可靠性试验简介

试验项目
工程试验
试验目的 保证和提高产品的可靠性
试验条件 对暴露问题快速、有效
试验方法 多种多样不受限
试验结果 产品可靠性得到提高
统计试验 对产品达到的可靠性水平给出定量评估 尽可能模拟实际使用情况 需满足一定的统计规则 产品可靠性得到评估
我们对产品进行可靠性试验，是为了达到 如下目的：
• ① 保证出售产品的可靠性（如产品质量认证、批量合 格与否的判定等）；
工程阶段 研制开发 设计定型 生产定型 批量生产
试验目的
摸清产品当 前达到的可 靠性水平和 问题 验证其是否 已达到研制 合同的可靠 性指标 验证其是否 仍保持可靠 性鉴定时的 指标
试验方法 定时截尾 定数截尾
标准型定时截尾 可提前接收定时截尾 序贯截尾 标准型定时截尾 可提前接收定时截尾 序贯截尾 全数
(5)
产品在时刻T的MTBF点估计值为：
(T )

1 abT b1
3.4 .Duane可靠性增长模型
设可靠性增长试验的产品，在总累积试验时间t
时，共发生 r(t)次故障，显然随着试验时间t的延 长，故障的累积数 r(t)也逐渐增大，并记
(t)

r(t) t

at k
（9）
为累积故障函数，则产品的累积MTBF函数与累积
a．制定试验计划—受试样品、试验设备、试验时 间、试验经费、增长目标
b．增长试验—试验条件、试验项目、试验方法 c．故障分析与改进—故障定位、故障机理分析； 偶然性故障特征：个别产品/偶然引成/随机发生/ 修复、更换/可排除早期故障。 系统性故障特征：全体产品/必然引成/随机发生/ 设计改进/固有可靠性可提高。 d．再试验—验证改进措施、继续暴露故障隐患。
MTBF作单边置信下限估计。
2.6 .可靠性鉴定试验和验收试验
目的：鉴定试验——验证产品是否达到研制合同要求的
可靠性指标
验收试验——验证产品是否保持鉴定时的可靠性指标
方法：采用统计学上的“一次抽样检验”方案
2.6.1 一次抽样检验方案的基本原理
Δ一次抽样检验的一般程序
关键问题： 如何事先确定
抽 n 个样品
实际增长过程符合下列3种情况之一时，可判定为 满意的，无需进行控制：
(a) 所有的故障点都在计划曲线上或上方； (b) 跟踪曲线在计划曲线上或上方； (c)跟踪曲线向右方（未来时刻）延伸后将在总
试验时间T之前穿过计划曲线。
试验的跟踪与控制
如果实际增长过程不符合上列3种情况中的 任一个时，可靠性增长试验失败的可能性很 大，因此要采取措施以控制实际增长过程的 增长率。
的问题 做法：采用较长时间的寿命试验（元器件）/运行考
核（设备） 2.5.1 具体方法与要点
样品状态：工作/贮存 试验方法：截尾试验——定时截尾（T）定数截尾 （r）
（可以证明：试验结果误差的大小，不是 截尾试验方法造成的） 定时截尾试验是目前最常用的方法，具 有很强的计划性和可操作性
试样监测：自动/定时 故障判据：事先约定——只要有任务一项不合
根据θ 1，θ 0，α ，β 值选定序贯试验方案
产品试验
发生故障 r
T≤TR(r) 拒收
试验总时间 T 与 TA(r)，TR(r)比较
TR(r)＜T＜TA(r)
T≥TA(r) 接收
图5.9 序贯截尾试验方案操作程序图
3、工程试验
• 可靠性增长试验 • 筛选试验
3.2 .可靠性增长试验方法
一般方法：试验—试验—纠正—再试验 试验时间：5～25倍MTBF目标值 工作步骤：
3.5 试验的跟踪与控制 随着故障次数增加，逐渐形成一张跟踪点图。跟踪 点图的形状如图2-2所示。图中的计划曲线来自2.3.7 节的算例；30次关联故障点的数据见表2-1。 跟踪过程有时需要画跟踪曲线。
图3-1 增长过程的跟踪
试验的跟踪与控制
控制与决策
根据跟踪情况，在与计划曲线进行对比后，在必 要时可对实际增长过程实施控制。
试验方案{T,C}的典型OC曲线
θ1-产品MTBF检验下限；θ0-为产品MTBF检验上限; α-生产方风险;β-使用方风险
2.7 序贯截尾试验方案
序贯截尾试验方案的基本思路是：对于试验中发
生的每一个故障，都给出“接收”判定时间TA(r)与 “拒收”判定时间TR(r)。当某次故障发生后，将其 累积总试验时间T与TA（r）与TR(r)作出比较，若此 时 T≥TA(r) ， 则 终 止 试 验 ， “ 接 收 ” 产 品 ； 若 T≤TR(r)，也终止试验，“拒收”产品；若TA(r)＜ T＜TR(r)，则应继续试验，直至可作出判定为止， 其试验操作程序见图所示。
格，就认为产品不合格。 故障统计：凡是独立故障都应记为一次故障 2.5.2 可靠性测定试验的数据处理方法 Δ点估计与区间估计概念
说明： a.点估计设有置信度； b.区间估计加大，置信度也加大； c.有意义的是在一个不大的估计区间上，具有较高的置信度。
Δ测定试验MTBF（平均故障间隔时间）点估
计值
其中:
3.3 .AMSAA可靠性增长模型
产品发生故障的累积过程是一个非齐次
Poisson过程（NHPP），即从0到时刻t,产品
共发生r次故障的概率为：
P{R(t) r} [ (t)]r e (t) r=0,1,2, (4)
r!
其中 (t)为累积故障数R(t)的数学期望，即
(t) E[R(t)]
抽样数n与合格
检验/试验
判定数C，即抽 样方案。
比较 r 与 c
r≤c
r >c
合格
不合格
2.6.2 标准型定时截尾可靠性鉴定试验方案 电子设备可靠性指标θ：MTBF(平均故障间隔时间)
Δ首先进行检验参数转换：次品率P→θ 应注意的是这里方案{T、C} 构成了一个“定时截尾”方 案，而{不n、是c} 原来“计数抽样”方案。
• (3) 筛选只能提高产品的使用可靠性，而 不能提高产品的固有可靠性。因为产品 的固有可靠性是由设计、制造工艺和原 材料性能所决定的，产品一旦脱离生产， 其固有可靠性便确定了，筛选并不能改 善产品的设计、工艺和原材料的性能。 筛选是通过剔除早期失效产品来提高产 品的使用可靠性的。
4.2 可靠性筛选试验的分类
• 可靠性筛选可分为常规筛选和特殊环境筛选两 大类。在一般环境条件下使用的产品只需进行 常规筛选，而在特殊环境条件下使用的产品则 除进行常规筛选外，还须进行特殊环境筛选。 实践证明，失效率低的产品对特殊环境的适应 能力不一定好。
• 特殊环境筛选包括：抗辐射筛选、冷热超高真 空筛选、盐雾筛选、霉菌筛选、油雾筛选等。
3.6 特别应注意“成功的可靠性增长试验代替可靠 性鉴定试验”时，应至少具备下列条件： ⑴ 具有可靠性鉴定试验所规定的试验环境条件、 故障判定规则，以及试验组织管理； ⑵ 对增长试验过程的跟踪应是严格的，有完整的 故障记录和完善的FRACAS系统，并对故障纠正和验 证过程有详尽的可追溯记录。 ⑶ 对可靠性增长试验结果，评价所用的数学方法 正确，置信水平选取符合要求，产品达到的MTBF水 平达到或超过鉴定试验要求。
Δ实验室模拟试验———试验条件应是产品使用 过程各种情况的综合
Δ试验条件选取优先原则：
实测环境条件→相似环境条件→标准推荐的参考环境条件
Δ确定产品试验条件的一般方法：
Δ组合环境应力试验
振动
低温
高温
湿热
（或循环进行）
图2.1 组合环境应力试验示意
Δ综合环境应力试验
2.4.试验样品
Δ基本要求：样品应能代表母体的特征—统计学观点 具体做法：随机抽样。精雕细刻、特殊加工的“工 艺品”不可取
• ② 对新材料、新工艺、新元件、新设计进行评价（如 安全余量和耐环境性能的确定，潜在缺陷的发现等）；
• ③ 研究新的试验方法（例如加速试验方法及其加速系 数的确定；试验应力种类及其量值、循环次数、试验 时间的确定；抽样方案选择等）；
④ 暴露使用过程中可能出现的不安全因素； ⑤ 研究预防故障发生的措施（如故障的再现性，故障分
主要措施是改善增长策略提高故障纠正效 果，即：
(a)提高纠正比，重新审定故障分类，进行费效 比权衡，把一些归入A类故障 的系统性故障转入 B类故障； (b)提高故障纠正的有效性，为此要加强故障分 析提高分析准确性，找准故障原因和故障机理， 并采用强有力的纠正措施。
• 如果在增长试验过程中，很少出现关联 故障，甚至不出现关联故障，这时首先 要仔细审查试验方法是否有问题，故障 是否有漏检等。当排除了这些原因时， 那么可以提前结束试验，按可靠性鉴定 试验的评估方法对产品可靠性作出评估。
析，措施效果的验证等）； ⑥ 研究产品失效分布规律（产品在寿命不同阶段的失效
分布情况，失效模式分布等），为进行可靠性预测、 设计、试验提供有用的数据； ⑦ 为进行有效的可靠性管理提供依据。
2、可靠性统计试验
2.1 可靠性统计试验分类
试验名称 统计分类 测定试验 指标测定
鉴定试验 指标验证
验收试验
下限值:
L

T T
//
f
L
(1
2
c
,
r

1)
1 c fL( 2 ,r)
定时截尾 定数截尾（4）
上 其限中f值L，：fuU值 T可/ f由U (1表2 c5, r.)1查得定。时/定数截尾（5）
注意：定时截尾试验出现故障数r=0时，我们无法得到产品
MTBF点估计或置信上限估计，但可用(3)式对产品的
• 核辐射环境是目前存在的最恶劣环境，它对电 子产品会产生严重的影响。宇航中使用的电子 产品受到宇宙射线的作用而使性能显著变劣。 在γ射线作用下，CMOS电路的参数会产生明显 的变化：输出波形变坏、输出高电平变低、输 出低电平升高。电位器对辐射的反应也非常敏 感。电位器结构材料中的有机物、聚合物如清 漆、粘合剂、绝缘混合剂、塑料等在中子辐射 和γ电离辐射的作用下失去其稳定性。同类型 的产品，其抗辐射能力差异很大。通过筛选， 可以把抗辐射能力差的产品剔除出来。
Δ对于测定试验或鉴定试验阶段，产品一般不具备较 大批量，试验时应严格地规定试样的技术状态（冻 结），这是使试验结果具有代表性的重要保证。
Δ试样数量：在保证每台（套）样品有足够的试验时 间长度的前提下以多为好，一般要求不 少于二台（套）。
2.5.可靠性测定试验
时间：产品完成研制的初期，开展鉴定试验前 目的：希望摸清产品当前达到的可靠性水平和存在
• 产品的缺陷通常可分为质量缺陷和潜在缺陷两 类。对于具有潜在缺陷的产品，采用一般质量 控制手段或测试方法不能把它们剔除出来，只 有对它们施加某种应力，使这些潜在缺陷激活 并导致产品失效，才能把它们剔除掉。
• (2) 可靠性筛选要对百分之百的产品进行，筛 选等级是根据对产品的寿命要求和产品的实际 工作条件而定的。
4 筛选试验
4.1 筛选试验的意义、特点
筛选试验:就是为了剔除寿命短的早期失效产 品，或为了选择长寿命产品而进行一种或几 种试验。通过可靠性筛选，剔除了早期失效 产品，批产品的使用可靠性便得到提高。
可靠性筛选具有如下特点：
• (1) 可靠性筛选对于不存在缺陷而性能良好的 产品来说是一种非破坏性试验，而对于有潜在 缺陷的产品来说应能诱发其失效。
故障数分别为
(t)

1
(t)

1 at k
（10）
和
r(t) at1k
（11）
对(10)式两边取对数，则
ln(t) k ln t ln a （12）
即在双边对数坐标纸上，产品的累积MTBF对于时
间t是一直线关系(见图3)，其斜率为k ，截距为，
1 (t 1时 ) 因此，在工程上称斜率为增长试验的增 长a 率。
T /r

（1）
r为试验中产品发生的责任故障总数
T为所有参试样品有效受试时间的总和，即
n
T ti i 1
（2）
Δ测定试验MTBF置信区间估计值（C为置信度取值）
a.单边估计
下限值：
L
T / T /
fL (c, r 1) fL (c, r)
定时截尾 定数截尾（3）
b.双边估计
可靠性试验概述
信息产业部电子五所数据中心 2004年1月28日
1.可靠性试验的分类
可靠性试验工统程计试试验验





筛选试验 测定试验
/ /
增长试验 鉴定试验
/
验收试验
工程试验
筛选试验 增长试验



剔除材料和制造工艺缺 陷,排除产品早期故障 暴露产品故障隐患,进行设计改进提高其固 有可靠性
试验结果 点估计值 区间估计值
合格 不合格 接收 拒收
2.2 试验大纲
大纲应包括的要素： 试验目的与要求/试验条件与方法/试样状态
与来源/试验组织与管理/试验进度与地点/试验 评审与报告/试验结束后故障与样品的处理意见
2.3 试验条件
Δ现场统计试验———应选择能代表产品使用过 程中可能遇到的各种任务情况，而受地域、 季节或一些不可控突发因素等影响，只能反 映某些任务状况的试验条件是不可取的。