章  可靠性概論

國(guó)民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量提出了越來(lái)越高的要求，不僅要求電子產(chǎn)品具有良好的技術(shù)性能，而且希望它能作到"高可靠、長(zhǎng)壽命"。所謂產(chǎn)品的可靠性，就是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。由于人們希望對(duì)產(chǎn)品的可靠性從定性的認(rèn)識(shí)上升到定量的認(rèn)識(shí)，因而便提出了失效率、平均工作時(shí)間、可靠度、維修度、有效度等可靠性指標(biāo)。可靠性指標(biāo)是衡量產(chǎn)品質(zhì)量的重要內(nèi)容之一。怎樣評(píng)價(jià)產(chǎn)品的可靠性？產(chǎn)品可靠性水平不高的原因是什么？如何分析并提高產(chǎn)品的可靠性？這一系列的問(wèn)題，就構(gòu)成了可靠性這一學(xué)科的主要內(nèi)容。

可靠性的基本概念和理論

a．可靠性的定義

•產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力

•產(chǎn)品的主要性能參數(shù)在規(guī)定條件下隨時(shí)間變化的穩(wěn)定程度

•產(chǎn)品所能適應(yīng)的環(huán)境應(yīng)力范圍

•產(chǎn)品的壽命、失效率或質(zhì)量等級(jí)

•必須消除或控制產(chǎn)品的失效模式

b．可靠性發(fā)展的歷史

國(guó)外

40年代重視可靠性，50年代調(diào)查分析、統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)，60年代失效分析，70年代可靠性工程

國(guó)內(nèi):

60年代提出可靠性問(wèn)題 、70年代開(kāi)展可靠性研究（七專生產(chǎn)線、民用彩電可靠性）80年代以后可靠性保證、管理、系統(tǒng)工程

可靠性是戰(zhàn)爭(zhēng)的產(chǎn)物；是產(chǎn)品的重要指標(biāo)；是企業(yè)的命脈

c．可靠性概念

可靠性相關(guān)因素：工作和環(huán)境條件、規(guī)定時(shí)間 、規(guī)定功能（失效判據(jù)）

產(chǎn)品的失效分類

產(chǎn)品的失效可以分為：

a．致命失效、漂移性失效、間歇失效等。

B．早期失效、偶然失效和耗損失效

    致命失效是指產(chǎn)品失去規(guī)定功能能力的一類失效。

漂移性失效是指產(chǎn)品的一個(gè)或幾個(gè)參數(shù)超過(guò)規(guī)定值所引起的一類失效，如半導(dǎo)體器件的電流增益、反向漏電流的漂移超過(guò)所規(guī)定的數(shù)值，電阻器的阻值，電容器的容量、損耗角正切、絕緣電阻發(fā)生漂移引起的失效等。

間歇失效是指產(chǎn)品在使用或試驗(yàn)過(guò)程中呈現(xiàn)時(shí)好時(shí)壞一類的失效。（管殼內(nèi)混有可動(dòng)導(dǎo)電微粒，造成振動(dòng)引起的瞬時(shí)短路）

獨(dú)立失效系指和系統(tǒng)中其他失效不相關(guān)的失效。從屬失效系指因系統(tǒng)中某一部件失效而引起的相關(guān)失效。

早期失效往往是由于產(chǎn)品存在有先天不足的缺陷所造成的。

對(duì)于可修復(fù)的產(chǎn)品而言，兩次故障之間的時(shí)間間隔稱為該產(chǎn)品的壽命。

d．可靠性指標(biāo)

可靠度  R(t):產(chǎn)品在規(guī)定條件下使用時(shí)間t后，還能完成規(guī)定功能的概率

隨機(jī)事件、概率

R(t)=p     (T>t)

R(t)=[N-n(t)]/N

N為總數(shù)、足夠大、n(t)t時(shí)刻的失效數(shù)

累計(jì)失效概率（壽命分布函數(shù)）F(t)：產(chǎn)品在規(guī)定條件下工作到時(shí)間t的失效概率

F(t)=Q    (T<t)

F(t)=n(t)/n    N為總數(shù)、足夠大、n(t):t時(shí)刻的失效數(shù)

F(t)+R(t)=1

失效概率密度函數(shù)f(t)：產(chǎn)品在t時(shí)刻的單位時(shí)間內(nèi)的失效概率

f(t)=dF(t)/dt

失效率   λ（t）＝f(t)/R(t)

  浴盆曲線

  失效率單位   1 Fit=1*10^-9/小時(shí)    

e．壽命特征•在明確一

在明確一批產(chǎn)品的失效率λ((t)特征后，可得到表征壽命的特征量：

平均壽命(MTBF)

可靠壽命：R(t)=r所經(jīng)歷的工作時(shí)間

中位壽命：R(t)=0.5所經(jīng)歷的工作時(shí)間

特征壽命:   R(t)=1/e所經(jīng)歷的工作時(shí)間

f．常見(jiàn)的分布函數(shù)

指數(shù)分布：偶然失效期的特征，失效率為常數(shù)

正態(tài)分布：眾多隨機(jī)因素的綜合影響表現(xiàn)為疊加或均勻耗損期的特征，

對(duì)數(shù)正態(tài)分布：眾多隨機(jī)因素的綜合影響表現(xiàn)為連乘，半導(dǎo)體器件多符合

威布爾分布：凡由于局部失效而導(dǎo)致整體失效的模型

1.1可靠性工作的特點(diǎn)

可靠性工作有其自身的特點(diǎn)，產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)與產(chǎn)品技術(shù)性能有著極為密切的聯(lián)系。產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)，可以針對(duì)某些單項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)而言，也可以針對(duì)許多技術(shù)性能指標(biāo)的綜合而言。產(chǎn)品的可靠性，不但有與設(shè)計(jì)和生產(chǎn)有關(guān)的所謂“固有可靠性”，而且有與使用條件有關(guān)的所謂“使用可靠性”。有人將“可靠性”稱為“質(zhì)量的時(shí)間指標(biāo)”。因此，時(shí)間應(yīng)力對(duì)于產(chǎn)品可靠性的影響是不可忽視的。

產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)與產(chǎn)品的技術(shù)性能指標(biāo)之間還有一個(gè)很重要的區(qū)別。那就是產(chǎn)品的技術(shù)性能指標(biāo)可以通過(guò)儀器的直接測(cè)量，用靈敏度、選擇性、不失真功率、圖象明亮度、清晰度、保真度來(lái)表示。而產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)是一個(gè)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，只有在進(jìn)行可靠性試驗(yàn)、分析及調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，才能對(duì)產(chǎn)品的可靠度、失效率、有效度以及壽命特征進(jìn)行正確的統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)。

可靠性指標(biāo)的綜合性決定了可靠性工作內(nèi)容的廣泛性；可靠性指標(biāo)的時(shí)間性及統(tǒng)計(jì)性決定了可靠性評(píng)價(jià)和分析方法的特殊性。影響產(chǎn)品可靠性的因素是多方面的，既有原材料和元器件方面的因素，也有設(shè)備及系統(tǒng)工程方面的因素；既與設(shè)計(jì)生產(chǎn)技術(shù)有關(guān)，也與科學(xué)管理水平有關(guān)?？煽啃怨ぷ骶哂锌蒲泻凸芾黼p重性，可靠性管理和可靠性技術(shù)是可靠性工作中兩個(gè)的環(huán)節(jié)。

1.2可靠性工作的技術(shù)內(nèi)容

可靠性技術(shù)是研究如何評(píng)價(jià)、分析和提高產(chǎn)品可靠性的一門綜合性的學(xué)科?？煽啃约夹g(shù)與數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、管理科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、人機(jī)工程、系統(tǒng)工程以及電子技術(shù)各專業(yè)學(xué)科密切相關(guān)并相互滲透。研究產(chǎn)品可靠性的數(shù)學(xué)工具是概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)；暴露產(chǎn)品薄弱環(huán)節(jié)的重要手段是進(jìn)行環(huán)境與壽命試驗(yàn)；評(píng)價(jià)產(chǎn)品可靠性的重要方法是收集可靠性信息并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析；分析產(chǎn)品失效機(jī)理的重要基礎(chǔ)是失效物理學(xué)；提高產(chǎn)品可靠性的重要途徑是加強(qiáng)可靠性管理、制定可靠性計(jì)劃、研究可靠性理論，暴露并分析產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)、進(jìn)行信息反饋、應(yīng)用可靠性技術(shù)、開(kāi)展可靠性設(shè)計(jì)和可靠性評(píng)審。

可靠性技術(shù)包括可靠性系統(tǒng)分析、可靠性設(shè)計(jì)、可靠性生產(chǎn)、可靠性維護(hù)、可靠性試驗(yàn)、可靠性失效分析以及可靠性數(shù)據(jù)收集處理和交換技術(shù)等等。

1.3可靠性試驗(yàn)的意義

可靠性試驗(yàn)是為評(píng)價(jià)分析產(chǎn)品可靠性而進(jìn)行的試驗(yàn)。通過(guò)可靠性試驗(yàn)可以確定產(chǎn)品在各種環(huán)境條件下工作或貯存時(shí)的可靠性特征量，為設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用提供有用的信息。通過(guò)試驗(yàn)也能充分暴露產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、原材料、工藝等方面存在的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)失效分析進(jìn)而找出改進(jìn)的措施。在這樣一個(gè)“發(fā)現(xiàn)－分析－糾正”的循環(huán)中，不斷地提高產(chǎn)品的可靠性。由此可見(jiàn)，開(kāi)展可靠性試驗(yàn)和進(jìn)行失效分析是生產(chǎn)高可靠產(chǎn)品的重要環(huán)節(jié)。

可靠性試驗(yàn)的目的是:

(a) 發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、材料和工藝方面的各種缺陷。（摸底）

(b) 為改善產(chǎn)品完好性、減少維修費(fèi)用及保障費(fèi)用提供信息（鑒定）。

(c) 確認(rèn)是否符合可靠性定量要求。（驗(yàn)收）

(d) 評(píng)價(jià)產(chǎn)品的使用壽命。

    因此，不要認(rèn)為可靠性試驗(yàn)只是為了對(duì)產(chǎn)品作出接收、拒收或合格、不合格的結(jié)論，另一個(gè)重要的作用是通過(guò)可靠性試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的存在的問(wèn)題，采取有效的措施予以糾正，從而提高產(chǎn)品的可靠性。  

可靠性與費(fèi)用的關(guān)系

一般來(lái)說(shuō)，可靠性試驗(yàn)的費(fèi)用較高。但如上所述，有效的可靠性試驗(yàn)可成十倍地提高初始樣機(jī)的可靠性，因此從費(fèi)效比來(lái)權(quán)衡，還是值得的。當(dāng)然，這并不排斥要充份利用其他試驗(yàn)的信息、或與其他試驗(yàn)結(jié)合起來(lái)節(jié)省費(fèi)用?？煽啃怨ぷ鞯慕?jīng)濟(jì)效益對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行可靠性投資可以提高產(chǎn)品的良品率，延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用壽命，減少產(chǎn)品的維修費(fèi)用，降低產(chǎn)品的備份數(shù)量，擴(kuò)大銷售 額，縮短研究周期，從而在產(chǎn)品的整個(gè)使用壽命周期內(nèi)，將會(huì)節(jié)省和回收更多的資金。對(duì)產(chǎn)品的可靠性要求越高，其投資費(fèi)用也就越大，而維修費(fèi)用就會(huì)越低。