可靠性工程知識概述 - 全文

　　　可靠性工程

　　衡量系統(tǒng)可靠性有三個重要指標。①保險期：系統(tǒng)建成后能有效地完成規(guī)定任務的期限，超過這一期限系統(tǒng)可靠性就會逐漸降低。②有效性：系統(tǒng)在規(guī)定時間內能正常工作的概率。概率的大小取決于系統(tǒng)故障率的高低、發(fā)現(xiàn)故障部分的快慢和故障修復時間的長短。③狹義可靠性：由結構可靠性和性能可靠性兩部分組成。前者指系統(tǒng)在工作時不出故障的概率，后者指系統(tǒng)性能滿足原定要求的概率。

　　系統(tǒng)可靠性不能僅僅依靠對系統(tǒng)的檢驗和試驗來獲得，還必須從設計、制造和管理等方面加以保證。首先，設計是決定系統(tǒng)固有可靠性的重要環(huán)節(jié)，制造部門力求使系統(tǒng)達到固有的可靠性，而管理則是保證系統(tǒng)的規(guī)劃、設計、試驗、制造、使用等階段都按科學的程序和規(guī)律進行，即對整個系統(tǒng)研制實行嚴格的可靠性控制。

　　可靠性數(shù)學

　　用來定量描述系統(tǒng)可靠性的數(shù)學工具。常用的度量指標主要有可靠度、故障率、平均無故障工作時間和平均故障修復時間等。①可靠度R()：系統(tǒng)在規(guī)定工作時間內無故障的概率。如數(shù)字電壓表工作 24小時的可靠度為0.9,即意味著多次抽取一定數(shù)量的該產品樣品，在規(guī)定條件下工作24小時，平均有90%能保持全部產品性能處于有效的工作狀態(tài)。相應地，系統(tǒng)在時間內發(fā)生故障的概率用F()表示，稱為不可靠度,與可靠度R()的關系為R()=1-F()。②故障率λ：系統(tǒng)工作到 時刻時單位時間內發(fā)生故障的概率。系統(tǒng)在正常工作狀況下，其故障率趨于穩(wěn)定，可靠度與故障率的關系為R()=。③平均無故障工作時間：系統(tǒng)在相鄰兩次故障間隔內有效工作時的平均時間。④平均故障修復時間：系統(tǒng)出現(xiàn)故障后到恢復正常工作時的平均時間。

　　工作步驟

　　步驟

　　可靠性工程的具體工作步驟為：①通過試驗或使用，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)在可靠性上的薄弱環(huán)節(jié);②研究分析導致這些薄弱環(huán)節(jié)的主要內外因素;③研究影響系統(tǒng)可靠性的物理、化學、人為的機理及其規(guī)律;④針對分析得到的問題原因，在技術上、組織上采取相應的改進措施，并定量地評定和驗證其效果;⑤完善系統(tǒng)的制造工藝和生產組織。

　　問題解決

　　在影響系統(tǒng)可靠性的主要問題得到解決后，再采用上述步驟解決一些次要的薄弱環(huán)節(jié)。可靠性工程實質上是對影響系統(tǒng)可靠性的薄弱環(huán)節(jié)的不斷發(fā)現(xiàn)和不斷改進的過程。為了提高系統(tǒng)的可靠性，從而延長系統(tǒng)的使用壽命，降低維修費用，提高經濟效益，在系統(tǒng)規(guī)劃、設計、制造和使用的各個階段都要貫徹以可靠性為主的質量管理。

　　可靠性定義

　　定義

　　可靠性是指產品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內，完成規(guī)定功能的能力。產品的可靠性與外界環(huán)境的應力狀態(tài)和對產品功能的需求密切相關。理解產品的可靠性需要從兩個角度出發(fā)，其一是按照產品的層次結構理解可靠性，其二是按照產品的全壽命周期理解可靠性。按照產品的層次結構理解可靠性是指需要根據(jù)產品各層次特點開展相應的可靠性工作;按照產品的全壽命周期理解可靠性是指在需求分析、總體設計、分項設計和生產、試驗、使用、維修維護等過程都需開展相應的可靠性工作。

　　可靠性工程的具體項目

　　產品的可靠性是設計出來的，生產出來的，管理出來的。可靠性工程是為了達到系統(tǒng)可靠性要求而進行的有關設計、管理、試驗和生產一系列工作的總和，它與系統(tǒng)整個壽命周期內的全部可靠性活動有關?？煽啃怨こ淌钱a品工程化的重要組成部分，同時也是實現(xiàn)產品工程化的有力工具。利用可靠性的工程技術手段能夠快速、準確地確定產品的薄弱環(huán)節(jié)，并給出改進措施和改進后對系統(tǒng)可靠性的影響?？煽啃怨こ叹唧w如下圖1所示。產品在需求分析階段、設計階段、工程研制階段和生產制造階段都需開展一定的可靠性設計分析、管理、試驗工作。開展的時機和推薦開展的項目如下表所示：

　　按照產品的層次結構，產品的系統(tǒng)層次、裝置層次、部件層次和零件層次都分別有相應的可靠性工作內容，即產品不同層次的可靠性影響因素和薄弱環(huán)節(jié)各有特點，需要分別開展相應的可靠性設計、管理、試驗工作項目解決?？値熀晚椖抗芾碚咝枰诋a品的工程化角度把握可靠性工程的開展和實施。影響器件可靠性的主要因素包括器件的種類和數(shù)量、器件的額定工作電參數(shù)和電應力、額定工作溫度和環(huán)境溫度、元器件的質量等級和品質保證等級，器件的降額特性和熱敏感特性，器件的儲存可靠性;影響部件可靠性的主要因素包括器件本身的可靠性與器件相互影響，主要需要考慮的因素為熱分析、電磁兼容、耐環(huán)境、信號完整性、潛通路和工藝工裝;影響裝置可靠性的主要因素包括部件之間的相互影響和結構、工藝、連接;影響系統(tǒng)可靠性的主要因素包括冗余設計、人機工程和系統(tǒng)可靠性設計。

　　建立可靠性工程體系，開展和實施可靠性工程是產品高可靠性的必要條件，可靠性設計分析是可靠性工程的基礎，可靠性設計水平差的產品可靠性必然低;可靠性的設計需要可靠性管理，可靠性管理是開展可靠性設計的技術管理保證和組織結構保證;設計出的產品在生產階段難免引入“瑕疵”，需要可靠性試驗“暴露”。

電子可靠性工程

電子可靠性工程是提高產品質量和可靠性，降低硬件生產故障率和市場失效率的系統(tǒng)工程。

　　您是否為電子產品生產直通率較低而煩惱，是否為市場返修率居高不下而束手無策?根據(jù)業(yè)界的分析，60%以上的生產故障是由于器件失效引起的，70%以上的市場返修也是因為器件失效引起的，而大多數(shù)公司對此卻沒有采用系統(tǒng)化的電子可靠性工程方法來解決，導致效率較低，產品質量可靠性不高。

　　其實按照系統(tǒng)的電子可靠性工程方法，通過選擇合適的器件，有效地控制器件質量，合理應用器件，進行可靠性設計，達到業(yè)界領先的產品質量是可以實現(xiàn)的。

　　電子可靠性工程包含5個方面：

　　一、通過正確的選型認證來保證構成產品的物料的基本可靠性

　　物料選型與認證是一項產品工程，是硬件開發(fā)活動的重要組成部分。產品一旦選用了某物料，其質量、成本、可采購性基本上60%都已固化，后期的一系列改進、保障策略所達到的效果只能占到40%，物料選型影響重大。如何確定物料的規(guī)格，如何識別不同廠家的物料優(yōu)劣，如何對物料廠家進行認證，如何監(jiān)控物料廠家的質量波動，這些專項技術，在國際領先公司都有專業(yè)的團隊來進行研究，并有系統(tǒng)化的流程保障物料選用，而目前國內廠家普遍比較薄弱，因此從物料選用開始，產品質量就和業(yè)界領先公司拉開了差距，可以說是輸在了起跑線上。

　　二、通過正確合理的設計方法保證應用可靠性

　　常用的可靠性設計方法有如下14種，在產品開發(fā)過程中，這些方面都要考慮到，包括做對應的仿真分析，才能夠保證設計的產品的可靠性。

　　可靠性預計

　　FMEA

　　可靠性指標論證、分配與冗余設計

　　電應力防護設計

　　ESD防護設計

　　容差分析

　　降額設計

　　升額設計

　　熱分析和設計

　　信號完整性分析

　　EMC設計

　　安全設計

　　環(huán)境適應性設計

　　壽命與可維護性設計

　　國際領先的大公司，對這些設計方法均有專業(yè)團隊來保障，為了滿足國內企業(yè)的需求，針對每種設計方法，深圳市易瑞來公司均有專家負責研究和追蹤業(yè)界最新的進展，實踐經驗豐富。

　　三、在加工維護過程中保證不引入對器件的損傷

　　在生產加工過程中，影響可靠性的最主要的因素是ESD、MSD和焊點可靠性，這三方面的控制技術目前發(fā)展得較為成熟，也有對應得國際標準，但是國內很多廠家還做得不夠完善，如產品線的ESD控制水平是多少，MSD控制可以達到幾級潮濕敏感器件，影響焊點可靠性的主要因素是怎樣控制的?象MSD控制不好引發(fā)的可靠性問題，往往是在產品到用戶手里半年以上才會大量暴發(fā)，ESD損傷對器件的長期可靠性的影響也很大，因此怎樣控制加工過程，保證對不引入對器件的損傷需要引起重視。在產品維護保養(yǎng)過程中同樣要考慮可靠性問題，避免引入對產品的損傷。

　　四、失效分析

　　通過對開發(fā)、測試、小批量試產，量產階段、用戶現(xiàn)場的器件失效分析，找到失效的根本原因和改進措施，及時糾正和預防失效的發(fā)生。發(fā)現(xiàn)問題越早，解決問題的成本也就越低，因此即使是開發(fā)調試過程中出現(xiàn)的個別器件失效，也要進行徹底的失效分析，明確失效機理，進而采取對應的解決措施。0

　　五、流程保障

　　電子產品可靠性工程是非常嚴謹?shù)南到y(tǒng)工程，需要高效、明確的流程來保證。最主要的可靠性流程主要有三個：

　　選用可靠物料流程，包括物料選型，物料認證，供應商認證，供應商質量控制等方面;

　　產品開發(fā)中的可靠性設計流程，在產品開發(fā)過程中保證上文提到的14種方法的使用以及明確評審要求，通過可靠性設計來保證產品的可靠性。

　　FRACAS流程，通過對故障數(shù)據(jù)的分析處理，找出異常問題，啟動根本原因分析，找到解決措施和預防措施，使所有問題都能夠閉環(huán)，以保證產品的可靠性。

可靠度工程師

　　職業(yè)概述

　　可靠度工程師需要通過產品可靠性試驗，進行性能評估，并預測如何改進產品或體系的安全性、可靠性、可維護性。

　　職業(yè)素描

　　· 工作內容

　　按相關國際標準和國家標準組織可靠性試驗,完成可靠性試驗報告;

　　提出有針對性的提高產品可靠性的建議和措施,并監(jiān)督落實;

　　制定可靠性技術規(guī)范和測試規(guī)范;

　　擬定產品可靠度品質評估的作業(yè)流程。

　　· 職業(yè)要求

　　教育培訓：電子、材料、汽車、機械、紡織、化工相關專業(yè)，大專或以上學歷。可以通過參加中國質量協(xié)會組織的統(tǒng)一注冊考試獲得中國注冊可靠性工程師證書，也可以參加美國質量協(xié)會的注冊可靠度工程師考試獲得相應證書。

　　工作經驗：掌握可靠性測試的理論知識, 了解國際、國內的相關可靠性測試標準及規(guī)范，能結合具體產品開展可靠性測試;良好的英文讀寫能力，計算機操作熟練;工作嚴謹細致，富有創(chuàng)造力，對新技術和工具有濃厚的興趣。

　　· 薪資行情

　　可靠度工程師一般月薪在2000~6000元左右，擁有美國質量協(xié)會的注冊可靠度工程師證書的月薪可達到6000-12000元。

　　· 職業(yè)發(fā)展路徑

　　可靠度工程師積累一定經驗后可以向測試經理、質量管理經理或質量保證經理方向發(fā)展。