质量专业理论与实务讲义第54讲

标准化、互换性与模块化设计
(3)标准化、互换性与模块化设计。

标准化设计是近代产品设计的特点，设计时尽量采用标准件有利于零部件的供应储备和调剂，使产品的维修更为简便。

互换性设计指同种产品之间在实体上，功能上能够彼此互相替换的性能。

互换性设计可简化维修作业和节约备品费用，提高产品的维修性。

模块化设计是实现部件互换通用、快速更换修理的有效途径。

模块是指从产品中单独分离出来，具有相对独立功能的结构整体。

先进的硬件设计的模块化系数达70％-80％以上，先进的软件设计的模块化系数达50％以上。

(4)防差错及识别标志设计。

防差错设计就是要保证在结构上只允许装对了才能装得上，装错了或者装反了就装不上，或者发生差错时就能立即发现并纠正。

识别标志设计就是在维修的零部件、备品、专用工具、测试器材等上面做出识别，以便于区别辨认，防止混乱，避免因差错而发生事故，同时也可以提高工效。

(5)维修安全性设计。

维修安全性设计是指能避免维修人员伤亡或产品损坏的一种设计。

例如，在可能发生危险的部件上，应提供醒目的标记、警告灯、声响警告等辅助预防手段。

对盛装高压气体、弹簧、带有高电压等储有很大能量且维修时需要拆卸的装置，应设有备用释放能量的结构和安全可靠的拆装设备、工具，以保证拆装安全。

同时在维修性设计时应考虑防机械损伤、防电击、防火、防爆和防毒等，以保证维修人员的安全。

(6)故障检测设计。

产品故障检测诊断是否准确快速、简便对维修有重大影响。

因此在设计时应充分考虑测试方式、检测设备、测试点配置等一系列问题，以此来提高故障的定位的速度。

(7)维修中的人素工程设计。

维修中的人的因素工程(简称人素工程)是研究在维修中人的各种因素，包括生理因素，心理因素和人体的几何尺寸与产品的关系，以提高维修工作效率，减轻维修人员疲劳等方面的问题。

第三节可靠性试验
第三节可靠性试验
可靠性试验是对产品的可靠性进行调查、分析和评价的一种手段。

目的是通过对产品的可靠性试验发现产品设计、元器件、零部件、原材料和工艺方面的缺陷，以便采取有效的纠正措施，使产品可靠性增长。

可靠性试验可以是实验室的试验，也可以是现场试验。

现场试验是产品在典型使用现场所进行的一种试验，因此，必须记录现场的环境条件、维修、以及测量等各种因素的影响。

实验室试验是在规定的受控条件下的试验。

它可以模拟现场条件，也可以不模拟现场条件。

产品在不同的环境下使用就会得出不同的可靠性，但是也不可能针对每种情况分别建立起实验与使用现场之间的直接关系。

在一般情况下，实验室可靠性试验应该以各种已知方式与产品的实际使用条件建立起相互关系，从而确定典型的试验剖面或试验条件。

可靠性试验一般可分为工程试验和统计试验。

工程试验包括环境应力筛选试验和可靠性增长试验；统计试验包括可靠性鉴定试验、可靠性测定试验和可靠性验收试验。

一、环境应力筛选试验
环境应力筛选试验是通过在产品上施加一定的环境应力，以剔除由不良元器件、零部件或工艺缺陷引起的产品早期故障的一种工序或方法。

这种早期故障通常用常规的方法和目视检查等是无法发现的。

环境应力不必准确模拟真实的环境条件，但不应超过产品设计能耐受的极限，其大小应根据产品总体要求确定。

对电子产品施加的环境应力最有效的是随机振动和温度循环应力。

不论是产品开发阶段，还是批生产阶段早期，环境应力筛选在元器件、组件、部件等产品层次上都应100%的进行。

在批生产阶段后期，对组件级以上的产品可根据其质量稳定情况抽样进行。

环境应力筛选试验不能提高产品的固有可靠性，但通过改进设计和工艺等可以提高产品的可靠性水平。

例1．在批生产阶段的早期，环境应力筛选应()。

A．100％进行
B．抽样进行
C．视产品质量情况具体决定试验样本量
D．条件不具备可部分进行
答案：A
二、可靠性增长试验
可靠性增长试验是一个在规定的环境应力下，为暴露产品薄弱环节，并证明改进措施能防止薄弱环节再现而进行的试验。

规定的环境应力可以是产品工作的实际环境应力、模拟环境应力或加速变化的环境应力。

可靠性增长试验是通过发现故障、分析和纠正故障、以及对纠正措施的有效性而进行验证以提高产品可靠性水平的过程。

一般称为试验——分析——改进。

增长试验包含对产品性能的监测、故障检测、故障分析及其以减少故障再现的设计改进措施的检验。

试验本身并不能提高产品的可靠性，只有采取了有效的纠正措施来防止产品在现场工作期间出现重复的故障之后，产品的可靠性才能真正提高。

产品开发和生产过程中都应促进自身的可靠性增长。

预期的增长应表现在各开发阶段和生产过程中都有相应的增长目标值。

因此，应制定一个完整的可靠性增长计划，计划应包括对产品开发增长的计划曲线。

增长计划曲线的制定主要应根据同类产品预计过程中所得的数据，通过分析以便确定可靠性增长试验的时间，并且使用监测试验过程的方法对增长计划进行管理。

三、加速寿命试验
随着科学技术的发展、高可靠长寿命的产品愈来愈多，许多电子元器件在正常的工作条件下其寿命可达数百万小时以上。

这种情况在工作条件下进行寿命试验已变得不现实，因此，在不改变产品的失效机理的条件下，通过提高工作环境的应力水平来加速产品的失效，尽快地暴露产品设计过程中的缺陷，发现故障模式，称这种超过正常应力水平下的寿命试验为加速寿命试验。

加速寿命试验有如下三种常见的试验类型。

(1)恒定应力加速寿命试验。

在恒定应力加速寿命试验中，根据产品的失效机理选定一组逐渐升高的应力水平，它们都高于正常应力水平，在每个应力水平上投入一定量的受试样品进行寿命试验，直到每个应力水平均有一定数量的样品出现失效为止。

(2)步进应力加速寿命试验。

先选定一组高于正常应力水平的加速应力水平，将受试样品在选定加速应力水平下由低向高逐渐提高应力水平，在每个水平上进行规定时间长度的寿命试验。

这里规定时间长度一般视试验进行情况而定，一般原则是要在不同的
加速应力水平上有一定量的累积失效样品。

(3)序进应力加速寿命试验。

序进应力加速寿命试验与步进应力加速寿命试验原理基本相
同，只是应力的改变是随时间连续变化的而非跳跃式增加。

可靠性测定试验
寿命服从指数分布的定时截尾可靠性鉴定试验有标准的试验方案。

当受试的产品累积试验时间达到方案规定的时间T*时即停止试验，把试验中出现的故障数γ与方案中的判别标准相比，当故障数大于或等于拒收数Re时即做出拒收判断，若小于拒收数Re时即做出接收判断。

常用的定时截尾试验方案见教材表5.3-1。

表中的θ0、θ1、d、α、β均为统计试验的一些基本参数，它们的具体含义为：θ0——MTBF检验的上限值。

它是可以接收的MTBF值。

当试验产品的MTBF
真值接近θ0时，指数分布标准型试验方案，以高概率接收该产品。

θ1——MTBF检验的下限值。

当试验产品的的MTBF真值接近θ1时，指数分布标准型试验方案，以高概率拒收该产品。

d——鉴别比。

对指数分布试验方案：d=θ0／θ1
α——生产方风险。

当产品MTBF的真值等于θ0时，产品被拒收的概率。

也叫第一类错误。

这是由抽样引起的。

如本来该批产品的MTBF已达到θ0，但由于仅抽样部分产品做试验，刚好抽到样品的MTBF值较小，而使整批合格产品被判为不合格而拒收，致使生产方受到损失。

β——使用方风险。

当产品MTBF的真值等θ1时，产品被接收的概率。

也叫第二类错误。

同样是由于抽样造成的。

由表中还可以看出风险越高，试验的时间越短，反之亦然。

如果要在试验时间比较短的情况下做出接收或拒收判断，而生产方和使用方都愿意承担比较高的风险，此时就可以采用高风险试验方案，α=β=30％。

方案11的鉴别比d=2，试验时间为3.7θ1，拒收判据为故障数大于或等于3次。

而方案12的鉴别比d=3，试验时间为1.1θ1，拒收判据为故障数大于或等于1次。

由此可见，同样风险的情况下，鉴别比越小，试验时间越长。

这类试验只要求累计试验时间，投入试验的产品数可视情况自定。

一般抽2～3个以上产品，以便核对故障率的一致性。

例2．可靠性鉴定试验是一种()试验。

A．工程试验
B．性能试验
C.统计试验
D．环境试验
答案：C
六、可靠性验收试验
用已交付或可交付的产品在规定条件下所做的试验，以验证产品的可靠性不随生产期间工艺、工装、工作流程、零部件质量的变化而降低，其目的是确定产品是否符合规定的可靠性要求。

验收试验也是一种统计试验，可采用序贯试验方案、定时或定数截尾试验方案。

验收试验所采用的试验条件要与可靠性鉴定试验中使用的综合环境相同。

所用的试验样品要能代表生产批，同时应定义批量的大小。

所有抽样的产品应通过产品技术规范中规定的试验和预处理。

在可靠性试验开始前，应进行详细的性能测试，验证可接受的性能基准并在标准的环境条件下进行，以便获取重现的结果。

例3．可靠性试验一般分为工程试验和统计试验，下述属于工程试验的是()。

A．环境应力筛选试验
B．可靠性鉴定试验
C．产品性能试验
D．可靠性验收试验
E．可靠性增长试验
答案：A、E。