可靠性工程知识概述 - 全文

　　　可靠性工程

　　衡量系统可靠性有三个重要指标。①保险期：系统建成后能有效地完成规定任务的期限，超过这一期限系统可靠性就会逐渐降低。②有效性：系统在规定时间内能正常工作的概率。概率的大小取决于系统故障率的高低、发现故障部分的快慢和故障修复时间的长短。③狭义可靠性：由结构可靠性和性能可靠性两部分组成。前者指系统在工作时不出故障的概率，后者指系统性能满足原定要求的概率。

　　系统可靠性不能仅仅依靠对系统的检验和试验来获得，还必须从设计、制造和管理等方面加以保证。首先，设计是决定系统固有可靠性的重要环节，制造部门力求使系统达到固有的可靠性，而管理则是保证系统的规划、设计、试验、制造、使用等阶段都按科学的程序和规律进行，即对整个系统研制实行严格的可靠性控制。

　　可靠性数学

　　用来定量描述系统可靠性的数学工具。常用的度量指标主要有可靠度、故障率、平均无故障工作时间和平均故障修复时间等。①可靠度R()：系统在规定工作时间内无故障的概率。如数字电压表工作 24小时的可靠度为0.9,即意味着多次抽取一定数量的该产品样品，在规定条件下工作24小时，平均有90%能保持全部产品性能处于有效的工作状态。相应地，系统在时间内发生故障的概率用F()表示，称为不可靠度,与可靠度R()的关系为R()=1-F()。②故障率λ：系统工作到 时刻时单位时间内发生故障的概率。系统在正常工作状况下，其故障率趋于稳定，可靠度与故障率的关系为R()=。③平均无故障工作时间：系统在相邻两次故障间隔内有效工作时的平均时间。④平均故障修复时间：系统出现故障后到恢复正常工作时的平均时间。

　　工作步骤

　　步骤

　　可靠性工程的具体工作步骤为：①通过试验或使用，发现系统在可靠性上的薄弱环节;②研究分析导致这些薄弱环节的主要内外因素;③研究影响系统可靠性的物理、化学、人为的机理及其规律;④针对分析得到的问题原因，在技术上、组织上采取相应的改进措施，并定量地评定和验证其效果;⑤完善系统的制造工艺和生产组织。

　　问题解决

　　在影响系统可靠性的主要问题得到解决后，再采用上述步骤解决一些次要的薄弱环节。可靠性工程实质上是对影响系统可靠性的薄弱环节的不断发现和不断改进的过程。为了提高系统的可靠性，从而延长系统的使用寿命，降低维修费用，提高经济效益，在系统规划、设计、制造和使用的各个阶段都要贯彻以可靠性为主的质量管理。

　　可靠性定义

　　定义

　　可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。产品的可靠性与外界环境的应力状态和对产品功能的需求密切相关。理解产品的可靠性需要从两个角度出发，其一是按照产品的层次结构理解可靠性，其二是按照产品的全寿命周期理解可靠性。按照产品的层次结构理解可靠性是指需要根据产品各层次特点开展相应的可靠性工作;按照产品的全寿命周期理解可靠性是指在需求分析、总体设计、分项设计和生产、试验、使用、维修维护等过程都需开展相应的可靠性工作。

　　可靠性工程的具体项目

　　产品的可靠性是设计出来的，生产出来的，管理出来的。可靠性工程是为了达到系统可靠性要求而进行的有关设计、管理、试验和生产一系列工作的总和，它与系统整个寿命周期内的全部可靠性活动有关。可靠性工程是产品工程化的重要组成部分，同时也是实现产品工程化的有力工具。利用可靠性的工程技术手段能够快速、准确地确定产品的薄弱环节，并给出改进措施和改进后对系统可靠性的影响。可靠性工程具体如下图1所示。产品在需求分析阶段、设计阶段、工程研制阶段和生产制造阶段都需开展一定的可靠性设计分析、管理、试验工作。开展的时机和推荐开展的项目如下表所示：

　　按照产品的层次结构，产品的系统层次、装置层次、部件层次和零件层次都分别有相应的可靠性工作内容，即产品不同层次的可靠性影响因素和薄弱环节各有特点，需要分别开展相应的可靠性设计、管理、试验工作项目解决。总师和项目管理者需要在产品的工程化角度把握可靠性工程的开展和实施。影响器件可靠性的主要因素包括器件的种类和数量、器件的额定工作电参数和电应力、额定工作温度和环境温度、元器件的质量等级和品质保证等级，器件的降额特性和热敏感特性，器件的储存可靠性;影响部件可靠性的主要因素包括器件本身的可靠性与器件相互影响，主要需要考虑的因素为热分析、电磁兼容、耐环境、信号完整性、潜通路和工艺工装;影响装置可靠性的主要因素包括部件之间的相互影响和结构、工艺、连接;影响系统可靠性的主要因素包括冗余设计、人机工程和系统可靠性设计。

　　建立可靠性工程体系，开展和实施可靠性工程是产品高可靠性的必要条件，可靠性设计分析是可靠性工程的基础，可靠性设计水平差的产品可靠性必然低;可靠性的设计需要可靠性管理，可靠性管理是开展可靠性设计的技术管理保证和组织结构保证;设计出的产品在生产阶段难免引入“瑕疵”，需要可靠性试验“暴露”。

电子可靠性工程

电子可靠性工程是提高产品质量和可靠性，降低硬件生产故障率和市场失效率的系统工程。

　　您是否为电子产品生产直通率较低而烦恼，是否为市场返修率居高不下而束手无策?根据业界的分析，60%以上的生产故障是由于器件失效引起的，70%以上的市场返修也是因为器件失效引起的，而大多数公司对此却没有采用系统化的电子可靠性工程方法来解决，导致效率较低，产品质量可靠性不高。

　　其实按照系统的电子可靠性工程方法，通过选择合适的器件，有效地控制器件质量，合理应用器件，进行可靠性设计，达到业界领先的产品质量是可以实现的。

　　电子可靠性工程包含5个方面：

　　一、通过正确的选型认证来保证构成产品的物料的基本可靠性

　　物料选型与认证是一项产品工程，是硬件开发活动的重要组成部分。产品一旦选用了某物料，其质量、成本、可采购性基本上60%都已固化，后期的一系列改进、保障策略所达到的效果只能占到40%，物料选型影响重大。如何确定物料的规格，如何识别不同厂家的物料优劣，如何对物料厂家进行认证，如何监控物料厂家的质量波动，这些专项技术，在国际领先公司都有专业的团队来进行研究，并有系统化的流程保障物料选用，而目前国内厂家普遍比较薄弱，因此从物料选用开始，产品质量就和业界领先公司拉开了差距，可以说是输在了起跑线上。

　　二、通过正确合理的设计方法保证应用可靠性

　　常用的可靠性设计方法有如下14种，在产品开发过程中，这些方面都要考虑到，包括做对应的仿真分析，才能够保证设计的产品的可靠性。

　　可靠性预计

　　FMEA

　　可靠性指标论证、分配与冗余设计

　　电应力防护设计

　　ESD防护设计

　　容差分析

　　降额设计

　　升额设计

　　热分析和设计

　　信号完整性分析

　　EMC设计

　　安全设计

　　环境适应性设计

　　寿命与可维护性设计

　　国际领先的大公司，对这些设计方法均有专业团队来保障，为了满足国内企业的需求，针对每种设计方法，深圳市易瑞来公司均有专家负责研究和追踪业界最新的进展，实践经验丰富。

　　三、在加工维护过程中保证不引入对器件的损伤

　　在生产加工过程中，影响可靠性的最主要的因素是ESD、MSD和焊点可靠性，这三方面的控制技术目前发展得较为成熟，也有对应得国际标准，但是国内很多厂家还做得不够完善，如产品线的ESD控制水平是多少，MSD控制可以达到几级潮湿敏感器件，影响焊点可靠性的主要因素是怎样控制的?象MSD控制不好引发的可靠性问题，往往是在产品到用户手里半年以上才会大量暴发，ESD损伤对器件的长期可靠性的影响也很大，因此怎样控制加工过程，保证对不引入对器件的损伤需要引起重视。在产品维护保养过程中同样要考虑可靠性问题，避免引入对产品的损伤。

　　四、失效分析

　　通过对开发、测试、小批量试产，量产阶段、用户现场的器件失效分析，找到失效的根本原因和改进措施，及时纠正和预防失效的发生。发现问题越早，解决问题的成本也就越低，因此即使是开发调试过程中出现的个别器件失效，也要进行彻底的失效分析，明确失效机理，进而采取对应的解决措施。0

　　五、流程保障

　　电子产品可靠性工程是非常严谨的系统工程，需要高效、明确的流程来保证。最主要的可靠性流程主要有三个：

　　选用可靠物料流程，包括物料选型，物料认证，供应商认证，供应商质量控制等方面;

　　产品开发中的可靠性设计流程，在产品开发过程中保证上文提到的14种方法的使用以及明确评审要求，通过可靠性设计来保证产品的可靠性。

　　FRACAS流程，通过对故障数据的分析处理，找出异常问题，启动根本原因分析，找到解决措施和预防措施，使所有问题都能够闭环，以保证产品的可靠性。

可靠度工程师

　　职业概述

　　可靠度工程师需要通过产品可靠性试验，进行性能评估，并预测如何改进产品或体系的安全性、可靠性、可维护性。

　　职业素描

　　· 工作内容

　　按相关国际标准和国家标准组织可靠性试验,完成可靠性试验报告;

　　提出有针对性的提高产品可靠性的建议和措施,并监督落实;

　　制定可靠性技术规范和测试规范;

　　拟定产品可靠度品质评估的作业流程。

　　· 职业要求

　　教育培训：电子、材料、汽车、机械、纺织、化工相关专业，大专或以上学历。可以通过参加中国质量协会组织的统一注册考试获得中国注册可靠性工程师证书，也可以参加美国质量协会的注册可靠度工程师考试获得相应证书。

　　工作经验：掌握可靠性测试的理论知识, 了解国际、国内的相关可靠性测试标准及规范，能结合具体产品开展可靠性测试;良好的英文读写能力，计算机操作熟练;工作严谨细致，富有创造力，对新技术和工具有浓厚的兴趣。

　　· 薪资行情

　　可靠度工程师一般月薪在2000~6000元左右，拥有美国质量协会的注册可靠度工程师证书的月薪可达到6000-12000元。

　　· 职业发展路径

　　可靠度工程师积累一定经验后可以向测试经理、质量管理经理或质量保证经理方向发展。