可靠性基础培训

加速寿命测试
温度加速试验之加速因子计算
假設產品在正常操作狀態之壽命及溫度分別為ηn 及Tn;加速壽命試驗狀態之壽命及溫度分別為ηa及Ta， 加速因子(Aη)為
A
E11
( )( )
e n
K Tn Ta
a
a. 知道兩種試驗條件下的溫度(Ta&Tn),，即可獲知加速試驗之加速因子
b. K为常数 8.623X10的负5次方
R(100天) = Pr ( T100天)=90%
可靠性概述
广义的可靠性试验包含性能试验、 环境试验、寿命试验(亦即狭义之可靠 性试验)。
可靠性概述
性能试验﹕即符合性试验，检验产品的 性能功能的实现（固定时间和使用条件两项要素﹐而且是在标
准的环境条件﹐寻求物品性能的能力范围与变化情形）
环境试验﹕检验产品对各种环境应力 （机械 气候 电应力）的适应性，快速 暴露产品缺陷，是可靠性试验的主要技 术方法（固定时间与性能﹐而寻求环境条件对物品之影响）
环境试验和加速应力能快速暴露产品缺 陷，是可靠性试验的主要技术方法
环境试验概述
环境试验顺序
电子电工产品环境试验方法很多，会存在一个试验 先后顺序的问题. 就是指同一台产品进行二种和二种 以上的单因素模拟试验时，应先进行什么试验，后进行 什么试验有时如果试验顺序不当会直接导致试验结果不 真实.
如何来选择合理的试验顺序？
磨耗期
失效率函数(t)
产品寿命期(时间 t) 图1. 产品失效浴缸曲线
早夭期:早夭期内之失效多生产不完善，材料存在缺陷，不合
格的生产环境，质量管理未尽妥善而发生.
可用失效期:在可用期中所发生的失效多属机遇性的.
磨耗期之失效:产品或零组件经过可用期后,由于料件质量退
化（如氧化 腐蚀 老化等）失效率快速上升.
11.3403 13.3393 15.3385
寿命试验（MTBF）
加速寿命测试
一般執行壽命試驗之目的在評估產品 於既定環境下之使用壽命，耗時較久， 且須投入大量的金錢，而產品可靠度 資訊又不能即時獲得並加以改善，導 致失去許多“商機”與“競爭力”。 因此，如何在實驗室中以加速壽命試 驗(Accelerated Life Testing; ALT) 的方法，在可接受的試驗時間內評估 產品的使用壽命.
50 20.329 10.696 5.7463 3.149 1.7586 1
55 35.141 18.489 9.9331 5.4434 3.0399 1.7286
60 59.754 31.44 16.89 9.256 5.1692 2.9394
环境试验
广义的环境是指模拟产品在生产 运输和 用户使用中可能用到的各种应力如 机械 气 候 电应力等； 狭义的环境试验是指气候应 力试验，如温度 湿度等.
若是以数学的符号来表示，
R(t) = Pr ( Tt | C1, C2, … )
其中 t 是指定的工作时间(期望时间)，T是实际的出现故障时间（寿命）, Pr( ) 是指在 t 任务时间不出现故障的机率; C1, C2, … 是固定的条件
例如 一电磁炉在老化工作100天中, 产品不出现故障的机率位90%，其可靠 度表达:
該產品執行50℃加速試驗之加速因子為(設活化能E=1.0eV)
1.0
1
1
A e( 8.623105 )( 27325 27350 )
該產品在50℃之平均壽命為
=20
η50=(3000+3450+5000+6500+7850+8000+8500)/7=6043小時 故該產品正常操作下(25℃)之平均壽命為
寿命试验（MTBF）
单侧置信下限计算例题
现在公司新开发一款电磁炉,电磁炉的MTBF值设计要求为1万小时,请对 此电磁炉进行测试是否能满足要求值? (正常工作温度环境下测试）
已解知：条公件式：置L信 ,(水2k 平2 ) C=925%(22Tk;如出2现) 3次失效将停止测试计算MTBF
假设测试过程中没有出现失效X2 a (2k+2) 查表为5.9915, 代入公式
根据产品实际可能遇到的环境因素来确定试验顺序
根据对产品产生最大的环境来确定试验顺序
可靠性概述
产品功能性失效：
致命失效：指产品完全失去规定功能能力 漂移性失效：指产品的一个或几个产数超过规定值引 起的失效，漂移性失效在一些产品中是允许的。 间歇性失效: 产品在使用中或试验中出现时好时坏的 失效
产品阶段性失效:（盆曲线）
早夭期 偶然失效 磨损退化失效
可靠性概述
早夭期
有用期(偶发失效期)
η25＝6043×20=120860小時
即加速寿命=
Baidu Nhomakorabea
L ,( 2k 2 )
2
2T ( 2k
2)
* A (加速因子)
加速寿命测试
加速因子对照表
活化能=
1
25
30
35
40
45
50
25 1
30 1.9006 1
35 3.5378 1.8614 1
40 6.4558 3.3967 1.8248 1
45 11.56 6.0821 3.2675 1.7906 1
0.30
2.4079
4.8784
7.2311
9.5245
11.7807 14.0111 16.2221 18.4179
0.40
1.8326
4.0446
6.2108
8.3505
10.4732 12.5838 14.6853 16.7795
0.50
1.3863
3.3567
5.3481
7.3441
9.3418
例如某設備的輸入電壓限制為100~130V，若規劃 以200V為輸入，當然就破壞了原有的設計特性。
寿命试验（MTBF）
加速寿命测试
加速壽命試驗考慮的三個要素為「環境應力」、 「試驗樣本數」及「試驗時間」。假如產品既複 雜又昂貴，則樣本數將較少，相對的須增加試驗 時間或環境應力，以加速其試驗;反之如果產品造 價較便宜，且數量多，則欲縮短試驗時間的情況 下，可考慮增加樣本數或環境應力。
一般電子、資訊業而言，零件類的可靠度模式 及加速模式幾乎部可以從美軍規範或相關文獻查 得，甚或可自行試驗分析，獲得其數學經驗公式.
电子产品一般使用温度加速试验
加速寿命测试
加速壽命試驗，最重要的是如何掌握其加速因子 (Accelerated Factor) .
相同產品，做二種不同應力(加速)條件的試驗，其結果可得二 個不同的特徵壽命. η1設為(低應力試驗條件)及η2(為高應力條件)， 則η1/η2即為加速因子(高、低應力間相對的加速程度)，相同產品老 化程度下，兩種試驗的時間顯然不同，T1/T2值即為加速因子。
寿命试验（MTBF）
MTBF 不是一个产品使用周期, 也不是一个产品 使用周期的平均, 而是一大批产品统计特性． MTBF试验过程中样品无失效或部分失效时，采用 截尾寿命试验方法（定时截尾试验；定数截尾试验） MTBF试验的几种估计计算
a. 平均寿命的点估计值 b. 单侧置信下限估计 c. 双侧区间估计
寿命试验（MTBF）
假如我们的测试从6月1日8:00开始测试,在6月10日出 现第1次失效,经过维修后继续测试,在6月24日出 现第2次失效,经过维修后继续测试,在6月30日8:00 出现第3次失效停止测试.
请大家计算此批产品MTBF? 是否符合设计要求?
计算MTBF=2*20*30*24/ 15.5073= 1857小时 M比即万T如B实小说F际时我与测们故产障试品率MM关TTB系BFMF值为TB1为F0=010810/5λ小7时小.时并,不小是于说每设一计台要均求能1工作10000
寿命试验﹕也就常说的MTBF MTTF.(固定性能
与环境﹐寻求时间对物品的影响)
可靠性概述
MTTF (Mean Time To Failures) 平均无故障时间 MTBF （Mean Time Between Failures) 平均无故障间隔时间 ESS （Environmental Stress screening Test) 环境应力筛选 ALT (Accelerate life test) 加速寿命试验 HALT (High Accelerate life test) 高加速寿命试验 HASS (HighAccelerate Stress screening ) 高加速应力筛选
精
精美、精细、精致、精巧、精简 ….
耐
耐用、耐撞、耐磨、耐震、耐火 … 使用寿命不长 (MTBF) 保固期回收太多 (Reliability) 故障有多重分布 (Distribution)
质量与可靠性的不同
可靠度是设计出来的，可以提升产品平均寿命 质量是工艺水平，可以减少变异量
规格 •工程设计 •安全设计 •功能设计
寿命试验（MTBF）
双侧区间估计公式
单侧置信下限估计公式
Ｔ-试验时间
X2-分位数分布表
r – 失效次数 (非预期的且必需采取一定措施才能使产品 正常工作的失效模式) c-置信水平 1-c=a(显着性水平）
寿命试验（MTBF）
双侧区间定时截尾方案表
寿命试验（MTBF）
案例： 一计算机的可靠性指标为30000小时，最低可靠 性指标为20000小时，生产方和使用方的风险均为10%. 设计一个检定试验方案 解： 上限指=30000 下限值=20000风险均为10% d=30000÷20000=1.5 查表可用方案1，试验时间为： T=下限值×45=900000小时 判定标准是在900000小时内累计失效小于37次，可判 定通过
0.05
5.9915
9.4877
12.5916 15.5073 18.3070 21.0261 23.6848 26.2962
0.10
4.6052
7.7794
10.6446 13.3616 15.9872 18.5493 21.0641 23.5418
0.20
3.2189
5.9886
8.5581
11.0301 13.4420 15.8120 18.1508 20.4651
寿命试验（MTBF）
加速寿命测试
基本上，加速壽命試驗是在物理與時間上，加 速產品的劣化肇因，以較短的時間試驗，並據以推 定產品在正常使用狀態的壽命或失效率 .
加速壽命試驗之基本條件是不能破壞原有特性 要儘量選擇失效機構不變化的試驗條件，或失效機 構容易單純化的試驗條件，使加速壽命試驗結果之 適用範圍明確化.
可靠性基础培训
可靠性的发展
可靠度的作业技术是从二战后由美国开始 广为应用﹒由于美国国防部及三军对可 靠作业极为重视﹐所以各种可靠度作业 标准﹐规范或指导书相继大量制度和应 用﹐以作为美军武器系统可靠度作业管 制之依据﹒而这些标准逐渐被美国民间 工业及其它工业先进国家企业界所应 用﹒
那些方面属可靠性问题
品质 •工艺水平 •制程一致性 •首次开箱合格率
可靠性 •产命寿命 •存活机率 •市场返修率
失效率
早夭期
任务期
老化期
产命寿命
质量与可靠性的不同
下面是两个公司产品的失效比较，能不能看出什么来？
可靠性概述
定义﹕可靠性就是指产品于既定的时间内，在特定的
使用条件下，执行特定性能或功能，成功达成工作目 标的机率
10000=2T/5.9915 即T=29957.5小时 T为总的试验时间， 根据具体的情况可加大测试机器缩短测试周期 如测试机器为20台，测试周期为 299957.5/20*24=62.4天
如果在测试过程出现了一次失效, 且经过维修后继续测试. 此时根据查表X2 a (2k+2)=9.4877, T 总的测试将延长, 每一台的测试 相应延长.
c. E为 活化能系数.(一般電子產品在早天期失效之活化能約在 0.2~0.6eV之間，正常有用期失效之活化能趨近於1.0eV，而衰老期失效 之活化能將大 於1.0eV )
加速寿命测试
例:
取7件產品作50℃之加速壽命試驗，得知其失效時間分別為:3000、 3450、5000、6500、7850、8000、8500小時。若該產品正常的操作溫度 為25℃，則該產品執行50℃加速試驗之加速因子，以及正常操作下之平 均壽命可依下列方式計算之。
小时不出现故障. 假如用户每天使用2小时，一年为720小时（360天 计算），10000小时约13年. 由MTBF=1/ λ MTBF=1/13=0.076 即该产品的平均故障率为7.6%, 一年内100台产品 平均有7.6台会出现故障.
寿命试验（MTBF）
X2 分位表
0
1
2
3
4
5
6
7
0.02
7.4594 11.2395 14.5566 17.6511 20.6079 23.4687 26.2578 28.9905