可靠性.docx

1、可靠性问题：在质量设计过程中发现，有些工具还没有串联起来，我们在使用的时候会很多困扰，可以分享一下你的经验吗？ 威尔洛菲勒（美国新洛菲勒集团公司总裁）：在设计质量领域，有一个很著名也很重要工具，就是QFD，Quality Function Deployment，中文叫做质量功能分解。它不是一个很容易的方法，但是如果你用得很好的话，它可以把你的客户需求、设计思路、生产，到最后交互的生产的整个过程的控制，很好的有机地结合起来，是一个很有效的工具。在这个过程当中，你可以用这样的体系建立起一个优先的排名系统或者叫做排名清单，然后根据排名的优先级别来进行设计和实现。 吴迪(美国质量学会中国区首席代表兼总

2、经理)：它是一个体系，可以做成本的考虑。比如我们做汽车，客户的需求跟部门的需求是不一样的。客户要求可能是便宜，可能是安全。我们要考虑到材料，比如是钢材料、有机材料还是皮革材料。QFD包括了成本、交货期、存储空间的考虑，是一个系列的、两维的结构，一方面是客户的需求，一方面是技术的需求。两者可以有机地结合在一起。QFD不是一个单一的步骤，它是一个四级的系统。它的第一个级别是从customer requirements开始，拟定一个优先级别，然后针对这个产品，技术人员想怎么开发的，建立起一种关系，得出的第一个结论叫做system level。第二个级别是把系统需求作为客户需求，什么样的部件可以支撑系

3、统需求。第三个层面是，把系统需求作为客户需求，里面的零部件对系统需求的支撑有什么技术要求。第四个阶段，因为你已经分解到底层了，比如电路板和芯片，这是要把零部件的技术需求作为采购和供应设计的需求定义到你的生产线上。这就是为什么QFD很复杂，如果你用得好，它可以帮助你从一个模糊的customer requirements分解到很准确供应的参数设计和定义。 这个问题记得当时是我提出的，但是感觉没有得到自己想要的答案。问题原文如下：在产品设计开发过程中，存在众多工具，如QFD、FMEA、DOE、DFX等，如同设计系统五级中的系统设计、参数设计、容差设计、可靠性设计、标准化审查，但是如何将这些工具串联起

4、来，成为一个简化和有效的系统？提问题的时候也知道现在关于这方面的研究比较少，可参照的答案也比较少，但仅仅是QFD也很难把这些内容串联起来吧。（QFD我们公司欧洲那边也在应用，11年估计也要接受这个培训）希望高手进行指点一二。 我们其他行业可以做不？感觉没有汽车行业这么繁杂吧？ 11111111第一节 可靠性定义一、可靠性定义产品的可靠性是指：产品在规定的条件下、在规定的时间内完成规定的功能的能力。从定义本身来说，它是产品的一种能力，这是一个很抽象的概念；我们可以用个例子（100个学生即将参加考试）来理解这个定义，可靠性就是指：100个学生的考分的平均是多少？对这个平均分的准确性有多大把握？分数

5、越高、把握越大，可靠性就越高。我国的可靠性工作起步较晚，20世纪70年代才开始在电子工业和航空工业中初步形成可靠性研究体系，并将其应用于军工产品。其他行业可靠性工作起步更晚，差距更大，与先进国家差距2030年，虽然国家已制订可靠性标准，但尚未引起所有企业的足够重视。对产品而言，可靠性越高就越好。可靠性高的产品，可以长时间正常工作（这正是所有消费者需要得到的）；从专业术语上来说，就是产品的可靠性越高，产品可以无故障工作的时间就越长。二、可靠性的重要性调查结果显示（如某公司市场部2001年调查记录）：“对可靠性的重视度，与地区的经济发达程度成正比”。例如，英国电讯（BT）关于可靠性管理/指标要求有

6、产品寿命、MTBF报告、可靠性框图、失效树分析（FTA）、可靠性测试计划和测试报告等；泰国只有MTBF和MTTF的要求；而厄瓜多尔则未提到，只是提出环境适应性和安全性的要求。产品的可靠性很重要，它不仅影响生产公司的前途，而且影响到使用者的安全（前苏联的“联盟11号”宇宙飞船返回时，因压力阀门提前打开而造成三名宇航员全部死亡）。可靠性好的产品，不但可以减少公司的维修费用，而且可以很快就打出品牌，大幅度提升公司形象，增加公司收入。随着市场经济的发展，竞争日趋激烈，人们不仅要求产品物美价廉，而且十分重视产品的可靠性和安全性。日本的汽车、家用电器等产品，虽然在性能、价格方面与我国彼此相仿，却能占领美国

7、以及国际市场。主要的原因就是日本的产品可靠性胜过我国一筹。美国的康明斯、卡勃彼特柴油机，大修期为12000小时，而我国柴油机不过1000小时，有的甚至几十小时、几百小时就出现故障。我国生产的电梯，平均使用寿命（指两次大修期的间隔时期）为3年左右，而国外的电梯平均寿命在10年以上，是我们的3倍；故障率，国外平均为0.05次，而我国为1次以上，高出20倍，这样的产品怎么有竞争力呢！因此要想在竞争中立于不败之地，就要狠抓产品质量，特别是产品可靠性，没有可靠性就没有质量，企业就无法在激烈的竞争中生存和发展。因此，可靠性问题必须引起政府和企业的高度重视，抓好可靠性工作，不仅是关系到企业生存和发展的大问题

8、，也是关系到国家经济兴衰的大问题。（呵呵，这是唱高调的内容，可以不看的）三、可靠性指标衡量产品可靠性水平有好几种标准，有定量的，也有定性的，有时要用几种标准（指标）去度量一种产品的可靠性，但最基本最常用的有以下几种标准。 1.可靠度R（t）；它是产品在规定条件和规定时间内完成规定功能的概率。一批产品的数量为N，从t = 0时开始使用，随着时间的推移，失效的产品件数逐渐增加，而正常工作的产品件数n(t)逐渐减少，用R(t)表示产品在任意时刻t的可靠度。2.可靠寿命CR(tr)；它与一般理解的寿命有不同含义，概念也不同，设产品的可靠度为R(t)，使可靠度等于规定值r时的时间tr的，即被定义为可靠寿

9、命。3.失效率（故障率）（t）；它是指某产品（零部件）工作到时间t之后，在单位时间t内发生失效的概率。4.有效寿命与平均寿命；有效寿命一般是指产品投入使用后至达到某规定失效率水平之前的一段工作时间。而平均寿命MTTF对于不可修复产品，指从开始使用直到发生失效这一段工作时间的平均值；对于可修复的产品，是指在整个使用阶段和除维修时间之后的各段有效工作时间的平均值。5.平均无故障工作时间MTBF；是指相邻两次故障之间的平均工作时间，也称为平均故障间隔。它仅适用于可维修产品。同时也规定产品在总的使用阶段累计工作时间与故障次数的比值为MTBF。其他如可靠度、有效度、维修度、平均维修时间等也是衡量产品可靠

10、性水平的一种标准，但是一般以可靠寿命失效率就足以说明产品可靠性程度了。1. 平均故障间隔时间；可维修的产品，其可靠性主要的参数是MTBF（Mean Time Between Fail），即平均故障间隔时间，也就是两次维修间的平均时间；不可维修的产品，用MTTB（Mean Time To Fail）；两个参数的计算没有区别，下文只提到MTBF。MTBF越大，说明产品的可靠性越高。可以用以下理想测试来精确测试一批产品的MTBF；即将该批产品投入使用，当该批产品全部出现故障以后（假如第1个产品的故障时间为t1，第2个产品的故障时间为t2，第n个产品的故障时间为tn），计算发生故障的平均时间，则由上式

11、可以看出，理想测试就是用全部的时间和全部的故障数来算出精确的MTBF；2、失效密度另外一个常用的参数是，它是指在产品在t时刻失效的可能性，是失效间隔时间的倒数，也就是：1/MTBF。 对某一类产品而言，产品在不同的时刻有不同的失效率（也就是失效率是时间的函数），对电子产品而言，其失效率符合浴盆曲线分布（如下图）：浴盆曲线，分为三部份（I、II、III三部份）：第I部份是早期失效阶段。这段时间内，从外形上看，在失效率从一个很高的指标迅速下降；从物理意义上理解，由于少数产品在制作后，存在一些制程、运输、调试等问题，产品有比较明显的缺陷，在投入使用的最初期，这缺陷很快就显露出来，随着时间的增长，这些

12、明显的缺陷越来越少，也就形成了“失效率迅速下降”的现象；第II部份是中期稳定阶段。这段时间内，产品的失效率稳定在一个较低水平；从物理意义上理解，当少数产品的明显缺陷显露出来后，剩下的就是正常的产品，这部份产品可以较稳定、持久地工作，所以失效率也稳定在一个较低水平；第III部份是后期失效阶段；这段时间内，产品的失效率迅速上升；从物理意义上理解，到了后期，产品经过长时间的工作、磨损、老化，慢慢接近寿命终点，随着时间的增加（Tmax以内），到达寿命终点的产品越来越多，失效率也就随之上升；知道了，就可以找到产品连续工作 t。t，此时已经失效的概率为F(t)1-R(t)1e-了t时间后、还正常的概率为R

13、(t)=e-t是一个经验公式，一般电子产品的寿命服从这一指数分布，其它分布下文再叙；R(t)=e-质量管理基础知识-第二部分 可靠性知识第二节 可靠性测试可靠性测试应该在可靠性设计之后，但目前我国的可靠性工作主要还是在测试阶段，这里将测试放在前面（目前大部分公司都会忽略最初的可靠性设计，比如我们公司，设计的时候，从来都没有考虑过可靠性，开发部的兄弟们不要拿砖头仍我这是实话，只有在测试出现失效后才开始考虑设计上的更改）。为了测得产品的可靠度（也就是为了测出产品的MTBF），我们需要拿出一定的样品，做较长时间的运行测试，找出每个样品的失效时间，根据第一节的公式计算出MTBF，当然样品数量越多，测试

14、结果就越准确。但是，这样的理想测试实际上是不可能的，因为对这种测试而言，要等到最后一个样品出现故障需要的测试时间长得无法想象，要所有样品都出现故障需要的成本高得无法想象。为了测试可靠性，这里介绍：加速测试（也就增加应力*），使缺陷迅速显现；经过大量专家、长时间的统计，找到了一些增加应力的方法，转化成一些测试的项目。如果产品经过这些项目的测试，依然没有明显的缺陷，就说明产品的可靠性至少可以达到某一水平，经过换算可以计算出MTBF（因产品能通过这些测试，并无明显缺陷出现，说明未达到产品的极限能力，所以此时对应的MTBF是产品的最小值）。其它计算方法见下文。（*应力：就是指外界各种环境对产品的破坏力

15、，如产品在85下工作受到的应力比在25下工作受到的应力大；在高应力下工作，产品失效的可能性就大大增加了）；一、环境测试产品在使用过程中，有不同的使用环境（有些安装在室外、有些随身携带、有些装有船上等等），会受到不同环境的应力（有些受到风吹雨湿、有些受到振动与跌落、有些受到盐雾蚀侵等等）；为了确认产品能在这些环境下正常工作，国标、行标都要求产品在环境方法模拟一些测试项目，这些测试项目包括：1 高温测试（高温运行、高温贮存）；2 低温测试（低温运行、低温贮存）；3 高低温交变测试（温度循环测试、热冲击测试）；4 高温高湿测试（湿热贮存、湿热循环）；5 机械振动测试（随机振动测试、扫频振动测试）；6

16、 汽车运输测试（模拟运输测试、碰撞测试）；7 机械冲击测试；8 开关电测试； 9 电源拉偏测试；10冷启动测试；11盐雾测试； 12淋雨测试；13尘砂测试； 上述环境试验的相关国家标准如下（部分试验可能没有相关国标，或者是我还没有找到）：1、低温试验 按GB/T 2423.189 电工电子产品环境试验第二部分：试验方法低温试验；GB/T 2423.2287 电工电子产品环境试验第二部分：试验方法温度变化试验方法进行低温试验及温度变化试验。 温度范围：-7010。2、高温试验按GB/T 2423.289 电工电子产品环境试验第二部分：试验方法高温试验；GB/T 2423.2287 电工电子产品环

17、境试验第二部分：试验方法温度变化试验方法进行高温试验及温度变化试验。 温度范围：102103、湿热试验按GB/T 2423.393 电工电子产品环境试验第二部分：试验方法恒定湿热试验；GB/T2423.493 电工电子产品环境试验第二部分：试验方法交变湿热试验进行恒定湿热试验及交变湿热试验。 湿度范围：30%RH100%RH4、霉菌试验按GB/T 2423.1690 电工电子产品环境试验第二部分：试验方法长霉试验进行霉菌试验。5、盐雾试验按GB/T 2423.1793 电工电子产品环境试验第二部分：试验方法盐雾试验进行盐雾试验。6、低气压试验按GB/T 2423.2192 电工电子产品环境试验

18、第二部分：试验方法低气压试验；GB/T2423.2592 电工电子产品环境试验第二部分：试验方法低温/低气压试验；GB/T2423.2692 电工电子产品环境试验 第二部分：试验方法高温/低气压试验；进行低气压试验，高、低温/低气压试验。试验范围：-701000760mmHg 20%95%RH。7、振动试验按GB/T 2423.1095 电工电子产品环境试验第二部分：试验方法振动试验进行振动试验。 频率范围（机械振动台）：560Hz（定频振动580Hz），最大位移振幅3.5mm（满载）。频率范围（电磁振动台）：53000Hz，最大位移25mmP-P。8、冲击试验按GB/T 2423.595 电

19、工电子产品环境试验第二部分：试验方法冲击试验进行冲击试验。冲击加速度范围：（501500）m/s2。 9、碰撞试验按GB/T 2423.695 电工电子产品环境试验第二部分：试验方法碰撞试验进行碰撞试验。10、跌落试验按GB/T 2423.795 电工电子产品环境试验第二部分：试验方法倾跌与翻到试验；GB/T2423.895 电工电子产品环境试验第二部分：试验方法自由跌落试验进行跌落试验。 说明：上面13项比较全面地概括了产品在实现使用过程中碰到的外界环境；实际测试时，因为各产品本身属性的相差较远、使用环境相差也很大，各公司可以根据产品的特点，适当选取、增加一些项目来测试（此产品对应的国/行标

20、中要求的必测试项目，当然是必须测试的）；也可以根据产品特定的使用环境与使用方法，自行设计一些新测试项目，以验证产品是否能长期工作。测试条件：不同的产品测试条件不一样；就拿高温测试来说，有些产品要求做高温贮存测试，有些要求做高温运行测试，有些产品的高温用85做测试，有些产品的高温是用65做测试。但是，宗旨只有一个，那就是至少满足国/行标。要测试一种产品的可靠性，找到这种产品的国/行标是必需的，按照国/行标的要求和指引找出必须的测试项目与各项目的测试方法，从而进行环境测试；同一种产品，在不同的阶段，测试条件也不一样；一般而言，产品会经过研发、小批量试产、批量生产三个不同的阶段。在研发阶段，测试条件

21、最严（应力最大）、测试延续的时候最短；小批量试产阶段，测试应力适中、测试时间适中；批量生产阶段，测试应力最小、测试时间较短；三个阶段的主要差别见下表：阶段 实验目的 实验特点 实验要求研发 发现设计缺陷，扩大设计余量 高应力、短时间 无故障中试 考察产品是否达到基本的可靠性水平 中应力、中长时间 无明显故障批量生产 生产工艺条件的稳定性 低应力、短时间 有条件的允许故障发生鉴定 鉴定产品的可靠性、计算产品的MTBF 低应力、长时间 无特别要求加速环境试验技术传统的环境试验是基于真实环境模拟的试验方法，称为环境模拟试验。这种试验方法的特点是：模拟真实环境，加上设计裕度，确保试验过关。其缺陷在于试

22、验的效率不高，并且试验的资源耗费巨大。 加速环境试验AET(Accelerated Environmental Testing)是一项新兴的可靠性试验技术。该技术突破了传统可靠性试验的技术思路，将激发的试验机制引入到可靠性试验，可以大大缩短试验时间，提高试验效率，降低试验耗损。加速环境试验技术领域的研究与应用推广对可靠性工程的发展具有重要的现实意义。加速环境试验 激发试验(Stimulation)通过施加激发应力、环境快速检测来清除产品的潜在缺陷。试验所施加的应力并不模拟真实环境，而以提高激发效率为目标。 加速环境试验是一种激发试验，它通过强化的应力环境来进行可靠性试验。加速环境试验的加速水平

23、通常用加速因子来表示。加速因子定义为设备在自然服役环境下的寿命与在加速环境下的寿命之比。 施加的应力可以是温度、振动、压力和湿度(即所谓“四综合”)及其他应力，应力的组合亦是有些场合更为有效的激发方式。高温变率的温度循环和宽带随机振动是公认最有效的激发应力形式。加速环境试验有2种基本类型：加速寿命试验(Accelerated Life Testing)、可靠性强化试验(Reliability Enhancement Testing)。 可靠性强化试验(RET)用以暴露与产品设计有关的早期失效故障，但同时，也用于确定产品在有效寿命期内抗随机故障的强度。加速寿命试验的目的是找出产品是如何发生、何时

24、发生、为何发生磨耗失效的。下面分别对2种基本类型进行简单阐述。 1、 加速寿命试验(ALT) 加速寿命试验只对元器件、材料和工艺方法进行，用于确定元器件、材料及生产工艺的寿命。其目的不是暴露缺陷，而是识别及量化在使用寿命末期导致产品损耗的失效及其失效机理。有时产品的寿命很长，为了给出产品的寿命期，加速寿命试验必须进行足够长的时间。 加速寿命试验是基于如下假设：即受试品在短时间、高应力作用下表现出的特性与产品在长时间、低应力作用下表现出来的特性是一致的。为了缩短试验时间，采用加速应力，即所谓高加速寿命试验(HALT)。 加速寿命试验提供了产品预期磨损机理的有价值数据，这在当今的市场上是很关键的，

25、因为越来越多的消费者对其购买的产品提出了使用寿命要求。估计使用寿命仅仅是加速寿命试验的用处之一。它能使设计者和生产者对产品有更全面的了解，识别出关键的元器件、材料和工艺，并根据需要进行改进及控制。另外试验得出的数据使生产厂商和消费者对产品有充分的信心。加速寿命试验的对象是抽样产品。 2、可靠性强化试验(RET) 可靠性强化试验有许多名称和形式，如步进应力试验、应力寿命试验(STRIEF)、高加速寿命试验(HALT)等。RET的目的是通过系统地施加逐渐增大的环境应力和工作应力，来激发故障和暴露设计中的薄弱环节，从而评价产品设计的可靠性。因此，RET应该在产品设计和发展周期中最初的阶段实施，以便于

26、修改设计。 国外可靠性的有关研究人员在80年代初就注意到由于设计潜在缺陷的残留量较大，给可靠性的提高提供了可观的空间，另外价格和研制周期问题也是当今市场竞争的焦点。研究证明，RET不失为解决这个问题的最好方法之一。它获得的可靠性比传统的方法高得多，更为重要的是，它在短时间内就可获得早期可靠性，无须像传统方法那样需要长时间的可靠性增长(TAAF)，从而降低了成本。 RET的目的是要引起失效，因此它是破坏性试验，试样数量尽可能少。进行RET的理想时间是在设计周期的末期，此时设计、材料、元器件和工艺等都准备就绪，而生产尚未开始。通常RET的做法是施加预定的环境应力和工作应力(单独加、顺序加或同时加)

27、，从小量级开始，然后逐步增加直到出现以下3种情况： 全部试样失效； 应力值大大超出服役期望值； 出现非相关失效。（非相关失效是指服役中不可能出现的失效模式）可靠性强化试验也是针对少量抽样产品进行的。3、其它类型加速环境试验可靠性试验还包括可靠性统计试验，即可靠性鉴定试验和可靠性验收试验。基于加速环境的可靠性统计试验(即加速可靠性鉴定试验和加速可靠性验收试验)是加速环境试验亟待解决的一个问题。该问题的核心是通过高量级的加速环境试验数据去评估试样在低量级的服役环境中的可靠性水平。在产品的全寿命周期管理中，它们的功能在一定条件下可以由前述2种加速环境试验来实现。4、加速环境试验在产品全寿命周期管理中

28、的应用 在产品的设计、研制、生产和使用直至寿命末期整个寿命周期内，其可靠性的设计、改进、评估都离不开环境试验手段，而加速环境试验在产品的设计、研制和生产中是实现产品的可靠性增长和确定、评估产品可靠性水平的重要手段。根据市场需求和用户的要求确定产品之后，就可初步设计好产品雏形。此时一般需要对元器件和原材料进行选择，选择代表试样进行加速寿命试验，从而确定所选择的元器件和原材料。产品设计完成并制造试样后就可以进行可靠性强化试验(RET)，以实现可靠性增长。这将是一个逐步清除设计上的薄弱环节的过程，同时，可以对材料和工艺方法进行加速寿命试验，为产品的正式生产奠定基础。这是一个反复的过程，即是一个试验分

29、析改进试验的循环过程。为了确定产品的有效寿命，需要对产品的抽样进行加速寿命试验(ALT或HALT)，同时加速寿命试验还将为ESS提供必要的有关产品的数据。在清除了设计上的缺陷及薄弱环节之后，产品可以正式批量生产。环境应力筛选方案可以根据ALT(或HALT)确定的极限来确定。以最为有效的温度循环和宽带随机振动为例，两端的温度应该比工作极限约低20%，用在生产中的ESS振动量级应该约为振动破坏极限的50%。在确定了试验剖面后，便应该对几个(一般至少3个)试样进行筛选方案的验证(POS)，以证实筛选既不造成缺陷，又不消耗掉很多有效寿命。 通过筛选的产品可以出厂，没有通过筛选的产品在经过纠正后同样可以

30、出厂，因为筛选并没有过多地降低产品的有效寿命，只是检测到了在制造过程中引入的缺陷。 应该指出的是，何时进行何种试验并没有严格的界线，如环境应力筛选可能会在可靠性强化试验中进行，不过此时所进行的环境应力筛选目的是对试样进行筛选、老炼、排除产品试样的早期故障，使其故障率趋于稳定，而不让早期故障在可靠性强化试验中暴露，造成不必要的浪费。另外，并不是所有的加速环境试验都是必需的，如可靠性强化试验所提供的信息，在承制方及订购方的共同认可下，是可以完成加速可靠性鉴定试验的功能的，而环境应力筛选(或高加速应力筛选)亦能实现加速可靠性验收试验的要求。 产品在使用过程中所获得的数据对于产品的可靠性增长也是相当有

31、用的。同样的产品在不同的环境条件下使用，可能会表现为不同的可靠性量值，故产品的可靠性必须在真实的使用环境中或者在模拟的真实环境条件下验证，才能获得准确的可靠性数据。因此，应该重视在使用中反馈的信息，与以前的试验进行分析比较，对于改进试验方法、进一步提高产品的可靠性都有重要的意义。 总之，可靠性管理是贯穿于产品全寿命周期的一项工程，也是增强产品的市场竞争力的保证。 加速环境试验已应用于通讯、电子、电脑、能源、汽车等工业部门，并且在航空、航天、军工方面的应用也得到了迅速的发展。据报道，惠普、福特、波音等国际知名企业已相继采用可靠性强化试验技术进行新产品研制的可靠性增长试验，并由此获得高可靠性，缩短产品研制周期，取得了明显的经济效益。我国有关研究机构也对此进行了研究，加速环境试验将成为可靠性试验的补充和发展。环境测试一般偏重于产品对外部条件适应能力的测试，如温度，湿度，电磁环境等。而其本身的工作