可靠性理论及 应用

可靠性在中国的发展
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事件： 1978年，由于消费者强烈要求，原国家工业局对电视机等 产品明确提出了可靠性、安全性要求和可靠性指标。在5 年内，使电视机平均故障时间由300小时提高到3000个小 时。 我国某企业通过运用可靠性平台，把返修率从10%降低到 世界级的0.5%。 观念： 传统质量观：单纯追求性能，出了缺陷再去改正。 当代质量观：追求产品综合性能和缺陷的预防，内涵是性 能、可靠性、维修性、安全性、经济性、及保障性。 （从原材料、设计、生产制造三个方面去控制质量）
产品寿命期失效分布的浴盆曲线示意图
可靠性试验
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试验目的通常有如下几方面： 1. 在研制阶段用以暴露试制产品各方面的缺陷，评价产 品可靠性达到预定指标的情况； 2. 生产阶段为监控生产过程提供信息； 3. 对定型产品进行可靠性鉴定或验收； 4. 暴露和分析产品在不同环境和应力条件下的失效规律 及有关的失效模式和失效机理； 5. 为改进产品可靠性，制定和改进可靠性试验方案，为 用户选用产品提供依据。
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400 350
Weighted Scale
300 250 200 150 100 50 0
ity id ck um H ho lS ca ni ha ec re M tu ra pe m Te w Lo n io at br Vi ne Si k oc Sh al m er Th ss re St al ic tr n ec io El at br Vi m do an re R tu ra pe m g Te in Te m r pe at e ur C h ig H l yc
仅仅用产品技术性能指标不能反映产品质量的全貌。 产品的质量指标是产品技术性能指标和产品可靠性指 标的综合。
可靠性指标和技术性能指标的区别？
技术性能指标是能达到质量合格的基本指标 可靠性指标决定了产品在一定时间内的使用可靠性， 一定时间内 是在满足技术性能的指标上产品所要满足的要求，往 往通过失效率来衡量，通过返修率表现出来。


可靠性的产生
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20世纪50年代，越南战争期间，美国运去的武器装备 一半左右失效。。。 1952年美国国防部成立了由军方、工业部门和学术界 成的电子设备可靠性咨询组（AGREE)。
б
Stress
HALT or HASS ESS
单一故障模式失效点
Burn-in
n
Number of Cycles (n) 图 疲劳故障S-n曲线
NБайду номын сангаас
总
结
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产品不能满足可靠性要求的五个原因： （1）研制过程早期缺乏可靠性设计 （2）不充分的较低层次试验 （3）依靠预计而不是进行工程设计分析 （4）缺乏对现成产品的工程分析 （5）缺乏对提高可靠性的鼓励
浴盆曲线
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可靠性的定义
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可靠性：无故障完成任务的能力（MTBF) 国标GB-6583规定：可靠性是指产品在规定的条件下，规 定的时间内，完成规定任务的能力。
在市场竞争日益激烈的今天，可靠性高的产品，不仅可 为企业节省开支，巩固企业的信誉和品牌知名度，而且有助 于提高企业的市场竞争力。 国际国内为此都制订了相应的标准：根据产品在使用过 程中可能遇到的不同使用环境，如：室外、随身携带、船上 等等，并受到不同环境的应力，如：风吹雨湿、振动与跌 落、盐雾蚀侵等等，模拟测试项目，确认产品的工作性能和 适应力。 国外企业已通过建立可靠性体系来提高产品的可靠性， 并在产品出厂前进行产品的可靠性筛选来提高产品的可靠 性。
Method
可靠性的基本概念
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产品的可靠性是设计、 生产、管理出来的，是通过 “试验、分析与改进”的循 环过程而不断提高和不断增 长的，产品可靠性形成的基 本规律如右图所示。设计阶 段是产品可靠性的奠基段， 生产阶段是产品可靠性的保 证阶段，使用阶段是产品可 靠性的维持阶段，试验、分 析与信息返馈阶段是产品可 靠性的改进提高阶段。
环境试验
筛选试验
增长试验
鉴定验收试验
寿命试验
天然 暴露
组合 环境
综合 环境
检查性 筛选
密封性 筛选
寿命老 炼筛选
环境应 力筛选
元器件 鉴定
设备鉴 定验收
恒定 应力
步进 应力
序进 应力
环境试验
☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆☆
环境试验是可靠性试验的基础，一个产品只有满足 环境适应性的要求才能算是合格的产品。所以产品 在满足环境试验的要求后才能开展可靠性试验。 其试验目的是判断产品在某种特定环境下能否正常 工作，一般用于确认设计，试验条件比较严酷，采 用在极端的环境下来判定其在各种环境（高低温， 湿热，盐雾，振动冲击，压力，太阳辐射，砂尘， 淋雨等)条件下的正常工作的能力。与可靠性筛选 试验不同的是，环境试验只抽取一定数量的样品进 行试验（因为此试验是破坏性的）。

筛选试验是一种对产品进行全数检验的非破坏性试验。其目的是为选 择具有一定特性的产品或剔早期失效的产品，以提高产品的使用可靠 性。产品在制造过程中，由于材料的缺陷，或由于工艺失控，使部分 产品出现所谓早期缺陷或故障，这些缺陷或故障若能及早剔除，就可 以保证在实际使用时产品的可靠性水平。 可靠性筛选试验的特点是：
可靠性增长试验
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可靠性增长技术的基本内容
Q（t）
样机 纠正 TAAF 分析 •主要模型（Duane模型 AMSAA模型 •两种管理模式（定量控制与工程监督）
可靠性的重要性
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事件：
1974年我国发射卫星的运载火箭因为一根直径为0.25mm的 导线断裂，导致整个系统被引爆自毁。 1986年1月28日，美国“挑战者号”起飞76秒后爆炸，其 中7名宇航员全部丧失，直接经济损失达12亿元。 其原因 是因为一个密封圈不密封引起的。 1991年，我国“澳星”发射失败，起因是一个小小的零件 故障。



可靠性筛选试验
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老 化 试 验（Burn-in） 环境应力筛选试验(ESS) 高加速寿命试验(HALT)
质量 质量
性能 性能
可靠性 可靠性
安全性 安全性
经济性 经济性
外观等 外观等
思考：
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具有优良的技术性能指标是否是高质量的产品？
可靠性试验的种类
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通常归纳为五大类: A. 环境试验 B. 寿命试验 C. 筛选试验 D.增长试验 E.鉴定试验
可靠性试验
环境适应性
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基本概念：环境适应性指产品对某一特定环境的适应能 力。 主要包括：气候类、机械类、化学类、粉尘类等。
不同环境所对应的加压比例
设计研制 设计研制 （奠基） （奠基）
试验、分析 试验、分析 与信息返馈 与信息返馈 （改进提高） （改进提高）
管理 管理 （FRACAS （FRACAS 、TAAF） 、TAAF）
生产控制 生产控制 （保证） （保证）
使用维护 使用维护 （维持） （维持）
产品不可靠的原因
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TAAF
试验
TAAF
t
在研发阶段，将产品放 在加速的环境下进行试 验，加速失效的发生。 当失效发生时，分析与 隔离失效的原因，据以 执行适当的设计改正行 动。经由一系列的设 计、分析与改正的过 程，可以尽早发现设计 弱点，排除产品在未来 可能会发生的失效，实 现可靠性增长。
可靠性筛选试验
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理论支持
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阿列纽斯准则（AHHERNIUS)
R=KбBN
K B б N
常数 常数 应力强度 循环次数
故障曲线
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A. 这种试验不是抽样的，而是100%试验； B. 该试验可以提高合格品的总的可靠性水平，但不能提高产品的固 有可靠性，即不能提高每个产品的寿命； C. 不能简单地以筛选淘汰率的高低来评价筛选效果。淘汰率高，有可能是产品本 身的设计、元件、工艺等方面存在严重缺陷，但也有可能是筛选应力强度太高。淘 汰率低，有可能产品缺陷少，但也可能是筛选应力的强度和试验时间不足造成的。 通常以筛选淘汰率Q和筛选效果β值来评 价筛选方法的优劣：合理的筛选方法应 该是β值较大，而Q值适中。
可靠性与质量
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可靠性问题是产品质量问题 产品质量是指产品满足规定或隐含要求的特征和特 总和。它包含有技术性能、可靠性、安全性、经济 性、寿命、外观等。见下图所示。