電子設(shè)備產(chǎn)品的可靠性試驗(yàn)
[ 作者：丁小東 加入時(shí)間：2006-12-18 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò) ]
一． 電子設(shè)備產(chǎn)品的可靠性
1． 可靠性的基本概念
隨著電子技術(shù)的發(fā)展，對(duì)電子設(shè)備產(chǎn)品也提出了更高的要求。由于設(shè)備技術(shù)性能和結(jié)構(gòu)要求等方面的提高，可靠性問(wèn)題愈顯突出。如果沒有可靠性保證，高性能指標(biāo)是沒有任何意義的，現(xiàn)代用戶買產(chǎn)品就是買可靠性，對(duì)生產(chǎn)廠家來(lái)說(shuō)，可靠性就是信譽(yù)，就是市場(chǎng)，就是經(jīng)濟(jì)效益。從整機(jī)來(lái)講，可靠性貫穿于設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、管理中。從部件、元器件的角度來(lái)講，電子元器件的可靠性水平?jīng)Q定了整機(jī)的可靠性程度。
可靠性屬于質(zhì)量的范疇，是產(chǎn)品質(zhì)量的時(shí)間函數(shù)。從基本概念上講，可靠性指標(biāo)與質(zhì)量的性能指標(biāo)所強(qiáng)調(diào)的內(nèi)容是不同的，可靠性的基本概念與時(shí)間有關(guān)（如表 1所示），這些基本概念的具體化，就是產(chǎn)品故障或壽命特征的數(shù)學(xué)模型化。只有通過(guò)可靠性試驗(yàn)才能確定產(chǎn)品故障或壽命特征符合哪一種數(shù)學(xué)分布，才可以決定產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)，進(jìn)而推算產(chǎn)品的可靠程度。在可靠性工程中，*常見的壽命分布函數(shù)有指數(shù)分布、威布爾分布、對(duì)數(shù)正態(tài)分布和正態(tài)分布。



2． 電子設(shè)備產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)
大量統(tǒng)計(jì)資料證明：電子設(shè)備產(chǎn)品的失效分布一般服從指數(shù)分布。從電子設(shè)備產(chǎn)品及許多電子元器件的失效機(jī)理來(lái)看，隨著時(shí)間的足夠長(zhǎng)，失效率趨近于一個(gè)穩(wěn)定值，其基本特征可以用指數(shù)函數(shù)的曲線相比擬， 即服從指數(shù)分布，因此電子設(shè)備產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)有：

可靠度 R(t)：

由上可看出在指數(shù)分布時(shí)產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)表示式比較簡(jiǎn)單，并且失效率λ是一個(gè)常數(shù)。在進(jìn)行電子設(shè)備產(chǎn)品可靠性分析時(shí)，只要得到λ的數(shù)值，其它指標(biāo)就可以直接算出來(lái)。

二．電子設(shè)備產(chǎn)品的可靠性試驗(yàn)
1．可靠性試驗(yàn)的特點(diǎn)和分類
電子設(shè)備產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)是一些綜合性、統(tǒng)計(jì)性的指標(biāo)，與質(zhì)量性能指標(biāo)完全不同，不可能用儀表、儀器或其它手段得到結(jié)果，而是要通過(guò)試驗(yàn)，從試驗(yàn)的過(guò)程中取得必要的數(shù)據(jù)，然后通過(guò)數(shù)據(jù)分析，處理才能得到可靠性指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)量?？煽啃灾笜?biāo)的實(shí)現(xiàn)主要依靠現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)或模擬現(xiàn)場(chǎng)條件試驗(yàn)，所以可靠性試驗(yàn)不同于一般設(shè)備的性能試驗(yàn)。從廣義上講，為了了解、評(píng)價(jià)、分析和提高電子設(shè)備產(chǎn)品的可靠性水平而進(jìn)行的試驗(yàn)，可以用來(lái)確定電子設(shè)備產(chǎn)品在各種環(huán)境條件下工作或貯存的可靠性的特征量。一般說(shuō)電子設(shè)備產(chǎn)品的可靠性試驗(yàn)可以分為研制階段的試驗(yàn)，可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)，可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)，元器件老煉試驗(yàn)，極限試驗(yàn)，負(fù)荷及過(guò)負(fù)荷試驗(yàn)，過(guò)載能力試驗(yàn)等，這類試驗(yàn)的目的是了解設(shè)計(jì)是否滿足了可靠性指標(biāo)的要求，找出或排除設(shè)計(jì)與制造過(guò)程中的缺限和不足，證明設(shè)計(jì)可靠性能否實(shí)現(xiàn)，因而可靠性試驗(yàn)可以根據(jù)設(shè)備研制過(guò)程中的不同階段，不同要求進(jìn)行各種不同的試驗(yàn)。對(duì)于不同的電子設(shè)備產(chǎn)品，所要達(dá)到的目的不同，可以進(jìn)行的可靠性試驗(yàn)形式也就各異，因此可靠性試驗(yàn)對(duì)于電子設(shè)備產(chǎn)品來(lái)說(shuō)是一個(gè)系統(tǒng)工程，電子設(shè)備產(chǎn)品的可靠性試驗(yàn)可以歸納為以下幾大類型（如圖 1所示）。另外，溫度、振動(dòng)、沖擊及高溫壽命、加速壽命等試驗(yàn)在實(shí)際應(yīng)用中較為廣泛。



2． 電子設(shè)備產(chǎn)品可靠性試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)
電子設(shè)備產(chǎn)品可靠性試驗(yàn)計(jì)劃的基本內(nèi)容應(yīng)含有：（1）試驗(yàn)的目的和要求；（2）試驗(yàn)樣機(jī)數(shù)量；（3）試驗(yàn)條件（環(huán)境、維修等）；（4）試驗(yàn)類型的確定和統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方案的選擇；（5）判斷方法、失效判據(jù)，故障判據(jù)等等。這里需要指出的是樣機(jī)數(shù)量，對(duì)于可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)，試驗(yàn)樣機(jī)多一些是必要的，對(duì)鑒定和接收試驗(yàn)來(lái)說(shuō)，樣機(jī)多一些可以提高試驗(yàn)結(jié)果的置信度。一般鑒定試驗(yàn)不足三臺(tái)則全數(shù)試驗(yàn)。接收試驗(yàn)不得少于3臺(tái)，推薦樣機(jī)數(shù)量為每批設(shè)備的10%（見表2）?？傊煽啃栽囼?yàn)方案要根據(jù)電子設(shè)備產(chǎn)品的實(shí)際使用條件和故障特征選擇合適的試驗(yàn)方案。
2.1 試驗(yàn)類型的選擇
（1）老產(chǎn)品已生產(chǎn)多年，未進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)，現(xiàn)產(chǎn)品的生命力較強(qiáng)，需要繼續(xù)生產(chǎn)，可選擇可靠性測(cè)定試驗(yàn)，測(cè)出設(shè)備的MTBF驗(yàn)證值，同時(shí)根據(jù)暴露的問(wèn)題采取措施，提高產(chǎn)品的可靠性。



（2）新產(chǎn)品處于設(shè)計(jì)試制階段，可通過(guò)可靠性試驗(yàn)暴露產(chǎn)品中的薄弱環(huán)節(jié)，以便采取改進(jìn)措施，提高產(chǎn)品的固有可靠性，可選擇可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)。
（3）新產(chǎn)品設(shè)計(jì)定型、生產(chǎn)定型和產(chǎn)品創(chuàng)優(yōu)，可選擇可靠性鑒定試驗(yàn)，一般情況下選用定時(shí)截尾或定數(shù)截尾試驗(yàn)方案，以對(duì)產(chǎn)品的MTBF真值作出估計(jì)。
（4）根據(jù)供需雙方鑒定的合同規(guī)定，需要對(duì)產(chǎn)品的MTBF真值作驗(yàn)證的，可選擇可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)，采用定時(shí)截尾或定數(shù)截尾試驗(yàn)方案。若供需雙方鑒定的合同規(guī)定，只要通過(guò)了系統(tǒng)試驗(yàn)方案就可交貨，不需對(duì)產(chǎn)品的MTBF真值作出估計(jì)，可選用概率比序試驗(yàn)方案，這種情況特別適用單臺(tái)大型電子設(shè)備產(chǎn)品。
2.2環(huán)境條件及應(yīng)力的確定
根據(jù)使用方向生產(chǎn)方提供的電子設(shè)備產(chǎn)品任務(wù)書或供需雙方簽訂的合同，搞清電子設(shè)備產(chǎn)品在工作時(shí)所處的環(huán)境條件及給予它的應(yīng)力。如果無(wú)特殊要求，應(yīng)按電子設(shè)備產(chǎn)品總技術(shù)條件要求，在實(shí)驗(yàn)室模擬進(jìn)行，一般情況下可采用圖 2所加的應(yīng)力及循環(huán)方式。



2.3 統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方案的參數(shù)確定
（1）θ 0 (可接收的MTBF值)的確定。θ 0 應(yīng)小于等于θ′（θ′是按照電子設(shè)備產(chǎn)品所處的環(huán)境條件和應(yīng)力，用可靠性預(yù)計(jì)方法確定的MTBF值）。θ 0 確定之后，根據(jù)選擇的鑒別比D m （D m =θ 0 /θ 1 ），就可以計(jì)算出θ 1 （θ 1 指*低可接受的MTBF值）。
（2）生產(chǎn)方風(fēng)險(xiǎn)率α、使用方風(fēng)險(xiǎn)率β的選擇。一般情況下，供需雙方簽訂的合同（包括協(xié)議書）已定的可按合同執(zhí)行。如果合同無(wú)規(guī)定，或是生產(chǎn)廠家自行驗(yàn)證，一般情況下可選擇0.2～0.3，高風(fēng)險(xiǎn)可選擇0.3～0.4。
（3）試驗(yàn)時(shí)間t的選擇。除與α、β有關(guān)外，主要取決于電子設(shè)備產(chǎn)品屬于何種類型，該設(shè)備能否長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行可靠性試驗(yàn)，試驗(yàn)費(fèi)用的大小，可在表2中*佳樣機(jī)數(shù)與*大樣機(jī)數(shù)之間進(jìn)行選擇（t=T/n，T為截尾時(shí)間）。
2.4 測(cè)試周期的確定
測(cè)試周期必須合理選擇，周期太密，會(huì)增加工作量，周期太疏又會(huì)失掉有用的信息?？砂聪铝泄接?jì)算，然后確定：



其中： t——規(guī)定的試驗(yàn)時(shí)間；
r——相關(guān)失效數(shù)；
n——抽樣數(shù)；
θ——MTBF。
測(cè)試時(shí)間太長(zhǎng)，可確定 1天測(cè)1次，及時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品失效并做好記錄。
2.5 失效判據(jù)（失效標(biāo)準(zhǔn)）的制定
所謂失效，即產(chǎn)品喪失規(guī)定的功能。因此，凡是在試驗(yàn)過(guò)程中不滿足電子設(shè)備產(chǎn)品技術(shù)性能的任一項(xiàng)指標(biāo)，應(yīng)作為失效判據(jù)，此判據(jù)必須由可靠性工程師負(fù)責(zé)，召集設(shè)計(jì)、工藝、檢驗(yàn)等方面技術(shù)人員討論，統(tǒng)一思想，*后制定。

三．可靠性試驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析與處理
1．可靠性試驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析方法
可靠性試驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)就是產(chǎn)品壽命分布函數(shù)及參量之間的關(guān)系。例如故障與應(yīng)力（電、熱、振動(dòng)、溫度等）的對(duì)應(yīng)關(guān)系；故障與產(chǎn)品早期性能變化的規(guī)律等，這些包含有兩個(gè)變量的數(shù)據(jù)，在分析時(shí)就可用相關(guān)及回歸分析方法，或用*小二乘法，從試驗(yàn)中取得的數(shù)據(jù)，可以制成各種圖，如直方圖，拆線圖等，擬合成直線、曲線用以確定產(chǎn)品故障（壽命）的數(shù)學(xué)模型，由模型就可寫出其可靠性指標(biāo)，*后推算出該產(chǎn)品的可靠性參數(shù)值。
電子設(shè)備產(chǎn)品的故障模式（壽命分布）可以用指數(shù)分布的數(shù)學(xué)模型來(lái)描述，所以 （小時(shí)），我們通過(guò)試驗(yàn)，只要取得MTBF的估計(jì)值（觀測(cè)值），就可算出失效率λ及可靠度R(t)來(lái)。然后與設(shè)計(jì)過(guò)程中的預(yù)計(jì)值相比較，達(dá)到指標(biāo)要求，試驗(yàn)停止，達(dá)不到則繼續(xù)試驗(yàn)。
2．電子設(shè)備產(chǎn)品可靠性試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理
可靠性試驗(yàn)的數(shù)據(jù)是一些實(shí)際的、多因素的信息集體，對(duì)于電子設(shè)備產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，試驗(yàn)的目的不同，所需采集的數(shù)據(jù)種類就不同，因此要用試驗(yàn)的觀測(cè)值來(lái)估計(jì)設(shè)備的可靠性特征值，這是電子設(shè)備產(chǎn)品可靠性試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵。我們知道MTBF是衡量電子產(chǎn)品可靠性的一個(gè)重要指標(biāo)，并且檢驗(yàn)下限應(yīng)等于電子設(shè)備產(chǎn)品*低可接受的MTBF。實(shí)際工作中常采用觀測(cè)值的點(diǎn)估計(jì)即：

式中， 為MTBF（電子設(shè)備產(chǎn)品）觀測(cè)點(diǎn)估計(jì)值；T為電子設(shè)備產(chǎn)品試驗(yàn)時(shí)間總和；r為電子設(shè)備產(chǎn)品在試驗(yàn)中的故障次數(shù)。
還有一種故障強(qiáng)度點(diǎn)估計(jì)，當(dāng)r>0（有故障發(fā)生時(shí)）：
當(dāng) r=0(試驗(yàn)過(guò)程中未發(fā)生故障)：

式中， 為電子設(shè)備產(chǎn)品失效率點(diǎn)估計(jì)值； 為電子設(shè)備產(chǎn)品MTBF的點(diǎn)估計(jì)值；T為電子設(shè)備產(chǎn)品試驗(yàn)時(shí)間總和；r為故障次數(shù)。
利用點(diǎn)估計(jì)的方法可以大致估算出電子設(shè)備產(chǎn)品 MTBF。這是些經(jīng)驗(yàn)公式，可以為驗(yàn)證設(shè)計(jì)可靠性進(jìn)行可靠性試驗(yàn)，以實(shí)現(xiàn)快捷處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)。