可靠性工程技术
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提。
这里提到的检测一般是指系统在故障发生后的自动的检测，一般
不需要人进行操作。 在进行故障检测的时候需要结合软、硬件故障检测方法。
某些故障可能需要多次检测确认，避免进行误告警和误操作
故障定位 故障定位是指将故障定位到现场最小可更换单元的过程，是故障
维修的基础。
故障定位的目的是为了便于维修工程人员进行现场的故障维修和
工作电压 50％ 最高壳温 Tmax-20℃ 反向电压（％，最大正 2％
向额定直流电压）
工作电压 最高壳温 工作电压 最高壳温
对于固定钽电解电容器 （1）通常不允许施加反向电压。特殊情况下：25℃时不能超过最大额定电压值的15％；55℃时 不能超过10％；85℃时不能超过5％；125℃时不能超过1％。 （2）通常钽电容器应用于电源滤波电路时，工作电压至少应降额50％；当应用于非电源滤波电 路时，工作电压至少应降额70％，为限制冲击电流，串联保护电阻对降低固体钽电解电容器的失 效率至关重要，同时可防止电容器短路时对设备造成危害－－在工作电压低于30V时，串联电阻 的推荐阻值为3 欧姆/伏特，当工作电压大于30V时，串联电阻的推荐阻值为 6 欧姆/伏特。若串联 电阻影响器件的性能，则应考虑更大的电压降额； 除了接口、防护部分的去耦电容，通常的去耦电容可以满足电压降额要求，可不考虑。
元器件种类 1、考核点
元器件降额的主要应力参数
2、考核原则
元器件应力参数降额的原则
3、考核点的测试与计算
元器件降额的主要应力参数的测试或计算方法
4、填写表格
该类元器件在Checklist表格中需要填写的内容
降额是有限度的 在元器件的最佳降额范围内降额是收益最大的
在元器件最佳降额范围内，工作应力的降低对其失效率的下降有显著的改善，且设 计易于实现，不必在体积、成本等方面付出大的代价
市场进入点1
偶发失效期
市场进入点2
耗损失效 期
固有可靠 性 生产可靠 性
Y
生产阶段
用户阶段
用户阶段
t
寿命的定义 寿命一般是针对不可修系统而言 可修系统的使用寿命
课程大纲
可靠性工程概述
可靠性基本概念
可靠性预计
可靠性分析
可靠性同测试的关系 可靠性HALT试验
功能框图是最简单的一种图形描述方法。它描述了硬件单 元间的电子物理连接关系，而不是SRMA要求的逻辑关系。 它描述了数据或控制在系统中的流向，描述了各种单元彼 此间是如何相互关联的。例如，下图给出了一个通讯系统 简化的功能框图示例。
器件种类 电阻 电容 电感 接插件 集成电路 其他
器件数量 150 200 25 3 5 10
单个器件失效率（单 位：Fit） 2 2 6 50 400 100
失效率总和 300 400 150 150 2000 1000
总计
4000
MTBF=1/4000× 109 =250000小时＝28.54年 A＝250000/（250000＋1）＝99.9996% 返修率＝1/250000×8760＝3.5％
是在规定的时间内，修复性维修所造成的累积工作时间除以在同 一时间内所完成的修复维修活动总数得到的结果。 拆卸时间＋定位时间＋修理时间＋安装时间
可靠度
R（t）：
在规定的条件下，规定的时间内，完成规定功能的概率。
失效率（λ）
失效率＝1/MTBF
单位Fits 1Fits＝1×10－9 1/h
常见器件失效率（见附件）
可靠性工程概述
可靠性基本概念
可靠性预计
可靠性分析
可靠性同测试的关系 可靠性HALT试验
可用度（A-availability）：
产品在一未知时刻，需要执行任务时，处于可工作或可使用状 态的概率。
平均故障间隔时间（MTBF-mean time between failure）：
指相邻失效间隔工作时间的平均值。
超过最佳范围的更大降额，收益较小
超过最佳范围的更大降额，元器件可靠性改善的相对效益下降。而设备的体积、成 本等却会有较快的增加。
过度的降额可能会带来新的问题
有时过度的降额会使元器件的正常特性发生变化，甚至可能找不到满足产品或电路 功能要求的元器件；过度的降额还可能引入元器件新的失效机理，或导致元器件数 量不必要的增加，结果反而会使设备的可靠性下降
A B A C
可靠性分解分配
按照重要程度 按照复杂度
器件级指标预计方法
元器件计数法 （计数法）
BELLCORE(TR-332)方 法I情况1和情况2
40℃环境温度 50%电应力
快告诉我选哪 种方法
元器件有限应力法 （应力法）
BELLCORE(TR-332)方 法I情况3
所有应力 情况
可靠性指标预计开展阶段
计数法：产品早期的可靠性摸底
应力法：系统详细设计阶段的可靠性评估和验证 预计内容：MTBF、失效率、返修率、可用度
练习
系统M的器件使用情况如下表，请计算M的MTBF，A和年返修率
注：MTTR=1小时
器件种类 电阻 电容 电感 接插件 集成电路 其他
器件数量 150 200 25 3 5 10
单个器件失效率（单位：Fit） 2 2 6 50 400 100
FMEA的意义
能帮助设计者和决策者从各种方案中选择满足可靠性要求的最佳方 案； 保证所有元器件的各种故障模式及影响都经过周密考虑； 能找出对系统故障有重大影响的元器件和故障模式，并分析其影响 程度； 有助于在设计评审中对有关措施（如冗余措施）、检测设备等作客 观的评价；
FMEA的意义（续）
可用度A(Availability)
产品工作时间与总时间之比。若不考虑产品的储存时间和闲置时 间，则 ： A=MTBF/（MTBF＋MTTR）
使用可用度（含路途）、任务可用度（不含路途）
返修率
年返修率＝1/MTBF×8760
国内通信领域某高科技公司可靠性工作状况
电子产品的失效特性曲线
早期失效 期
国外可靠性发展现状 RAC 2001年美国工业界100家企业的 可靠性工程师年薪调查结果
$49,429.00 $56,367.00 $69,688.00 $34,947.00 $69,130.00 $60,899.00
质量审计员 质量工程师 质量管理者 质量技术员 可靠性工程师 软件质量工程师
课程大纲
可靠性工程基础
实用可靠性工程研讨班
课程大纲
可靠性工程概述
可靠性基本概念
可靠性预计
可靠性分析
可靠性同测试的关系 可靠性HALT试验
质量
安全性 效能
技术性能
可Fra Baidu bibliotek性 可用性
人机交互性 耐久性
可靠性
可维护性
维修保障性
为什么要做可靠性工作？
市场客户需求
自身产品需求
国外可靠性发展现状 RAC 美国工业界100家企业的可靠性工作调查结果
返修件的故障处理。
故障隔离 故障隔离一般是将故障限定到可更换单元内部的过程。故障隔离
的目标是将故障能够限定在越小的功能单元。
故障隔离是为了将故障的影响范围限制在尽可能小的范围之内。
故障是无法避免的，如何将故障产生的影响降到最低，是故障隔 离所要考虑的关键。
故障恢复 故障恢复是将系统的功能状态恢复到故障发生前状态的过程，是
排序 工作名称
1 故障分析和纠正措施 2 设计审查 3 预计 4 故障模式影响及危害性分析 (FME CA) 5 LCC寿命周期费用分析 6 对供应商的控制 7 器件控制 8 高加速应力筛选试验(HAS ) S 9 热分析 10 测试、分析和修理
开发
86 91 91 90 89 70 63 66 86 90
FMEA在可靠性工程中所处的位置：
可靠性工程
可靠性计算
可靠性分析
可靠性管理
可靠性试验
FMECA
可靠性分析方法FMEA介绍
FMEA的历史
1963年为NASA的Apollo计划设计 1976年在福特汽车公司得到进一步的应用 1986年在汽车行业强制应用 现在已经有一些质量管理系统中包含FMEA内容,有相关标准, 一些行业强制执行
硬件法：历史数据收集、标准、RELEX等工具、元器
件供应商
功能法：产品功能模块划分
严酷度 在某些系统中，最终影响的严重程度等级又称为严酷度（有时也
称为严重度，系指故障模式所产生后果的严重程度）类别。 严重程度等级（严酷度类别）定义应考虑到故障所造成的最坏的 潜在后果来确定。 严酷度的定义是FMEA的前提和基础，有了共识的严酷度才可以保
可用度、MTBF、MTTR三者之间的关系
可用度 0.999999 0.99999 0.99999 0.99999 0.9999 0.9999 0.9999 MTBF 38年 3年 1.9年 1年 138天 69天 34天 MTTR 20分钟 20分钟 10分钟 5分钟 20分钟 10分钟 5分钟
元器件降额
FMEA分析表格
编 号 器件 名称 所属 功能 单元 失 效 率 失效 模式 失效 比例 局部 影响 对功 能单 元的 影响 对系 统的 最终 影响 严 酷 度 已有 的检 测方 法 已有 的补 偿措 施 建议 改进 措施 备 注
故障处理 故障检测 故障定位
故障隔离
故障恢复
故障检测 故障检测是指明确到故障已经发生的过程，是故障处理流程的前
降额量值不应绝对化 降额是多方面因素综合分析的结果 某些情况下，超过本规范所提出的降额量值的选 择可能是合理的 对于元器件的降额，尤其是微电路、大规模集成 电路的降额，参照厂家提供的降额资料是非常有 益的。
元器件降额要求－－电容
类型 固定纸/塑料薄膜0803 穿芯电容器0808 固定陶瓷型（通用）0807 固定陶瓷型（温补）0807 固定陶瓷型（片状）0807 固定钽电解电容（片状，电 源滤波） 0802 固定铝电解电容（通用） 0801 可变电容器0809 降额参数 工作电压 最高壳温 考核原则 60％ Tmax-10℃
70％ Tmax-20℃ 60％ Tmax-10℃
课程大纲
可靠性工程概述
可靠性基本概念
可靠性预计
可靠性分析
可靠性同测试的关系 可靠性HALT试验
FMEA（故障模式影响分析） Failure Mode Effect Analysis 分析系统中每一产品所有可能产生的故障模式及其 对系统造成的所有可能影响，并按每一个故障模式的严重 程度、检测难易程度以及发生频度予以分类的一种归纳分 析方法。
B A C
可靠性方框图(RBDs)通常用于表示系统的可靠性结构。 RBDs是一种简单地表示所有可能的功能结构以及故障的单 元对系统功能影响的图形方法。可靠性框图通常由表示基 本的系统组成单元的方框组成。方框图通常都有一个起点 和一个终点。其中至少要有一条从起点到终点的路径是通 的，且没有通过一个故障的单元，系统才是正常的。以下 是最常见的基本结构(串、并联)RBD示例。
平均失效前时间（MTTF-mean time to failure） ：
表示观察到下次失效的期望的时间。
平均拆卸间隔时间（MTBR-mean time between removals)
系统寿命单位总数与从该系统上拆下的产品总次数之比。
平均修复时间（MTTR-mean time to repair）：
客户最关心的也是系统稳定运行的关键步骤。
常用的故障恢复手段有复位、冗余倒换、重发等。
故障恢复尽量需要做到自动进行，以降低对用户的影响。
证FMEA的顺利开展和问题的落实。
功能和可靠性框图
站在客户角度！
“单点故障的定义”
环境定义
风险分析
风险分析的目的是按每一故障模式的严重程度及该故障模式发生 的概率所产生的综合影响对系统中的产品划等分类，以便全面评价系 统中各种可能出现的产品故障的影响，它是一种相对定量的分析方法， 通常借助图形工具（如矩阵图）来辅助分析。 风险分析常用的方法有两种，即风险优先数（Risk Priority Number，RPN）法和危害性分析（Criticality Analysis）法 前者主要用于汽车等民用工业领域，后者主要用于航空、航天等 军用领域。在进行风险分析时可根据具体情况选择一种方法。
能为进一步定量分析提供基础； 能为进一步更改产品设计提供资料；
能为产品可测试方案提供基础材料；
能为技术支援人员提供维修指南； 为基于故障模式的测试提供依据。
FMEA的层次
信号级：对接口信号或某些特殊器件的分析 器件级：对系统内功能模块的可靠性分析 系统级：对系统的整体可靠性分析
FMEA的分析方法
这里提到的检测一般是指系统在故障发生后的自动的检测，一般
不需要人进行操作。 在进行故障检测的时候需要结合软、硬件故障检测方法。
某些故障可能需要多次检测确认，避免进行误告警和误操作
故障定位 故障定位是指将故障定位到现场最小可更换单元的过程，是故障
维修的基础。
故障定位的目的是为了便于维修工程人员进行现场的故障维修和
工作电压 50％ 最高壳温 Tmax-20℃ 反向电压（％，最大正 2％
向额定直流电压）
工作电压 最高壳温 工作电压 最高壳温
对于固定钽电解电容器 （1）通常不允许施加反向电压。特殊情况下：25℃时不能超过最大额定电压值的15％；55℃时 不能超过10％；85℃时不能超过5％；125℃时不能超过1％。 （2）通常钽电容器应用于电源滤波电路时，工作电压至少应降额50％；当应用于非电源滤波电 路时，工作电压至少应降额70％，为限制冲击电流，串联保护电阻对降低固体钽电解电容器的失 效率至关重要，同时可防止电容器短路时对设备造成危害－－在工作电压低于30V时，串联电阻 的推荐阻值为3 欧姆/伏特，当工作电压大于30V时，串联电阻的推荐阻值为 6 欧姆/伏特。若串联 电阻影响器件的性能，则应考虑更大的电压降额； 除了接口、防护部分的去耦电容，通常的去耦电容可以满足电压降额要求，可不考虑。
元器件种类 1、考核点
元器件降额的主要应力参数
2、考核原则
元器件应力参数降额的原则
3、考核点的测试与计算
元器件降额的主要应力参数的测试或计算方法
4、填写表格
该类元器件在Checklist表格中需要填写的内容
降额是有限度的 在元器件的最佳降额范围内降额是收益最大的
在元器件最佳降额范围内，工作应力的降低对其失效率的下降有显著的改善，且设 计易于实现，不必在体积、成本等方面付出大的代价
市场进入点1
偶发失效期
市场进入点2
耗损失效 期
固有可靠 性 生产可靠 性
Y
生产阶段
用户阶段
用户阶段
t
寿命的定义 寿命一般是针对不可修系统而言 可修系统的使用寿命
课程大纲
可靠性工程概述
可靠性基本概念
可靠性预计
可靠性分析
可靠性同测试的关系 可靠性HALT试验
功能框图是最简单的一种图形描述方法。它描述了硬件单 元间的电子物理连接关系，而不是SRMA要求的逻辑关系。 它描述了数据或控制在系统中的流向，描述了各种单元彼 此间是如何相互关联的。例如，下图给出了一个通讯系统 简化的功能框图示例。
器件种类 电阻 电容 电感 接插件 集成电路 其他
器件数量 150 200 25 3 5 10
单个器件失效率（单 位：Fit） 2 2 6 50 400 100
失效率总和 300 400 150 150 2000 1000
总计
4000
MTBF=1/4000× 109 =250000小时＝28.54年 A＝250000/（250000＋1）＝99.9996% 返修率＝1/250000×8760＝3.5％
是在规定的时间内，修复性维修所造成的累积工作时间除以在同 一时间内所完成的修复维修活动总数得到的结果。 拆卸时间＋定位时间＋修理时间＋安装时间
可靠度
R（t）：
在规定的条件下，规定的时间内，完成规定功能的概率。
失效率（λ）
失效率＝1/MTBF
单位Fits 1Fits＝1×10－9 1/h
常见器件失效率（见附件）
可靠性工程概述
可靠性基本概念
可靠性预计
可靠性分析
可靠性同测试的关系 可靠性HALT试验
可用度（A-availability）：
产品在一未知时刻，需要执行任务时，处于可工作或可使用状 态的概率。
平均故障间隔时间（MTBF-mean time between failure）：
指相邻失效间隔工作时间的平均值。
超过最佳范围的更大降额，收益较小
超过最佳范围的更大降额，元器件可靠性改善的相对效益下降。而设备的体积、成 本等却会有较快的增加。
过度的降额可能会带来新的问题
有时过度的降额会使元器件的正常特性发生变化，甚至可能找不到满足产品或电路 功能要求的元器件；过度的降额还可能引入元器件新的失效机理，或导致元器件数 量不必要的增加，结果反而会使设备的可靠性下降
A B A C
可靠性分解分配
按照重要程度 按照复杂度
器件级指标预计方法
元器件计数法 （计数法）
BELLCORE(TR-332)方 法I情况1和情况2
40℃环境温度 50%电应力
快告诉我选哪 种方法
元器件有限应力法 （应力法）
BELLCORE(TR-332)方 法I情况3
所有应力 情况
可靠性指标预计开展阶段
计数法：产品早期的可靠性摸底
应力法：系统详细设计阶段的可靠性评估和验证 预计内容：MTBF、失效率、返修率、可用度
练习
系统M的器件使用情况如下表，请计算M的MTBF，A和年返修率
注：MTTR=1小时
器件种类 电阻 电容 电感 接插件 集成电路 其他
器件数量 150 200 25 3 5 10
单个器件失效率（单位：Fit） 2 2 6 50 400 100
FMEA的意义
能帮助设计者和决策者从各种方案中选择满足可靠性要求的最佳方 案； 保证所有元器件的各种故障模式及影响都经过周密考虑； 能找出对系统故障有重大影响的元器件和故障模式，并分析其影响 程度； 有助于在设计评审中对有关措施（如冗余措施）、检测设备等作客 观的评价；
FMEA的意义（续）
可用度A(Availability)
产品工作时间与总时间之比。若不考虑产品的储存时间和闲置时 间，则 ： A=MTBF/（MTBF＋MTTR）
使用可用度（含路途）、任务可用度（不含路途）
返修率
年返修率＝1/MTBF×8760
国内通信领域某高科技公司可靠性工作状况
电子产品的失效特性曲线
早期失效 期
国外可靠性发展现状 RAC 2001年美国工业界100家企业的 可靠性工程师年薪调查结果
$49,429.00 $56,367.00 $69,688.00 $34,947.00 $69,130.00 $60,899.00
质量审计员 质量工程师 质量管理者 质量技术员 可靠性工程师 软件质量工程师
课程大纲
可靠性工程基础
实用可靠性工程研讨班
课程大纲
可靠性工程概述
可靠性基本概念
可靠性预计
可靠性分析
可靠性同测试的关系 可靠性HALT试验
质量
安全性 效能
技术性能
可Fra Baidu bibliotek性 可用性
人机交互性 耐久性
可靠性
可维护性
维修保障性
为什么要做可靠性工作？
市场客户需求
自身产品需求
国外可靠性发展现状 RAC 美国工业界100家企业的可靠性工作调查结果
返修件的故障处理。
故障隔离 故障隔离一般是将故障限定到可更换单元内部的过程。故障隔离
的目标是将故障能够限定在越小的功能单元。
故障隔离是为了将故障的影响范围限制在尽可能小的范围之内。
故障是无法避免的，如何将故障产生的影响降到最低，是故障隔 离所要考虑的关键。
故障恢复 故障恢复是将系统的功能状态恢复到故障发生前状态的过程，是
排序 工作名称
1 故障分析和纠正措施 2 设计审查 3 预计 4 故障模式影响及危害性分析 (FME CA) 5 LCC寿命周期费用分析 6 对供应商的控制 7 器件控制 8 高加速应力筛选试验(HAS ) S 9 热分析 10 测试、分析和修理
开发
86 91 91 90 89 70 63 66 86 90
FMEA在可靠性工程中所处的位置：
可靠性工程
可靠性计算
可靠性分析
可靠性管理
可靠性试验
FMECA
可靠性分析方法FMEA介绍
FMEA的历史
1963年为NASA的Apollo计划设计 1976年在福特汽车公司得到进一步的应用 1986年在汽车行业强制应用 现在已经有一些质量管理系统中包含FMEA内容,有相关标准, 一些行业强制执行
硬件法：历史数据收集、标准、RELEX等工具、元器
件供应商
功能法：产品功能模块划分
严酷度 在某些系统中，最终影响的严重程度等级又称为严酷度（有时也
称为严重度，系指故障模式所产生后果的严重程度）类别。 严重程度等级（严酷度类别）定义应考虑到故障所造成的最坏的 潜在后果来确定。 严酷度的定义是FMEA的前提和基础，有了共识的严酷度才可以保
可用度、MTBF、MTTR三者之间的关系
可用度 0.999999 0.99999 0.99999 0.99999 0.9999 0.9999 0.9999 MTBF 38年 3年 1.9年 1年 138天 69天 34天 MTTR 20分钟 20分钟 10分钟 5分钟 20分钟 10分钟 5分钟
元器件降额
FMEA分析表格
编 号 器件 名称 所属 功能 单元 失 效 率 失效 模式 失效 比例 局部 影响 对功 能单 元的 影响 对系 统的 最终 影响 严 酷 度 已有 的检 测方 法 已有 的补 偿措 施 建议 改进 措施 备 注
故障处理 故障检测 故障定位
故障隔离
故障恢复
故障检测 故障检测是指明确到故障已经发生的过程，是故障处理流程的前
降额量值不应绝对化 降额是多方面因素综合分析的结果 某些情况下，超过本规范所提出的降额量值的选 择可能是合理的 对于元器件的降额，尤其是微电路、大规模集成 电路的降额，参照厂家提供的降额资料是非常有 益的。
元器件降额要求－－电容
类型 固定纸/塑料薄膜0803 穿芯电容器0808 固定陶瓷型（通用）0807 固定陶瓷型（温补）0807 固定陶瓷型（片状）0807 固定钽电解电容（片状，电 源滤波） 0802 固定铝电解电容（通用） 0801 可变电容器0809 降额参数 工作电压 最高壳温 考核原则 60％ Tmax-10℃
70％ Tmax-20℃ 60％ Tmax-10℃
课程大纲
可靠性工程概述
可靠性基本概念
可靠性预计
可靠性分析
可靠性同测试的关系 可靠性HALT试验
FMEA（故障模式影响分析） Failure Mode Effect Analysis 分析系统中每一产品所有可能产生的故障模式及其 对系统造成的所有可能影响，并按每一个故障模式的严重 程度、检测难易程度以及发生频度予以分类的一种归纳分 析方法。
B A C
可靠性方框图(RBDs)通常用于表示系统的可靠性结构。 RBDs是一种简单地表示所有可能的功能结构以及故障的单 元对系统功能影响的图形方法。可靠性框图通常由表示基 本的系统组成单元的方框组成。方框图通常都有一个起点 和一个终点。其中至少要有一条从起点到终点的路径是通 的，且没有通过一个故障的单元，系统才是正常的。以下 是最常见的基本结构(串、并联)RBD示例。
平均失效前时间（MTTF-mean time to failure） ：
表示观察到下次失效的期望的时间。
平均拆卸间隔时间（MTBR-mean time between removals)
系统寿命单位总数与从该系统上拆下的产品总次数之比。
平均修复时间（MTTR-mean time to repair）：
客户最关心的也是系统稳定运行的关键步骤。
常用的故障恢复手段有复位、冗余倒换、重发等。
故障恢复尽量需要做到自动进行，以降低对用户的影响。
证FMEA的顺利开展和问题的落实。
功能和可靠性框图
站在客户角度！
“单点故障的定义”
环境定义
风险分析
风险分析的目的是按每一故障模式的严重程度及该故障模式发生 的概率所产生的综合影响对系统中的产品划等分类，以便全面评价系 统中各种可能出现的产品故障的影响，它是一种相对定量的分析方法， 通常借助图形工具（如矩阵图）来辅助分析。 风险分析常用的方法有两种，即风险优先数（Risk Priority Number，RPN）法和危害性分析（Criticality Analysis）法 前者主要用于汽车等民用工业领域，后者主要用于航空、航天等 军用领域。在进行风险分析时可根据具体情况选择一种方法。
能为进一步定量分析提供基础； 能为进一步更改产品设计提供资料；
能为产品可测试方案提供基础材料；
能为技术支援人员提供维修指南； 为基于故障模式的测试提供依据。
FMEA的层次
信号级：对接口信号或某些特殊器件的分析 器件级：对系统内功能模块的可靠性分析 系统级：对系统的整体可靠性分析
FMEA的分析方法