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1、机械可靠性技术本讲稿第一页，共九十四页1目 录1.可靠性基础可靠性基础2.机械结构可靠性设计方法机械结构可靠性设计方法2.1 机械产品可靠性设计基本原则机械产品可靠性设计基本原则2.2 应用环境分析应用环境分析2.3 工作平台环境分析工作平台环境分析2.4 产品任务剖面产品任务剖面2.5 产品环境适应性分析产品环境适应性分析2.6 产品结构可靠性失效摸式产品结构可靠性失效摸式2.7 产品安全性与可靠性系统设计产品安全性与可靠性系统设计2.8 结构失效机理与设计准则结构失效机理与设计准则2.9 可靠性指标与经济性问题可靠性指标与经济性问题2.10 原材料、原器件及工艺选择原材料、原器件及工艺选择

2、2.11 环境防护技术环境防护技术2.12 机械加工工艺、装配、安装、使机械加工工艺、装配、安装、使用与维护质量控制用与维护质量控制3.结构可靠性设计准则结构可靠性设计准则3.1 结构可靠性设计总则结构可靠性设计总则3.2 结构可靠性设计细则结构可靠性设计细则3.3 机构可靠性设计原则机构可靠性设计原则4.可靠性试验可靠性试验5.可靠性设计管理可靠性设计管理5.1 可靠性设计管理体系可靠性设计管理体系5.2 生产过程质量管理生产过程质量管理5.3 物料质量可靠性选型与认证物料质量可靠性选型与认证结束结束2本讲稿第二页，共九十四页1.可靠性基础可靠性基础1952 年美国国防部成立年美国国防部成立

3、AGREE；1955 年年AGREE 给政府提出了电子元件可靠性的给政府提出了电子元件可靠性的9 项建议；项建议；1957 年提出了著名的年提出了著名的AGREE 报告电子装备的可靠性；报告电子装备的可靠性；FMEA/FTA；机械可靠性开展；机械可靠性开展；软件可靠性研究开展。软件可靠性研究开展。可靠性简史可靠性简史3本讲稿第三页，共九十四页1.1 可靠性定义可靠性定义可靠性：规定时间内、规定条件下，完成规定功能的能力。可靠性：规定时间内、规定条件下，完成规定功能的能力。规定条件：环境条件、使用条件、维护条件、操作条件等；规定条件：环境条件、使用条件、维护条件、操作条件等；规定时间：是指动作次

4、数、循环次数、运行周期；规定时间：是指动作次数、循环次数、运行周期；规定功能：是技术性能、使用要求；规定功能：是技术性能、使用要求；4本讲稿第四页，共九十四页应用分类定义应用分类定义1.在标准条件下，设计和生产中采用的元器在标准条件下，设计和生产中采用的元器件和材料、及由此形成的设备整机中能控件和材料、及由此形成的设备整机中能控制的故障事件所达到的水平。制的故障事件所达到的水平。2.用于描述元器件和整机的制造水平。用于描述元器件和整机的制造水平。1.指应用可靠性设计技术在综合考虑产品设计、指应用可靠性设计技术在综合考虑产品设计、制造安装环境、维修策略和修理等因素后，制造安装环境、维修策略和修理

5、等因素后，产品所达到的水平；产品所达到的水平；2.用于描述产品在计划的环境中使用的可靠性水用于描述产品在计划的环境中使用的可靠性水平。平。5本讲稿第五页，共九十四页1.实际使用条件下，产品机械材料、元器件、整机、实际使用条件下，产品机械材料、元器件、整机、配附件的可靠性指标；配附件的可靠性指标；2.失效模式与可靠性指标；失效模式与可靠性指标；3.预示环境条件下，产品机械材料、元器件、整机、配附预示环境条件下，产品机械材料、元器件、整机、配附件的可靠性指标；件的可靠性指标；4.失效模式与可靠性指标；失效模式与可靠性指标；基础可靠性基础可靠性6本讲稿第六页，共九十四页关注点与度量指标关注点与度量指

6、标1.考虑要求保障的所有故障的影响，用于考虑要求保障的所有故障的影响，用于度量产品无需保障的工作能力，包括与度量产品无需保障的工作能力，包括与维修和供应有关的可靠性维修和供应有关的可靠性2.通常用通常用MTBF表示。表示。1.仅考虑造成人物失败的故障影响，用于描述仅考虑造成人物失败的故障影响，用于描述产品完成任务的能力；产品完成任务的能力；2.常用任务可靠度（常用任务可靠度（MR）和致命性故障间）和致命性故障间隔任务时间（隔任务时间（MTBCF）来度量。）来度量。7本讲稿第七页，共九十四页基本原理基本原理1.任务可靠性指标特性：任务可靠性指标特性：2.故障模式（信息来源、失效分析技术与故障再现

7、）故障模式（信息来源、失效分析技术与故障再现）3.环境条件（预示环境、实际环境以及环境的可控制特性）环境条件（预示环境、实际环境以及环境的可控制特性）4.转移特性与控制技术（继承性技术及其设备的客观可靠性指标与转移特性与控制技术（继承性技术及其设备的客观可靠性指标与故障转移频率特性、新技术与新设备的设计可靠性与故障转移频故障转移频率特性、新技术与新设备的设计可靠性与故障转移频率特性；总体布局、设备安装、细节设计、气动作用、动力学特率特性；总体布局、设备安装、细节设计、气动作用、动力学特性、控制方式、环境设计以及特殊的措施性、控制方式、环境设计以及特殊的措施8本讲稿第八页，共九十四页1.2 可靠

8、性与耐久性、安全性、保障性的区别与联系可靠性与耐久性、安全性、保障性的区别与联系1.可能性与概率的区别与联系可能性与概率的区别与联系2.可能性：元器件、部组件、整机、分系统、系统或产品的客观属性；可能性：元器件、部组件、整机、分系统、系统或产品的客观属性；3.概率：一定环境条件所诱发的事件统计特性概率：一定环境条件所诱发的事件统计特性4.可能性与概率在数学上采用相同的表示形式。可能性与概率在数学上采用相同的表示形式。5.可靠性与耐久性、安全性、保障性的区别与联系可靠性与耐久性、安全性、保障性的区别与联系9本讲稿第九页，共九十四页1.3 常用术语常用术语MTBF（Mean Time Betwee

9、n Fail）失效率失效率（Failure rate）MTTF（Mean Time To Fail）PPM（Parts Per Million）Fit（Failure In Time）10本讲稿第十页，共九十四页11本讲稿第十一页，共九十四页可靠性分布可靠性分布 K K形状参数形状参数 位置参数位置参数 b b尺度参数尺度参数指数分布指数分布正态分布正态分布威布尔分布威布尔分布12本讲稿第十二页，共九十四页整整机机失失效效率率元元器器件件平平均均失失效效率率(1 13 3)*1 10 0-5 5降降额额因因子子(110)*10-2环环境境因因子子老老练练筛筛选选效效果果因因子子0.10.5机机

10、械械结结构构因因子子1.52.5制制造造工工艺艺因因子子1.53.5元元器器件件个个数数试验室试验室0.51室内室内1.110陆地固定陆地固定510车载车载1330舰船载舰船载1022机载机载508013本讲稿第十三页，共九十四页系统可靠性串联模型和并联模型系统可靠性串联模型和并联模型导通为正常导通为正常截流为正常截流为正常14本讲稿第十四页，共九十四页1.可靠性预计和分配可靠性预计和分配2.可靠性设计可靠性设计3.可靠性试验可靠性试验4.可靠性管理可靠性管理1.4 可靠性工作范畴可靠性工作范畴15本讲稿第十五页，共九十四页1.干涉模型干涉模型2.应力筛选应力筛选3.测试数据的可用性测试数据的

11、可用性4.试验样本的确定试验样本的确定5.预示环境与实际环境的联系与区别预示环境与实际环境的联系与区别6.产品可靠性控制要点产品可靠性控制要点7.互换性与可靠性的矛盾互换性与可靠性的矛盾8.环境设计与减振器的作用环境设计与减振器的作用9.可靠性工程活动可靠性工程活动10.现代设计中基于测试性的软件可靠性作用现代设计中基于测试性的软件可靠性作用机械可靠性的几个问题：机械可靠性的几个问题：返回目录返回目录16本讲稿第十六页，共九十四页2.1 机械产品可靠性设计基本原则强度和载荷干涉模型的可靠性设计原则强度和载荷干涉模型的可靠性设计原则17本讲稿第十七页，共九十四页寿命周期费用寿命周期费用1.产品全

12、寿命周期内，为产品全寿命周期内，为其论证、研制、使用和其论证、研制、使用和保障，至产品生命周期保障，至产品生命周期终结所付出的一切费用终结所付出的一切费用之和。之和。2.使用与保障在使用与保障在LCC中中所占的比例最大，约所占的比例最大，约占占60%研制费用、研制费用、生产费用生产费用运输费用、运输费用、运行费用、运行费用、维护费用、维护费用、备件费用、备件费用、训练费用、训练费用、技术数据费用技术数据费用退役费用退役费用返回目录返回目录18本讲稿第十八页，共九十四页2.2 应用环境分析应用环境分析温度、湿度、风沙、雷暴、生物、盐雾的机械失效因素分析温度、湿度、风沙、雷暴、生物、盐雾的机械失效

13、因素分析返回目录返回目录19本讲稿第十九页，共九十四页2.3 工作平台环境分析工作平台环境分析诱发环境机械失效因素分析：诱发环境机械失效因素分析：1.力学环境（冲击振动过载噪声）力学环境（冲击振动过载噪声）2.电磁环境（电磁环境（EMC）工作环境）工作环境返回目录返回目录20本讲稿第二十页，共九十四页2.4 产品任务剖面产品任务剖面从产品交付到寿命终结所经历的关注条件从产品交付到寿命终结所经历的关注条件21本讲稿第二十一页，共九十四页产品生命周期过程设计（出厂后）产品生命周期过程设计（出厂后）22本讲稿第二十二页，共九十四页产品生命周期过程设计（出厂前）产品生命周期过程设计（出厂前）返回目录返

14、回目录23本讲稿第二十三页，共九十四页2.5 产品环境适应性分析产品环境适应性分析1.载荷性质与作用时空特征：物体运动、结构响应和局部载荷性质与作用时空特征：物体运动、结构响应和局部损伤的载荷性质；损伤的载荷性质；2.环境适应性设计专题：紧固件环境适应性设计环境适应性设计专题：紧固件环境适应性设计返回目录返回目录24本讲稿第二十四页，共九十四页2.6 产品结构可靠性失效摸式产品结构可靠性失效摸式1.应力疲劳损伤与疲劳破坏应力疲劳损伤与疲劳破坏2.应变疲劳破坏应变疲劳破坏3.白点与氢脆白点与氢脆4.应力腐蚀断裂应力腐蚀断裂5.高温疲劳高温疲劳6.热疲劳与龟裂热疲劳与龟裂7.蠕变与老化蠕变与老化8

15、.剥离剥离9.雷击损伤雷击损伤10.接触疲劳与微动磨损接触疲劳与微动磨损11.静载破坏与结构失稳静载破坏与结构失稳12.安全裂纹尺寸与裂纹失稳扩展安全裂纹尺寸与裂纹失稳扩展结构失效特征结构失效特征25本讲稿第二十五页，共九十四页常见故障常见故障从故障统计来看，主要表现在早期故障和责任故障两类从故障统计来看，主要表现在早期故障和责任故障两类1.电子器件、电气设备、液压系统的故障都基本属于单元级带到系电子器件、电气设备、液压系统的故障都基本属于单元级带到系统的早期故障；统的早期故障；2.控制系统属于责任故障，也存在一些设计故障控制系统属于责任故障，也存在一些设计故障26本讲稿第二十六页，共九十四页

16、故障判据故障判据产品或其中一部分不能或将不能完成预定功能的事件或状态称为故障；产品或其中一部分不能或将不能完成预定功能的事件或状态称为故障；27本讲稿第二十七页，共九十四页典型的典型的故障模式故障模式1.紧固件的松动、结构件和电路板的变形、破裂及失效紧固件的松动、结构件和电路板的变形、破裂及失效2.联结器、继电器、传感器、阀门及开关的瞬间断开联结器、继电器、传感器、阀门及开关的瞬间断开3.电子器件、固定电路、微电子元件的引线、管脚和导线的电子器件、固定电路、微电子元件的引线、管脚和导线的磨损和折断磨损和折断4.电子插件的性能下降、电器功能下降、粘层、键合点断开、电路电子插件的性能下降、电器功能

17、下降、粘层、键合点断开、电路瞬间短路和断路瞬间短路和断路5.陀螺漂移增大、精度降低、甚至发生故障陀螺漂移增大、精度降低、甚至发生故障6.控制失灵、结构损伤控制失灵、结构损伤28本讲稿第二十八页，共九十四页结构故障结构故障1.管路系统异常、电缆拉断、结构失效；管路系统异常、电缆拉断、结构失效；2.管路系统的故障形式是泄露和堵塞；管路系统的故障形式是泄露和堵塞；3.泄漏（焊缝破裂、焊缝缺陷导致强度降低、密封部位缺陷导致密封缺陷、泄漏（焊缝破裂、焊缝缺陷导致强度降低、密封部位缺陷导致密封缺陷、过热破坏等）过热破坏等）4.堵塞（燃气杂质沉积过多或管路有多余物）堵塞（燃气杂质沉积过多或管路有多余物）29

18、本讲稿第二十九页，共九十四页故障分析的两个模型故障分析的两个模型1.物论性模型：关注发生故障的部位、形式及其成因，手段是从物理、物论性模型：关注发生故障的部位、形式及其成因，手段是从物理、化学和材料等方面，从微观角度进行机理的模式；化学和材料等方面，从微观角度进行机理的模式；2.概率论模型：注重故障和时间的关系，用数理统计的方法，研究其概率论模型：注重故障和时间的关系，用数理统计的方法，研究其故障时间的概率分布，是宏观模式。故障时间的概率分布，是宏观模式。30本讲稿第三十页，共九十四页故障的影响故障的影响1.1.工作能力下降或功能的丧失工作能力下降或功能的丧失2.2.昂贵的保障费用昂贵的保障费

19、用3.3.安全问题安全问题4.4.高频发生故障高频发生故障5.5.对有冗余设计和替代工作模式的设计需要考虑对有冗余设计和替代工作模式的设计需要考虑双重故障模式的影响，如应急装置同时故障造双重故障模式的影响，如应急装置同时故障造成的后果成的后果31本讲稿第三十一页，共九十四页主次分析主次分析1.主次分析是用统计的方法找出所分析对象影响最大的因素主次分析是用统计的方法找出所分析对象影响最大的因素2.从故障频数、故障原因、故障后果、责任、发现时间等进行分析；从故障频数、故障原因、故障后果、责任、发现时间等进行分析；3.故障频数：组成产品的各系统，按主次排列，找出故障最多的系统，以系统故障频数：组成产

20、品的各系统，按主次排列，找出故障最多的系统，以系统为对象，按故障频数做主次分析，找出故障最多的分系统；依次逐级分析，为对象，按故障频数做主次分析，找出故障最多的分系统；依次逐级分析，直到找出故障频数最多的设备和单元；确定薄弱环节。直到找出故障频数最多的设备和单元；确定薄弱环节。4.通过主次分析找到影响产品故障的主要原因和责任；将故障影响后果与发生通过主次分析找到影响产品故障的主要原因和责任；将故障影响后果与发生频数综合一起得到主次分析结果，可以确定故障频数并非最高但造成的影响频数综合一起得到主次分析结果，可以确定故障频数并非最高但造成的影响却很大的关键系统和设备却很大的关键系统和设备32本讲稿

21、第三十二页，共九十四页故障影响层次故障影响层次1.自身影响：产品有故障征候，产品功能下降，到产品功自身影响：产品有故障征候，产品功能下降，到产品功能完全丧失；能完全丧失；2.对上一级的影响：无影响，由故障征候，系统功能下降，到系对上一级的影响：无影响，由故障征候，系统功能下降，到系统功能完全丧失；统功能完全丧失；3.最终影响：影响执行任务，一般等级事故到严重等级事故。最终影响：影响执行任务，一般等级事故到严重等级事故。33本讲稿第三十三页，共九十四页关系可靠性控制的故障关系可靠性控制的故障1.1.应当计入系统可靠性评估的故障包括组成系统后发应当计入系统可靠性评估的故障包括组成系统后发生的一切故

22、障；生的一切故障；2.2.可控故障是可靠性控制的主要对象；可控故障是可靠性控制的主要对象；3.3.可靠性控制设计的目标是把故障水平和转移概可靠性控制设计的目标是把故障水平和转移概率控制到系统能接受的水平。率控制到系统能接受的水平。34本讲稿第三十四页，共九十四页1.1.指数分布：具有恒定故障率的部件和设备，无余度的复杂系统，指数分布：具有恒定故障率的部件和设备，无余度的复杂系统，经老练试验并经定期维修的部件和设备经老练试验并经定期维修的部件和设备2.2.威布尔分布：某些电容、继电器、开关、断路器、电子管、电威布尔分布：某些电容、继电器、开关、断路器、电子管、电位计、陀螺、电动机、电缆、电池、材

23、料疲劳、滚珠轴承等位计、陀螺、电动机、电缆、电池、材料疲劳、滚珠轴承等3.3.对数正态分布：电机绕组绝缘、半导体器件、晶体管、系统结构对数正态分布：电机绕组绝缘、半导体器件、晶体管、系统结构和金属疲劳和金属疲劳4.4.正态分布：轮胎磨损、机械产品等正态分布：轮胎磨损、机械产品等符合典型分布的产品类型符合典型分布的产品类型返回目录返回目录35本讲稿第三十五页，共九十四页2.7 产品安全性与可靠性系统设计产品安全性与可靠性系统设计可维修性、保障性、安全防护与可靠性的综合设计可维修性、保障性、安全防护与可靠性的综合设计36本讲稿第三十六页，共九十四页1.1.大型旋转设备，装局部电源安全开关；大型旋转

24、设备，装局部电源安全开关；2.2.齿轮齿轮/叶片叶片/皮带等机械运动零件，加防护板；皮带等机械运动零件，加防护板；3.3.机箱机箱/门圆边圆角，向外伸出的边缘短；门圆边圆角，向外伸出的边缘短；4.4.外突的边、毛刺、尖角，包垫或标明；外突的边、毛刺、尖角，包垫或标明；5.5.把手凹入；把手凹入；6.6.门门/抽斗装锁，免松开；抽斗装锁，免松开；7.7.防护设施应不用卸去即可进行检查；防护设施应不用卸去即可进行检查；8.8.设支撑杆或插销，维修操作时固定住链接和滑动部分；设支撑杆或插销，维修操作时固定住链接和滑动部分；9.9.可抽出或折叠伸缩装置配限制器；可抽出或折叠伸缩装置配限制器；10.10

25、.会产生危险操作的开关或控制器，例如点燃、吊装开关或会产生危险操作的开关或控制器，例如点燃、吊装开关或控制器等，应事先调整或锁定控制；控制器等，应事先调整或锁定控制；11.11.重型弹簧的安装设计应不能错位、脱开伤人或元件；重型弹簧的安装设计应不能错位、脱开伤人或元件；12.12.在承受恒应变和载荷的机械组件中，联动装置和弹簧应安在承受恒应变和载荷的机械组件中，联动装置和弹簧应安有告警片。有告警片。防机械危害的安全设计规范防机械危害的安全设计规范返回目录返回目录37本讲稿第三十七页，共九十四页2.8 结构失效机理与设计准则结构失效机理与设计准则1.故障现场保护故障现场保护2.失效残骸收集与宏观

26、特征失效残骸收集与宏观特征3.断口处理与保护断口处理与保护4.取样程序取样程序5.扫描电镜试样扫描电镜试样6.低倍金相低倍金相返回目录返回目录38本讲稿第三十八页，共九十四页2.9 可靠性指标与经济性问题可靠性指标与经济性问题案例分析案例分析通过设计与制造赋予产品的可靠性指标和经济指标通过设计与制造赋予产品的可靠性指标和经济指标 返回目录返回目录39本讲稿第三十九页，共九十四页2.10 原材料、器件及工艺选择原材料、器件及工艺选择原材料、元器件及工艺的失效模式与基于失效机理的设计准则原材料、元器件及工艺的失效模式与基于失效机理的设计准则返回目录返回目录40本讲稿第四十页，共九十四页2.11 环

27、境防护技术环境防护技术电气装置的机械可靠性与安全防护专题电气装置的机械可靠性与安全防护专题返回目录返回目录41本讲稿第四十一页，共九十四页2.12 机械加工工艺、装配、安装、使用与维护质量控制机械加工工艺、装配、安装、使用与维护质量控制案例分析案例分析返回目录返回目录42本讲稿第四十二页，共九十四页3.1 结构可靠性设计总则结构可靠性设计总则1.保持结构设计的传统性2.重视理论设计的指导3.了解使用条件和任务环境4.合理使用新技术5.采集客户使用维修信息43本讲稿第四十三页，共九十四页3、偶然出现的外、偶然出现的外界应力造成失效界应力造成失效1、失效件的设计、材料、失效件的设计、材料、工艺、检

28、验。失效的性质工艺、检验。失效的性质是个别（偶然的）的还是是个别（偶然的）的还是批次性（可再现）的？批次性（可再现）的？2、误用是不按规定、误用是不按规定条件使用产品引起的条件使用产品引起的失效；占的比例较大失效；占的比例较大4、供应商出厂检验供应商出厂检验合格，客户筛选入库合格，客户筛选入库验收时却不合格，可验收时却不合格，可能的原因是客户在入能的原因是客户在入检过程筛选中将产品检过程筛选中将产品损坏损坏44本讲稿第四十四页，共九十四页3.2 结构可靠性设计细则结构可靠性设计细则1.优化设计2.余度设计3.防错设计4.环境适应性设计5.维修性设计45本讲稿第四十五页，共九十四页3.3 机构可

29、靠性设计原则机构可靠性设计原则1.功能正常设计2.备份设计3.防卡滞设计4.防磨设计46本讲稿第四十六页，共九十四页4 可靠性试验可靠性试验可靠性测试问题：可靠性测试问题：1.时间时间2.样本量样本量3.设备设备4.定量指标定量指标5.实验方法实验方法1.环境应力筛选试验环境应力筛选试验2.可靠性增长试验可靠性增长试验3.可靠性测定试验可靠性测定试验4.可靠性验证试验（包括可靠性验收试可靠性验证试验（包括可靠性验收试验与可靠性鉴定试验）验与可靠性鉴定试验）47本讲稿第四十七页，共九十四页1.高温测试（高温运行、高温贮存）；高温测试（高温运行、高温贮存）；2.低温测试（低温运行、低温贮存）；低温

30、测试（低温运行、低温贮存）；3.高低温交变测试（温度循环测试、热冲击测试）；高低温交变测试（温度循环测试、热冲击测试）；4.高温高湿测试（湿热贮存、湿热循环）；高温高湿测试（湿热贮存、湿热循环）；5.机械振动测试（随机振动测试、扫频振动测试）；机械振动测试（随机振动测试、扫频振动测试）；6.汽车运输测试（模拟运输测试、碰撞测试）；汽车运输测试（模拟运输测试、碰撞测试）；7.机械冲击测试；机械冲击测试；8.开关电测试；开关电测试；9.电源拉偏测试；电源拉偏测试；10.冷启动测试；冷启动测试；11.盐雾测试；盐雾测试；12.淋雨测试；淋雨测试；13.尘砂测试；尘砂测试；14.接口输入输出极限条件测

31、试接口输入输出极限条件测试可靠性可靠性测试项目测试项目48本讲稿第四十八页，共九十四页可靠性数据可靠性数据1.数据的质与量数据的质与量2.真实性（对产品故障的描述、故障发生的时机、真实性（对产品故障的描述、故障发生的时机、原因、故障现象及造成的影响均应有明确地记原因、故障现象及造成的影响均应有明确地记录；录；3.连续性（产品在工作中所有事件发生的时间记连续性（产品在工作中所有事件发生的时间记录及过程的描述）录及过程的描述）4.完整性（故障产品本身的使用情况及该产品的历史完整性（故障产品本身的使用情况及该产品的历史及送修、报废等应尽可能清楚及送修、报废等应尽可能清楚49本讲稿第四十九页，共九十四

32、页如何制订试验要求如何制订试验要求1.用途（任务剖面）用途（任务剖面）2.控制的期望目标控制的期望目标3.相关产品的研制水平相关产品的研制水平4.标准条件下的特性参数标准条件下的特性参数5.使用环境下的可能问题使用环境下的可能问题 和故障模式和故障模式6.实验类型与研制阶段匹配实验类型与研制阶段匹配了解产品了解产品制订制订试验试验试验要求：试验要求：1.试验种类、试验种类、2.试验设备、试验设备、3.量程、量程、4.精度、精度、5.控制方式、控制方式、6.载荷水平等载荷水平等50本讲稿第五十页，共九十四页环境应力筛选环境应力筛选1.受筛产品的组装等级（单元、分组件、模件），技术状态，物理尺受筛

33、产品的组装等级（单元、分组件、模件），技术状态，物理尺寸重量，复杂程度等寸重量，复杂程度等2.设备及状态说明设备及状态说明3.检测仪器及精度说明检测仪器及精度说明4.方法（应力类型、应力参数、通电断电要求、检测要求、故障方法（应力类型、应力参数、通电断电要求、检测要求、故障界定等）界定等）5.性能检测项目（前、中、后）性能检测项目（前、中、后）6.筛选过程及故障记录要求筛选过程及故障记录要求7.详细的操作规程详细的操作规程51本讲稿第五十一页，共九十四页应力筛选原则应力筛选原则1.1.每增加一道工序就会引入新的缺陷；每增加一道工序就会引入新的缺陷；2.2.高一级的筛选可以代替低一级的筛选，低一

34、级高一级的筛选可以代替低一级的筛选，低一级的不能代替高一级的；的不能代替高一级的；3.3.印制电路板进行印制电路板进行不不通电的温度循环可筛选通电的温度循环可筛选出大部分元器件缺陷；出大部分元器件缺陷；4.4.从技术效果、故障可探测性、费效比等方从技术效果、故障可探测性、费效比等方面进行评估面进行评估52本讲稿第五十二页，共九十四页筛选试验要求筛选试验要求1.1.环境应力筛选是一种工艺，而不是一种试验；环境应力筛选是一种工艺，而不是一种试验；2.2.明显缺陷、潜在缺陷明显缺陷、潜在缺陷3.3.明显缺陷通过常规检测手段和相应的质量工序即可明显缺陷通过常规检测手段和相应的质量工序即可排除；排除；4

35、.4.潜在缺陷不能通过常规检测手段发现和排除，会在潜在缺陷不能通过常规检测手段发现和排除，会在实际使用中以早期故障的形式暴露，因此要求实际使用中以早期故障的形式暴露，因此要求100%100%筛筛选试验选试验53本讲稿第五十三页，共九十四页组件级筛选组件级筛选优点：优点：o缺陷筛选成本低；缺陷筛选成本低；o不通电即可批筛选，效率高；不通电即可批筛选，效率高；o热惯性小，能以较高的温变率进行筛选，筛选效率热惯性小，能以较高的温变率进行筛选，筛选效率高；高；缺点：缺点：o因为不通电，筛选寻找故障效率低；因为不通电，筛选寻找故障效率低；可以发现的缺陷：可以发现的缺陷：o漏检的元器件缺陷；漏检的元器件缺

36、陷；o组装工艺缺陷、剥离、破裂；组装工艺缺陷、剥离、破裂；o元器件与电路板焊点分离；元器件与电路板焊点分离；o焊接缺陷（开口、裂缝）焊接缺陷（开口、裂缝）o参数漂移、超出容差参数漂移、超出容差54本讲稿第五十四页，共九十四页单元级筛选单元级筛选1.筛选期间进行通电和检测；筛选期间进行通电和检测；2.检测效率高；检测效率高；3.能筛选出各种类型的潜在缺陷包括能筛选出各种类型的潜在缺陷包括单元各级间的接口；单元各级间的接口；4.发现设计缺陷；发现设计缺陷；5.筛选效率较低，成本较高；筛选效率较低，成本较高；55本讲稿第五十五页，共九十四页单元级筛选可筛选缺陷单元级筛选可筛选缺陷1.印制电路板组件连

37、接缺陷（接点松动、弯曲、裂口、污印制电路板组件连接缺陷（接点松动、弯曲、裂口、污染和连接器碎裂）染和连接器碎裂）2.导线连接缺陷（连接松动、插针弯曲、导线绝导线连接缺陷（连接松动、插针弯曲、导线绝缘受损及多余残留物）缘受损及多余残留物）3.输入输出连接缺陷输入输出连接缺陷4.但愿内部电缆敷设缺陷；但愿内部电缆敷设缺陷；5.组装中使用了未经筛选组件而引入缺陷组装中使用了未经筛选组件而引入缺陷56本讲稿第五十六页，共九十四页筛选类型选择筛选类型选择1.温度循环和随机载荷温度循环和随机载荷2.筛选应力组合有振动筛选应力组合有振动温度循环温度循环振动，第一次振动后必须振动，第一次振动后必须有有5个循环

38、的温度筛选个循环的温度筛选3.筛选应力拟选用加速应力，但不超过设计的极限应力；筛选应力拟选用加速应力，但不超过设计的极限应力；4.温度循环合理确定参数（低温极值、高温极值、温度变化速率、极限温度循环合理确定参数（低温极值、高温极值、温度变化速率、极限温度上的停留时间、循环次数、设备状态监测性能等）温度上的停留时间、循环次数、设备状态监测性能等）57本讲稿第五十七页，共九十四页准则准则选择温度极限的关键：选择温度极限的关键：1.考虑储存温度和最高工作温度，达到析出缺陷又不损坏好的产品，温度极考虑储存温度和最高工作温度，达到析出缺陷又不损坏好的产品，温度极限一般低于上述温度；限一般低于上述温度；2

39、.温变率以复杂的方式影响筛选效果，其选择取决于受筛产品的特温变率以复杂的方式影响筛选效果，其选择取决于受筛产品的特性和预期的缺陷性质；性和预期的缺陷性质；3.温变率不小于温变率不小于5/min;4.温度达到稳定的时间（温度达到稳定的时间（D1）取决于选用的准则，浸泡时间（）取决于选用的准则，浸泡时间（D2）一是保证发生蠕变和完成功能测试，找出一般温度下不会显示的故）一是保证发生蠕变和完成功能测试，找出一般温度下不会显示的故障。钎料松弛所需的时间一般障。钎料松弛所需的时间一般5min，功能测试的时间取决于测试，功能测试的时间取决于测试的参数量；的参数量；5.温度循环次数、设备状态、无故障循环次数

40、、随即振动谱形、量值、温度循环次数、设备状态、无故障循环次数、随即振动谱形、量值、振动轴向要求、检测仪表测试设备参照标准和产品特性制定。振动轴向要求、检测仪表测试设备参照标准和产品特性制定。58本讲稿第五十八页，共九十四页环境应力容差环境应力容差箱内温度梯度应小于箱内温度梯度应小于1/m；箱内温度不超过筛选温度的箱内温度不超过筛选温度的2；振动试验控制点谱形和按功率谱计算的容差分贝数应按照环境预示的谱形振动试验控制点谱形和按功率谱计算的容差分贝数应按照环境预示的谱形执行，一般为执行，一般为3dB，高频部分，高频部分6dB，计算公式：，计算公式：dB=10lgW/W0；均方根加速度容差不大于；均

41、方根加速度容差不大于1.5dB（dB=20lgGRMS/GRMS0）；）；试验时间的允差为标称值的试验时间的允差为标称值的1%.59本讲稿第五十九页，共九十四页1.1.常规筛选用于可靠性增长、鉴定验收试验的预处理手段和生产常规筛选用于可靠性增长、鉴定验收试验的预处理手段和生产过程的质量控制过程的质量控制2.2.定量定量ESSESS是筛选的高级阶段（对产品提出定量的可靠性目标要求，是筛选的高级阶段（对产品提出定量的可靠性目标要求，对筛选后产品中无可筛选却显得概率和置信度提出定量要求；对对筛选后产品中无可筛选却显得概率和置信度提出定量要求；对筛选成本提出阈值要求，并且要求具备定量筛选成本提出阈值要

42、求，并且要求具备定量ESSESS所必需的数据）所必需的数据）筛选功用筛选功用60本讲稿第六十页，共九十四页主要变量：主要变量：引入缺陷密度、筛选检出度、缺陷析出密度、残留缺陷密度引入缺陷密度、筛选检出度、缺陷析出密度、残留缺陷密度1.引入缺陷密度（引入缺陷密度（DIN）决定于制造过程中从元器件和制造工艺两方面引入的）决定于制造过程中从元器件和制造工艺两方面引入的潜在缺陷密度；潜在缺陷密度；2.筛选检出度（筛选检出度（TS）决定于筛选所选用的应力把引入的潜在的缺陷加速发展成）决定于筛选所选用的应力把引入的潜在的缺陷加速发展成故障的能力（已与该应力对应的筛选度故障的能力（已与该应力对应的筛选度SS

43、度量）和所用监测仪表把这些故度量）和所用监测仪表把这些故障检测出来的能力（以检出效率障检测出来的能力（以检出效率DE度量）；度量）；3.残留缺陷度（残留缺陷度（DR）和缺陷析出密度（）和缺陷析出密度（F）取决于引入缺陷密度和筛选检出度；）取决于引入缺陷密度和筛选检出度；定量筛选定量筛选61本讲稿第六十一页，共九十四页可靠性验证试验包括可靠性鉴定试验及可靠性验收试验；可靠性验证试验包括可靠性鉴定试验及可靠性验收试验；（摸底和可靠性试验）可靠性筛选试验的基础（摸底和可靠性试验）可靠性筛选试验的基础环境适应性的依据环境适应性的依据验证试验验证试验62本讲稿第六十二页，共九十四页1.由于产品的复杂性和

44、新技术的应用，产品设计需要一个不断深化的由于产品的复杂性和新技术的应用，产品设计需要一个不断深化的过程过程2.设计和工艺的缺陷导致试验和初始使用中，故障和问题较多，需要有设计和工艺的缺陷导致试验和初始使用中，故障和问题较多，需要有计划针对性地采取纠正措施，根除隐患，实现可靠性增长，贯穿于产计划针对性地采取纠正措施，根除隐患，实现可靠性增长，贯穿于产品的寿命周期内；品的寿命周期内；可靠性增长试验可靠性增长试验63本讲稿第六十三页，共九十四页1.通过分析和试验发现故障源（在研制阶段产品性能基本达到规定要求之后通过分析和试验发现故障源（在研制阶段产品性能基本达到规定要求之后进行暴露缺陷的试验和分析）

45、进行暴露缺陷的试验和分析）2.发现问题的反馈发现问题的反馈3.根据发现的问题，所采取的行之有效的措施根据发现的问题，所采取的行之有效的措施概括为：试验概括为：试验分析分析改进（改进（TAAF）过程。）过程。实现可靠性增长的三个因素实现可靠性增长的三个因素64本讲稿第六十四页，共九十四页1.依靠分析、设计实施可靠性增长；依靠分析、设计实施可靠性增长；2.依靠试验实施可靠性增长（专门安排在实验室中所作的可靠性增长试验；依靠试验实施可靠性增长（专门安排在实验室中所作的可靠性增长试验；利用性能试验、功能试验、环境试验、环境应力筛选等实验发现问题；利用性能试验、功能试验、环境试验、环境应力筛选等实验发现

46、问题；内场试验和外场试验相结合）；内场试验和外场试验相结合）；3.依靠生产经验实施可靠性增长；依靠生产经验实施可靠性增长；4.依靠使用经验实施可靠性增长；依靠使用经验实施可靠性增长；可靠性增长的方法可靠性增长的方法65本讲稿第六十五页，共九十四页1.故障故障缺陷；即使是合格品，也可能存在缺陷；缺陷；即使是合格品，也可能存在缺陷；2.故障缺陷的关系和区别：故障缺陷的关系和区别：3.NASA规定空间项目的器件管理和控制要求的标准中规定，不作特殊说明时，用于寿规定空间项目的器件管理和控制要求的标准中规定，不作特殊说明时，用于寿命保证和任务完成所不可缺少的或关键性应用场合的么一批元器件类型，都应做命保

47、证和任务完成所不可缺少的或关键性应用场合的么一批元器件类型，都应做DPA；4.欧洲空间局（欧洲空间局（ESA）在）在ESA空间系统的器件选型、采购和控制的标准中规定，承包商应对空间系统的器件选型、采购和控制的标准中规定，承包商应对器件按统一日期代号的种类各取器件按统一日期代号的种类各取3只做只做DPA，承包商不得委托生产厂承担，承包商不得委托生产厂承担DPA或者委托有资或者委托有资质的第三方独立实验室。质的第三方独立实验室。DPA66本讲稿第六十六页，共九十四页1.欧洲检测项目欧洲检测项目14个：外部目检、机械性能电性能测试、个：外部目检、机械性能电性能测试、X射线照相、密封射线照相、密封性检

48、测、可焊性、抗溶性、引线牢固性、开帽、微剖面、内部目检、键合性检测、可焊性、抗溶性、引线牢固性、开帽、微剖面、内部目检、键合强度、扫描电子显微镜、芯片剪切（美标增加：颗粒碰撞噪声检测、内部强度、扫描电子显微镜、芯片剪切（美标增加：颗粒碰撞噪声检测、内部水汽含量监测和内部结构）水汽含量监测和内部结构）2.DPA项目增删的依据是出现问题的频率和用较少的样品获得较多的质项目增删的依据是出现问题的频率和用较少的样品获得较多的质量和可靠性信息；量和可靠性信息；DPA要求要求67本讲稿第六十七页，共九十四页1.简化、普通、寿命试验和全项四个等级；简化、普通、寿命试验和全项四个等级；2.简化级项目占普通级的

49、简化级项目占普通级的75%，占寿命试验级的，占寿命试验级的69%，占全项的，占全项的56%，提高，提高等级的原则是以简化级项目为基础，再增加新的项目，不是任意组合项目等级的原则是以简化级项目为基础，再增加新的项目，不是任意组合项目达到一定数量后等级就提高。达到一定数量后等级就提高。3.IC简化级包括简化级包括7个项目（必做外部目测、开帽、内部目检、键合强度、个项目（必做外部目测、开帽、内部目检、键合强度、芯片剪切；选做机械和电测）芯片剪切；选做机械和电测）DPA等级等级返回目录返回目录68本讲稿第六十八页，共九十四页5.1 可靠性设计管理体系可靠性设计管理体系目的：目的：通过审查分析，发现疑点

50、和薄弱环节，纠正潜在设计缺陷，为设计改进指通过审查分析，发现疑点和薄弱环节，纠正潜在设计缺陷，为设计改进指明方向，加速设计成熟；明方向，加速设计成熟；作用：作用：1.1.评价设计是否满足合同要求，是否符合可靠性规范、标准和准则；评价设计是否满足合同要求，是否符合可靠性规范、标准和准则；2.2.发现和确定设计的薄弱环节可高风险区域；发现和确定设计的薄弱环节可高风险区域；3.3.对研制试验、检查程序、维修资源预先考核；对研制试验、检查程序、维修资源预先考核；4.4.检查和监督可靠性保障大纲的实施；检查和监督可靠性保障大纲的实施；5.5.减少设计修改，缩短研制周期，降低生命周期费用。减少设计修改，缩