品質的基本保證——可靠性

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

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

可靠性工程起源于軍事領域，經過半個多世紀的迅速發展，現在已成為涉及面非常廣的綜合性學科。隨著科技發展，用戶對民用產品的要求也越來越高，不僅要求價格便宜，功能齊全，而且要求產品安全可靠，經久耐用。因此產品借助可靠性預計技術來標明產品可靠性指標，將有利于增強自身競爭力，也能讓用戶放心購買。所以可靠性研究對于現代企業來說有著彌足重要的作用，可以說可靠性已經擴展到我們生活和生產的方方面面。 

可靠性的歷史

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

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

AGREE組織在1955年開始制訂和實施從設計、試驗、生產到交付、儲存和使用的全面的可靠性計劃，并在1957年發表了《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，成為可靠性發展的奠基性文件。這個組織的成立和這份報告的出現，也標志著可靠性學科發展的重要里程碑，此時，它已經成為一門真正的獨立的學科。

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展的主要時期；六十年代到八十年代，是結構可靠性理論得到了發展并已較為成熟的時代九十年代，人可靠性分析方法的研究趨于活躍，許多學者將人工智能、隨機模擬、心理學、認知工程學、神經網絡、信息論、突變論、模糊集合論等學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態可靠性技術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。

在電子領域，現有的絕大多數可靠性數學模型和研究方法是以電子產品為最初對象產生和發展起來的，所以目前對電子產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、可靠性試驗技術及數據統計方式等均已趨向成熟。另外，在機械、汽車、電力等領域，可靠性也發揮著不可替代的作用。

可靠性的相關定義和概念

1、可靠性

是表征產品（系統，元件，器件等）無故障能力工作的指標，是產品的重要內在屬性，是衡量產品質量的重要指標之一。可靠性是產品在整個生命周期中，保證完成規定功能的能力，是產品質量好壞的一項重要指標，是產品生命的一部分，我國國家標準GB3187-1982(可靠性基本名詞術語及定義)中對可靠性的定義是“產品在規定的條件下和規定的時間內完成規定功能的能力”。可靠性是產品生命周期中具有完成規定功能的能力。可靠性的基本概念即：可靠度，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系，他們代表了產品可靠性的基本內容。

2、可靠度R(t)

是產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，規定時間內完成規定功的概率”。即產品在規定條件下規定時間內的可靠性。

可靠度函數可用關于時間 t 的函數表示，可表示為

R（t）=P(T>t)

其中，t 為規定的時間，T表示產品的壽命。

由可靠度的定義可知，R(t)描述了產品在（0，t）時間內完好的概率，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 為規定的時間，T表示產品的壽命

4、故障概率密度函數

等于單位實際的故障概率函數的變化。

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

5、失效率

是指工作到某一時刻尚未失效的產品，在該時刻后，單位時間內發生失效的概率。一般記為λ，它也是時間t的函數，故也記為λ(t)，稱為失效率函數，有時也稱為故障率函數或風險函數。

Λ(t)=dr/Nsdt

其中λ(t)——瞬時失效率；

dr——失效數的增量

Ns——剩余產品數

dt——時間增量

6、可靠性壽命

平均故障間隔時間 mean time between failures (MTBF)  可修復產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，產品壽命單位總數與故障總次數比。

平均故障前時間 mean time to failures (MTTF) 不可修復產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，產品壽命單位總數與故障產品總數之比。

7、可靠壽命

由給定可靠度求出的與其相對應的工作時間，稱為可靠壽命。設產品的可靠度為R(t)，使可靠度等于規定值r時的時間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時對應的壽命,失效規律服從指數分布時，特征壽命就是平均壽命θ

   t=1/λ=θ

10、貯存壽命

產品在規定條件下貯存時，仍能滿足質量要求的時間長度。產品出廠后，不工作，在規定條件下貯存，產品也有一個非工作狀態的偶然故障率，而此一般比工作故障率小得多，但貯存產品的可靠性也是在不斷下降的。因此，貯存壽命是產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。可靠性設計要求可分為：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：直接與產品完好性、任務成功性、維修人力和保障資源費用有關的一種度量。其度量值稱指標（目標值與門限值）。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過程中可以控制的參數。其度量值稱為合同指標（規定值和最低可接受值）。 

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

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（包括工作說明）中規定的可靠性設計要求；

（2）國內外有關規范、標準和手冊中所提出的可靠性設計準則等相關內容；

（3）類似型號中制定貫徹的可靠性設計準則中的有關條款；

（4）通過調研，了解使用人員在使用中對產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驗和失敗所取得的教訓。

按技術分類可靠性設計準則1.簡化設計2.冗余設計3.熱設計4.環境防護設計5.抗沖擊、振動和噪聲設計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、可靠性增長試驗：

可靠性增長試驗是產品研制階段中單獨安排的一個可靠性工作項目，作為工程研制階段的組成部分。保證產品進入批生產前的可靠性達到預期的目標。可靠性增長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。 可靠性增長試驗是一種有目標、有計劃、有增長模型的專項試驗。可靠性增長試驗耗費的資源相當巨大，試驗總時間通常為產品預期MTBF目標值的5~25倍，所以,并不是任何一個產品都合適進行增長試驗。

可靠性增長試驗的一般方法是制定增長目標、確定增長模型, 通過試驗發現產品故障, 根據故障分析,改進設計的這樣一個不斷反復試驗改進過程 

2、可靠性研制試驗 (RDT)：

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

(2)方法  試驗、分析、改進。

(3)類型   可靠性強化試驗(RET)、高加速壽命試驗(HALT)、可靠性增長摸試驗。               

(4) 適用時機 可靠性研制試驗應在產品的研制階段盡早開展，通過試驗、分析與改進的過程來提高產品的固有可靠性水平。

可靠性驗證試驗目的：是確認產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狀態的設備, 在規定的環境試驗條件下進行可靠性鑒定試驗。若無其他規定，則至少要用兩臺設備進行定時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批次中抽取設備, 在與可靠性鑒定試驗相同的環境試驗條件下進行可靠性驗收試驗，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截尾試驗方案。

驗證試驗(統計試驗)方案的分類

• 指數壽命型：定時截尾、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

隨著電子產品越來越多地采用低功耗、高速度、高集成度的LSI電路，使得這些系統比以往任何時候更容易受到電磁干擾的威脅。而與此同時，大功率設備及移動通訊和無線尋呼的廣泛應用等，又大大增加了電磁騷擾的發生源，因此我們應提高產品本身抗干擾能力，即要求產品必須具備在一定的電磁環境下能正常工作的能力。某些產品在EMC方面的測試是國家強制要求進行的。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；

  
  

• 工頻磁場抗擾性；

  
  

• 電力線接觸；

  
  

• 電力線感應；