样品进行确认，防止问题的复发。
IV. Procedure☐Step 1 : 根据计划申请试验-Who : 部品品质科职员-When : 周期性-Ref : 可靠性试验月计划（P270R）,可靠性试验年计划（P270S）-根据试验计划选定试验部品和试验项目,.☐Step 2 : 试验样品测试-Who : 部品品质科职员-When : 试验前及试验后-Ref : 承认愿及试验计划条件参考-试验前要测试样品的初级数据，按规定的条件进行试验，最后再进行测试. ☐Step 3 : 试验结果判定-Who : 部品品质科职员-When : 试验后-Ref : 承认愿-制定可靠性试验成绩书,对试验结果进行详细记录和判定.并通报相关部门. ☐Step 4 : 合格判定处理-Who : 部品品质科职员-When : 合格-Ref : 可靠性试验判定、试验结果报告书、检验指导书、承认愿当分析结果为合格时,保留结果,进行详细记录,并进行登记和保存.☐Step 5 : 改善措施-Who : 部品品质科职员-When : 发生不良时-Ref : 可靠性试验业务规则.当分析结果为供方原资材不良时,通报采购及供方,探讨临时方案执行，督促解决问题并提供改善后的良品以便于进行实施再试验.V. ApprovalVI. Reference☐可靠性试验成绩书(P2703)☐可靠性试验结果通报书(P2704)☐可靠性试验报告书管理台帐（P270P）☐月可靠性试验结果报告（P270Q）☐可靠性试验年计划（P270S）☐月可靠性试验计划（P270R）。
第八章可靠性试验案例
n f (t ) ns (t ) n
其它参数可按如下相应公式计算 可靠度
ns (t ) R (t ) n
《机械可靠性设计》
20
第八章 累积失效概率（不可靠度）
可靠性试验
F (t )
失效概率密度
n f (t ) n
n f (t ) n t
f (t )
其中
失效率
n f (t ) n f (t t ) n f (t )
无替换定时截尾试验，记作[n，无，t0]；
有替换定时截尾试验，记作[n，有，t0]； 无替换定数截尾试验，记作[n，无，r]；
有替换定数截尾试验，记作[n，有，r]；
《机械可靠性设计》
11
第八章
可靠性试验
三、寿命试验设计
可靠性寿命试验应根据被试验产品的性质和试验目的 来设计试验方案。但无论试验是否加速，有无替换，定数 还是定时截尾，一般均应包括下列基本内容： 1）明确试验对象 2）确定试验条件 3）拟定失效标准 4）选定测试周期 当产品寿命为指数分布时，累计失效分布函数为：
r 10 n 35.27， 取n 36 F (t ) 0.2835
从上面的计算结果可以看出，要在规定的时间t内观察
到较多的失效数r，则应增加投试样品数n。若要求观测到的 失效数r不变，如能增加投试样品数n，则可以缩短时间。
16
《机械可靠性设计》
第八章
可靠性试验
6）确定试验截止时间
n t0 ln nr
《机械可靠性设计》
第八章
可靠性试验
§8-3
寿命试验结果的统计分析及参数估计
一、一般分布完全寿命试验的数据处理
对n个随机抽取的样品进行寿命试验，直到全部样品 失效为止，这样的试验称为完全寿命试验。 n个随机样品的寿命是n个独立同分布的随机变量。一 次完整试验可以测得n个样品的失效时间。将全部样品失 效时间从小到大顺序排列，其顺序统计量为
第八章可靠性试验
• 例 已知某种产品寿命服从指数分布，估计它的平均寿命 约为3000h，希望1000h左右的试验中，能观测到r=10个 失效，试问应投试多少样本？ • 解：首先计算T=3000h，t=1000h时的失效概率，因产品 寿命服从指数分布，由指数分布失效概率计算式得：
t 1000 F (t ) 1 exp 1 exp 0.2835 T 3000
综上所述，可以把截尾寿命试验细分为以下四种类型： • 无替换定时截尾试验，记作[n，无，t0]； • 有替换定时截尾试验，记作[n，有，t0]； • 无替换定数截尾试验，记作[n，无，r]； • 有替换定数截尾试验，记作[n，有，r]； • 虽然截尾试验要多用试验台数，但可以节省试验时间，如 有14个样本投入试验，当第7个失效后就停止试验，和7个 样本投入试验到全部失效给出相同的估计精度，但前者所 需的试验时间只有后者所需时间的25.4%，即试验台数虽 增加了一倍，但时间却只需原来的1/4。 • 截尾试验一般主要用于电子产品，也用在滚动轴承的寿命 试验，一般机械产品的可靠性试验则很少采用。
F • 估计n>20，代入r=10，(t ) 0.2835算出投试样本数n：
n r 10 35.27， 取n 36 F (t ) 0.2835
• 从上面的计算结果可以看出投试样本数n，失效数r和测试 时间t三者关系，要在规定的时间t内观察到较多的失效数r， 则应增加投试样本数n。若要求观测到的失效数r不变，如 能增加投试样品数n，则可以缩短时间。
• •
8.3 寿命试验结果的统计分析及参数估计
8.3.1 一般分布完全寿命试验的数据处理 对n个随机抽取的样本进行寿命试验，直到全部样本 失效为止，这样的试验称为完全寿命试验。 • n个随机样本的寿命是n个独立同分布的随机变量。将 全部样本失效时间从小到大顺序排列，其顺序统计量为：
可靠性试验
现场试验是产品在使用现场的试验，试验剖面真实但不受控，因而不具有典型性。因此，必须记录分析现场的环境条件、测量、故障、维修等因素的影响，即便如此，要从现场试验中获得及时的可靠性评价信息仍然困难，除非用若干台设备置于现场使用直至用坏，忠实记录故障信息后才有可能确切地评价其可靠性。当系统规模庞大、在实验室难以进行试验时，则样机及小批产品的现场可靠性试验有重要意义。
4.2 装备可靠性评估
测定产品可靠性定量指标，提供各种信息，作出产品的可靠性评估，是管理工作所要求的。可靠性指标的点估计值和置信区间估计，是产、购双方对产品寿命期费用决策的重要信息。可靠性指标的点估计值和置信区间估计的依据是试验数据。试验数据的具体处理方法在有关标准中规定。只凭试验结果就对装备的可靠性水平进行评估,信息量可能不够，往往要结合制造和使用的其它信息进行综合评价，才能使用户放心。
试验管理除了计划管理之外，还包括试验费用的管理，为保证研制工作进度和避免追加费用，试验工作的重点应放在工程试验上。综合了较多试验内容的计划，还应包括每项试验的方案、决策风险、试验条件、试验程序、在寿命周期的计划等。
4 试验评估
4.1 试验条件的评估
试验条件和步骤、方法都要尽可能模拟产品的寿命剖面和任务剖面，使试验具有真实性。试验的目的是暴露在使用环境下才能发生的问题、故障和缺陷。如果试验只能暴露一部分问题，这是在浪费时间和资源。试验模拟的程度，取决于试验目的。
1 试验真实性不高的原因可能是忽视了某些应力。如接插件作静态寿命试验时忽略了振动应力，致使现场使用时故障频繁。
综合的可靠性试验计划一般包括以下内容：
1 确定装备的可靠性要求；
2 规定可靠性试验的应力条件；
3 规定试验进度计划；
安全人机工程学 第八章 人机系统的可靠性分析与评价
8.3 人机系统评价
1.评价原则
(1)评价方法的客观性 (2)评价方法的通用性 (3)评价指标的综合性
8.3 人机系统评价
2.评价指标的建立
(1)技术评价指标 (2)经济评价指标 (3)环境评价指标
8.3 人机系统评价
3.评价指标体系
人机系统设计评价指标(要素)体系中,可 以从整体性、技术性、宜人性、安全性、经济 性、环境舒适性等角度进行评价。
4.多人表决的冗余人机系统可靠度
8.2 人机系统可靠性分析
5.控制器监控的冗余人机系统可靠度 设监控器的可靠度为RMk,则人机系统的可靠度RSk按 下式计算:
RSk=[1-(1-RMkRH)(1-RH)]RM
8.2 人机系统可靠性分析
6.自动控制冗余人机系统可靠度 设自动控制系统的可靠度为RMz,则人机系统的可靠度 RSz按下式计算:
8.3 人机系统评价
4.评价方法
(1)校核表评价法(安全检查表法)
国际人类工效学学会提出的人类工效学系统,其 主要内容如下:
1)作业空间的分析。 2)作业方法的分析。 3)环境分析。 4)作业组织分析。 5)负荷分析。 6)信息的输入和输出分析。
8.3 人机系统评价
4.评价方法 (2)海洛德分析评价
分析评价仪表与控制器的配置和安装位置对人是否 适 当 , 常 用 海 洛 德 (Human Error and Reliability Analysis Logic Development,HERALD)法,即人的失误 与可靠性分析逻辑推算法。海洛德法规定,先求出人们 在执行任务时成功与失误的概率,然后进行系统评价。
• 2.故障率(或失效率)
可靠性试验PPT课件
1r / n
例8-3 已知条件同例8-1，求使累积失效概率达到60％时， 在300℃，250 ℃和200℃下贮存寿命试验的截止时间。
8.4.4 指数分布条件下试验产 品可靠性评估
1.寿命试验分类 2.完全寿命试验时产品可靠性评估 3.截尾寿命试验时产品可靠性评估
1、寿命试验分类
单项环境试验 综合环境试验
较真实、较可靠、速度快、设备复杂、费用昂贵
高低温交变试验箱/高低温交变湿热试验箱/高低温实验箱/恒定湿热试验箱
8.4 寿命试验和加速寿命试验
8.4.1 寿命试验的分类及概念 8.4.2 寿命试验的设计问题 8.4.3 指数分布条件下寿命试验的设计 8.4.4 指数分布条件下产品可靠性评估
老炼：使仪器或设备性能参数稳定的过程
8.3 环境适应性试验
环境试验的方法
现场使用试验 真实、准确、试验周期长、花费大
天然暴露试验 方法简单、成本低、速度慢、试验周期长
人工模拟试验
常用的环境模拟试验项目：低温、高温、热冲击、温度循 环、潮热、低气压、盐雾、霉菌、沙尘、振动、冲击、碰 撞、离心、运输、声振、爆炸、真空冷热浸、真空冷焊试 验等
1 eu2 / 2du
2
第八章 可靠性试验
程真英 仪器科学与光电工程学院
主要内容
8.1 可靠性试验概述 8.2 可靠性筛选和电子元器件老炼 8.3 环境适应性试验 8.4 寿命试验和加速寿命试验
8.1 可靠性试验概述
可靠性试验：为了评价或提高产品可靠性而进 行的试验
分类：
筛选试验、验证试验、测定试验、鉴定试验 模拟试验、现场试验 环境试验、寿命试验、加速试验、各种特殊试验 破坏性试验、非破坏性试验 筛选试验、环境试验 、寿命试验 、现场使用试验、
可靠性试验
Industry leader in carbon nanotubes-01|07
环境应力筛选试验
目的
时间 试样
消除产品早期故障
产品交付使用前 全体产品/视情抽样
方法
故障处理 处理对象
试验--激发故障
修复/更换 个别问题产品
Industry leader in carbon nanotubes-01|07
可靠性试验概述-定义
• 对产品进行可靠性调查、分析和评价的一种手段。 试验结果为故障分析、研究采取的纠正措施、判断 产品是否达到指标要求提供依据。 • 可靠性试验一般是在产品的研究开发阶段和大规模 生产阶段进行的。在研究开发阶段，可靠性试验主 要用于评价设计质量、材料和工艺质量。在大规模 生产阶段，可靠性试验的目的则是质量保证或定期 考核管理。由于阶段不同，其目的和内容也不完全 相同
试验目的 保证和提高产品的可靠性 试验条件 对暴露问题快速、有效 试验方法 多种多样不受限 试验结果 产品可靠性得到提高
Industry leader in carbon nanotubes-01|07
可靠性增长试验和失效分析试验
• 都是为了通过试验找出产品的失效机理 • 可靠性增长试验是为了提高产品可靠性而进行的有 计划的可靠性试验。其实施方法是:对产品施加特定 的强应力，使其失效，依据失效机理确定产品的可 靠性薄弱环节，实施改进措施，然后再对改进后的 产品施加新的应力，寻找新的薄弱环节，随着试验 不断的进行，产品的可靠性逐步增长。 • 失效分析试验是在产品失效后进行的寻找失效机理 的试验，寻找失效机理的目的是为了确定失效是由 使用不当造成的还是由产品固有缺陷引起的。若是 后者还要确定这种缺陷是偶然的还是批次性的，然 后才能依据结论采取改正措施。
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由式（8-4）可见，直流电压V↑时→产品寿命↓。
③ 在估计电子元器件在额定工作条件下工作时,也 可
选环境温度为加速应力S，但在试验中必须同时施加额定直 流工作电压，否则估计出来的结果不是工作寿命特征，而 是贮存寿命特征。
（2）确定加速应力水平（ S1，S 2,???, Sk）和样品数量
5
① 样品数量 k≥4,但不宜过大。
恒定应力寿命试验和加速寿命试验方法及 威布尔分布下试验数据处理方法可参考 GB/T2689.1《恒定应力寿命试验和加速寿命试 验方法总则》。
2
第三节 寿命试验和加速寿命试验
四、加速寿命试验的设计问题 我们主要考虑 恒定应力加速试验 ，且不做定量的详细
分析，大家看书上写的有关内容时，应注意使用公式的条 件，而不能将其盲目地“放之四海而皆准”。
1. 加速寿命试验设计中应考虑的问题 这里只介绍恒应力加速寿命试验设计问题。
(1) 加速应力类型 S 的选择
2. 加速寿命试验的前提条件 加速寿命试验的前提条件是在几条基本假设之下采取的。
下面以威布尔分布为例讨论三条基本假设。
（1）假设1 设S是对产品所选的加速应 力，其正常应力水平为 S0，
加速寿命试验应力水平 为S1 ? S2 ? ???? Sk , 则在任一应力水平 Si下，
产品寿命 Ti都服从威布尔分布
（8 - 3）
式中AE — 失效机构激活能，单位为eV; k — 玻耳兹曼常数； T — 热力学温度； A0 — 常数。
4
② 在估计电子元器件在额定工作条件下工作时,可选直
流电压(或电流、功率)为加速应力S。其产品寿命 t 与直流 电压V之间按下式计算：
t?
1 dV c
（8 - 4）
式中 d、c — 正的常数。
?
2 Δ ;??????
Δ
?
????
1 T1
?Байду номын сангаас
1 Tk
???? /?k
?
1?
? ? ??
(8 - 5)
6
例如当采用电应力时，其间隔 Δ为
ln Δ
V2 ?
? ?ln
ln V1 Vk ?
? ln
Δ; lnV3 ? 2
V1 ?/?k ? 1?
Δ
;???? ? ?
(8 - 6)
▲试验样品选择：
① 随机抽取。
τ/h 1 2 5 10 20 50 100 200
注意：在每个加速应力水平下，测试点个数不得少于5个 （指能测到失效产品的失效点），每个测试点上的失 效数应当相近。
8 ② 停试时间：在整个恒定应力加速寿命试验中，通常 采用分组截尾试验。一般要求为
各组截尾失效数 ri ? 30% ~ 50%以上。 各组投试数 ni
② 等分k 组，每组样品一般不少于10只，特殊情况
不少于5只。
7 (3) 确定测试周期和停试时间(见表8-3) ① 由于产品寿命分布的密度函数大都近似指数分布形 式，所以一般按对数等间隔选取测试时间。
例如设τ为测试时间，lgτ是其对数，可按lgτ每隔1/3测一 次，这样测试时间可按表8-3执行。
表8-3 恒定应力加速寿命试验的测试时间 lg τ 0 0.33 0.67 1 1.33 1.67 2 2.33
② Smax和Smin之间应有较大间隔，以保证试验的准确性。
③ 其中一个应力水平应接近或等于产品工作的
额定值， Smax,不得大于产品结构、材料和制造工艺所
能承受的极限应力，以免带来新的失效机理。
④ 应力水平间隔应合适。对某情况的定量研究，例如当
采用温度应力时，其间隔Δ为
1/ T2
?
1 T1
?
Δ;1/ T3
?（S) — 应力S的某一已知函数。
① 加速应力为温度时，根据Arrhenius方程有
ln? ? ln a?? E ( 1 )
kT
(8 - 9)
② 电压为加速应力时，按逆幂律有
ln? ? ? ln d ? c lnV
(8 -10)
11
国内外大量实验数据表明，许多产品可以 满足以上三项假设，即可以进行恒定应力加速寿 命试验。
1
第 八 章 可 靠 性 试 验（2）
第三节 寿命试验和加速寿命试验--------------------------（2）
四、加速寿命试验的设计问题---------- （2） 第四节 可靠性增长试验------------------------------ （12）
一、可靠性增长试验定义与方式------- （14） 二、可靠性增长试验模型--------------- （17） 第五节 抽 样 方 法------------------------------------ （32） 一、两类错误及其风险----------------- （32） 二、抽检特性曲线（OC曲线）---------- （38） 三、抽样数目n和判据C的确定---------- （ 51） 四、寿命试验的抽样问题---------------- （53） 习 题 八 答 案----------------------------------- （54）
对某一产品选什么作加速应力？是温度？是工作电流？ 工作电压？还要注意其失效机理分析。
3
① 在估计电子元器件在常温下贮存时,一般选温度为加
速应力S，因为高温会加快电子元器件化学反应的速度。其 反应速率与热力学温度T之间按下式（Arrhenius经验公式） 计算
dM dt
?
A e? AE / kT 0
F (ti ) ? 1 ? e-?ti /? i ?mi ti ? 0, mi ? 0,? i ? 0 式中 mi — 形状参数； ? i — 特征寿命。
(8 - 7)
假如各应力水平下数据点在威布尔概率纸上都基本上
是直线，则假设1成立。
9
（2）假设2 在加速应力水平Si下产品失效机理与正常 应力水 平S0下产品失效机理相同。 因为威布尔分布的形状 参数m的变化 反映了失效机理的变化 ，所以这一假设在数学 上就是要求形状参 数不变，即 m0 ? m1 ? ???? mk。
此假设也可在威布尔概率纸上验证。因为形状参数m 就是威布尔概率纸上一条上升直线的斜率。
假如应力Si 下得到的失效数据点在威布尔概率纸上基 本是一族平行直线，则假设2成立。
10 （3）假设3产品特征寿命η与所加应力有下式关系（通 常称我加速寿命方程）
ln? ? a ? b? (S)
(8 - 8)
式中 a、b — 待估参数；