可靠性基础培训

7 28.9905 26.2962 23.5418 20.4651 18.4179 16.7795 15.3385
寿命试验（MTBF）
加速寿命测试
一般执行寿命试验之目的在评估产品 于既定环境下之使用寿命，耗时较久， 且须投入大量的金钱，而产品可靠度 信息又不能实时获得并加以改善，导 致失去许多“商机”与“竞争力”。 因此，如何在实验室中以加速寿命试 验(Accelerated Life Testing; ALT) 的方法，在可接受的试验时间内评估 产品的使用寿命.
寿命试验﹕也就常说的MTBF MTTF.(固定性能
与环境﹐寻求时间对物品的影响)
可靠性概述
MTTF (Mean Time To Failures) 平均无故障时间 MTBF （Mean Time Between Failures) 平均无故障间隔时间 ESS （Environmental Stress screening Test) 环境应力筛选 ALT (Accelerate life test) 加速寿命试验 HALT (High Accelerate life test) 高加速寿命试验
例如某设备的输入电压限制为100~130V，若规划以 200V为输入，当然就破坏了原有的设计特性。
寿命试验（MTBF）
加速寿命测试
加速寿命试验考虑的三个要素为「环境应力」、 「试验样本数」及「试验时间」。假如产品既复 杂又昂贵，则样本数将较少，相对的须增加试验 时间或环境应力，以加速其试验;反之如果产品造 价较便宜，且数量多，则欲缩短试验时间的情况 下，可考虑增加样本数或环境应力。 一般电子、信息业而言，零件类的可靠度模式及 加速模式几乎部可以从美军规范或相关文献查得， 甚或可自行试验分析，获得其数学经验公式. 电子产品一般使用温度加速试验
寿命试验（MTBF）
假如我们的测试从6月1日8:00开始测试,在6月10日出 现第1次失效,经过维修后继续测试,在6月24日出 现第2次失效,经过维修后继续测试,在6月30日8:00 出现第3次失效停止测试. 请大家计算此批产品MTBF? 是否符合设计要求?
计算MTBF=2*20*30*24/ 15.5073= 1857小时 即实际测试MTBF值为1857小时, 小于设计要求1 MTBF 与故障率关系MTBF= 1/λ 万小时 比如说我们产品MTBF为10000小时. 并不是说每一台均能工作10000
加速寿命测试
加速寿命试验，最重要的是如何掌握其加速因子 (Accelerated Factor).
相同产品，做二种不同应力(加速)条件的试验，其结果可得二 个不同的特征寿命. η1设为(低应力试验条件)及η2(为高应力条件)， 则η1/η2即为加速因子(高、低应力间相对的加速程度)，相同产品老 化程度下，两种试验的时间显然不同，T1/T2值即为加速因子。
即加速寿命=* A (加速因子) L
, 2k 2 ) (
2
2T (2k 2 )
加速寿命测试
加速因子对照表
活化能= 25 25 30 35 40 45 50 55 60 1 1.9006 3.5378 6.4558 11.56 20.329 35.141 59.754 1 1.8614 3.3967 6.0821 10.696 18.489 31.44 1 1.8248 3.2675 5.7463 9.9331 16.89 1 1.7906 3.149 5.4434 9.256 1 1.7586 3.0399 5.1692 1 1.7286 2.9394 30 1 35 40 45 50
产品阶段性失效:（盆曲线）
早夭期 偶然失效 磨损退化失效
可靠性概述
失 效 率 函 数 (t) 产品寿命期(时间 t) 图1. 产品失效浴缸曲线 早夭期 有用期(偶发失效期) 磨耗期
早夭期:早夭期内之失效多生产不完善，材料存在缺陷，不合
格的生产环境，质量管理未尽妥善而发生.
可用失效期:在可用期中所发生的失效多属机遇性的.
4 20.6079 18.3070 15.9872 13.4420 11.7807 10.4732 9.3418
5 23.4687 21.0261 18.5493 15.8120 14.0111 12.5838 11.3403
6 26.2578 23.6848 21.0641 18.1508 16.2221 14.6853 13.3393
那些方面属可靠性问题
精
精美、精细、精致、精巧、精简 ….
耐
耐用、耐撞、耐磨、耐震、耐火 … 使用寿命不长 (MTBF) 保固期回收太多 (Reliability) 故障有多重分布 (Distribution)
质量与可靠性的不同
可靠度是设计出来的，可以提升产品平均寿命 质量是工艺水平，可以减少变异量
HASS (HighAccelerate Stress screening )
高加速应力筛选
可靠性概述
产品功能性失效：
致命失效：指产品完全失去规定功能能力 漂移性失效：指产品的一个或几个产数超过规定值引 起的失效，漂移性失效在一些产品中是允许的。 间歇性失效:产品在使用中或试验中出现时好时坏的 失 效
寿命试验（MTBF）
加速寿命测试
基本上，加速寿命试验是在物理与时间上，加 速产品的劣化肇因，以较短的时间试验，并据以推 定产品在正常使用状态的寿命或失效率.
加速寿命试验之基本条件是不能破坏原有特性要尽 量选择失效机构不变化的试验条件，或失效机构容 易单纯化的试验条件，使加速寿命试验结果之适用 范围明确化.
若是以数学的符号来表示，
R(t) = Pr ( Tt | C1, C2, … )
其中 t 是指定的工作时间(期望时间)，T是实际的出现故障时间（寿命）, Pr( ) 是指在 t 任务时间不出现故障的机率; C1, C2, … 是固定的条件
例如 一电磁炉在老化工作100天中, 产品不出现故障的机率位90%，其可靠 度表达:
可靠性基础培训
方明（Frank.Fang） 美的生活电器有限公司品质管理部
可靠性的发展
可靠度的作业技术是从二战后由美国开始 广为应用﹒由于美国国防部及三军对可 靠作业极为重视﹐所以各种可靠度作业 标准﹐规范或指导书相继大量制度和应 用﹐以作为美军武器系统可靠度作业管 制之依据﹒而这些标准逐渐被美国民间 工业及其它工业先进国家企业界所应 用﹒
小时不出现故障. 假如用户每天使用2小时，一年为720小时（360天 计算），10000小时约13年. 由MTBF=1/ λ MTBF=1/13=0.076 即该产品的平均故障率为7.6%, 一年内100台产品 平均有7.6台会出现故障.
寿命试验（MTBF）
X2 分位表
0 0.02 0.05 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 7.4594 5.9915 4.6052 3.2189 2.4079 1.8326 1.3863
寿命试验（MTBF）
单侧置信下限计算例题
现在公司新开发一款电磁炉,电磁炉的MTBF值设计要求为1万小时,请对 此电磁炉进行测试是否能满足要求值? (正常工作温度环境下测试） 已知条件：置信水平C=95%T 2 ;如出现3次失效将停止测试计算MTBF L ,(2k 2 ) 2 (2k 2 ) 解： 公式 假设测试过程中没有出现失效X2 a (2k+2) 查表为5.9915, 代入公式 10000=2T/5.9915 即T=29957.5小时 T为总的试验时间， 根据具体的情况可加大测试机器缩短测试周期 如测试机器为20台，测试周期为 299957.5/20*24=62.4天 如果在测试过程出现了一次失效, 且经过维修后继续测试. 此时根据查表X2 a (2k+2)=9.4877, T 总的测试将延长, 每一台的测试 相应延长.
c. E为 活化能系数.(一般电子产品在早天期失效之活化能约在 0.2~0.6eV之间，正常有用期失效之活化能趋近于1.0eV，而衰老期失效 之活化能将大 于1.0eV)
加速寿命测试
例:
取7件产品作50℃之加速寿命试验，得知其失效时间分别为:3000、3450、 5000、6500、7850、8000、8500小时。若该产品正常的操作温度为25℃， 则该产品执行50℃加速试验之加速因子，以及正常操作下之平均寿命可依 下列方式计算之。 该产品执行50℃加速试验之加速因子为(设活化能E=1.0eV)
规格 •工程设计 •安全设计 •功能设计
失效率
品质
பைடு நூலகம்
可靠性 •产命寿命 •存活机率 •市场返修率
•工艺水平
•制程一致性 •首次开箱合格率
产命寿命
早夭期
任务期
老化期
质量与可靠性的不同
下面是两个公司产品的失效比较，能不能看出什么来？
可靠性概述
定义﹕可靠性就是指产品于既定的时间内，在特定的
使用条件下，执行特定性能或功能，成功达成工作目 标的机率
MTBF试验的几种估计计算
a. 平均寿命的点估计值 b. 单侧置信下限估计 c. 双侧区间估计
寿命试验（MTBF）
双侧区间估计公式 单侧置信下限估计公式
Ｔ-试验时间 X2-分位数分布表 r – 失效次数 (非预期的且必需采取一定措施才能使产品 正常工作的失效模式) c-置信水平 1-c=a(显着性水平）
寿命试验（MTBF）
双侧区间定时截尾方案表
寿命试验（MTBF）
案例： 一计算机的可靠性指标为30000小时，最低可靠 性指标为20000小时，生产方和使用方的风险均为10%.
设计一个检定试验方案
解： 上限指=30000 下限值=20000风险均为10%
d=30000÷ 20000=1.5 查表可用方案1，试验时间为： T=下限值× 45=900000小时 判定标准是在900000小时内累计失效小于37次，可判 定通过
环境试验
广义的环境是指模拟产品在生产 运输和 用户使用中可能用到的各种应力如 机械 气 候 电应力等； 狭义的环境试验是指气候应 力试验，如温度 湿度等.
环境试验和加速应力能快速暴露产品缺陷， 是可靠性试验的主要技术方法
环境试验概述
环境试验顺序
电子电工产品环境试验方法很多，会存在一个试验先后 顺序的问题. 就是指同一台产品进行二种和二种以上 的单因素模拟试验时，应先进行什么试验，后进行什么 试验有时如果试验顺序不当会直接导致试验结果不真实. 如何来选择合理的试验顺序？ 根据产品实际可能遇到的环境因素来确定试验顺序 根据对产品产生最大的环境来确定试验顺序
1 11.2395 9.4877 7.7794 5.9886 4.8784 4.0446 3.3567
2 14.5566 12.5916 10.6446 8.5581 7.2311 6.2108 5.3481
3 17.6511 15.5073 13.3616 11.0301 9.5245 8.3505 7.3441
加速寿命测试
温度加速试验之加速因子计算
假设产品在正常操作状态之寿命及温度分别为ηn 及Tn;加速寿命试验状态之寿命及温度分别为ηa及Ta， 加速因子(Aη)为
A
n e a
(
E 1 1 )( ) K Tn Ta
a.知道两种试验条件下的温度(Ta&Tn),，即可获知加速试验之加速因子 b. K为常数 8.623X10的负5次方
A e 8.62310
( 1.0
5
)(
1 1 ) 273 25 27350
=20
该产品在50℃之平均寿命为
η50=(3000+3450+5000+6500+7850+8000+8500)/7=6043小时
故该产品正常操作下(25℃)之平均寿命为 η25＝6043× 20=120860小时
磨耗期之失效:产品或零组件经过可用期后,由于料件质量退
化（如氧化 腐蚀 老化等）失效率快速上升.
寿命试验（MTBF）
MTBF 不是一个产品使用周期, 也不是一个产品 使用周期的平均, 而是一大批产品统计特性．
MTBF试验过程中样品无失效或部分失效时，采用 截尾寿命试验方法（定时截尾试验；定数截尾试验）
R(100天) = Pr ( T100天)=90%
可靠性概述
广义的可靠性试验包含性能试验、 环境试验、寿命试验(亦即狭义之可靠 性试验)。
可靠性概述
性能试验﹕即符合性试验，检验产品的 性能功能的实现（固定时间和使用条件两项要素﹐而且是在标
准的环境条件﹐寻求物品性能的能力范围与变化情形）
环境试验﹕检验产品对各种环境应力 （机械 气候 电应力）的适应性，快速 暴露产品缺陷，是可靠性试验的主要技 术方法（固定时间与性能﹐而寻求环境条件对物品之影响）