工程生产中对电子产品进行高可靠研究
导读：产品在批生产种，为了保证交付给用户使用产品的可靠性满足规定要求，要在批生产的产品中，按规定抽出一定数量的产品进行可靠性验收试验，以此来验证批生产的产品是否符合可靠性定量要求,由本站硕士论文中心整理。
第1章绪论
1.1选题背景与意义
第二次世界大战期间，在英国发展航空发动机和德国研发v-2火箭过程中，“可靠性”问题被提了出来。产生的起因乃是设备装备系统的构成越来越复杂化，使用条件越来越严酷，其功能要求和保证度越来越高。在随后美国对朝战争及其对拉美、东南业驻军时期，军用电子装备的环境适应性和可靠性问题十分突出。十是在五十年代初，美国国防部成立了电子设备可靠性咨询组(AGREE，开展长达数年的可靠性问题调查、试验、分析、研究，美国也是在此时就开始了对可靠性试验的研究，并十1957年发表了著名的《AGREE报告》，该报告被公认为可靠性工程技术的理论与实践的基础和指南，首次阐述了寿命及可靠性试验的方法和程序。紧接着在六十年代的“阿波罗”登月计划和七十年代的远程地海缆通信系统工程计划实践中，可靠性技术得到了长足的发展、丰富和进步。1965年，国际电工委员会(IEC)成立了可靠性技术委员会(TC56，负责制定国际性可靠性基础标准。美国国防部也在可靠性试验方面颁布了一系列的规范和标准，如1963年颁布的MIL-STD-781《可修复的电子设备可靠性试验等级和接收拒收判据》、1967年颁布的MIL-S TD-781 B《可靠性试验一指数分布》，其中规定了一组较为完善的可靠性试验计划、试验程序及试验条件，并附有各种图表可供使用，这个标准在国际上得到广泛使用。但是由十它未规定使用综合环境应力进行试验，许多航空电子设备外场使用获得的MTBF值与实验室中按照此标准试验得到的数据相差悬殊。为此，1977年颁布了MIL-STD-781C,明确规定可靠性试验要在更符合实际工作环境的温度、湿度与振动集成的综合环境应力条件下进行。几十年来，可靠性在设计、预计、增长、试验、综合保障、物理分析、标准管理和缺陷控制等各个层面都逐步成熟化。随着电子集成技术的惊人发展，对可靠性技术也提出了新要求—实用性、简单化、兼容性和功能安全性等等。
由十近来应用十航空航天等领域电子产品的研制需求及工业水平的提高，其可靠性指标已由近十年的几百至一千小时大大提高到五千小时左右，如若按照GJB899《可靠性鉴定与验收试验》等标准提供的统计试验方案来进行试验，则试验的进度与经费已无法承受。因此，寻找更先进的试验方式已经成为of待解决的问题，近年来许多学者已经提出类似可靠性强化、可靠性加速、可靠性仿真以及可靠性综合评价等一系列变通的解决方案，其中有些已经在型号中开始应用并取得了良好的效果，但由十需要按照研制合同中的可靠性指标进行验收，通过可靠性鉴定给出电子产品的可靠性指标结论依然是必需目_有说服力的验证方法，故本文重点就可以定量考核的可靠性试验方法开展研究。
1.2可靠性试验相关概念
产品的可靠性是描述产品容不容易坏、可靠不可靠及可靠程度怎样的术语。可靠性的“性”，即事物本身所具有的能力。显然，衡量能力大小是有前提的，该前提条件在可靠性定义中作出了规定。产品可靠性的定义为:产品在规定的时间内和规定的条件下，完成规定功能的能力。完成规定功能，是指产品满足工作状态要求}fu无故障地工作。因此，要定量地了解产品的可靠性，就要明确规定时间、规定条件及规定功能与故障状态，并在实施可靠性试验时，充分考虑“规定”的前提。可靠性所涉及的领域非常广泛，包括可靠性模型、可靠性指标论证、可靠性指标分配、可靠性指标预计、可靠性设计以及可靠性试验等等，这里重点论述有关可靠性试验方面的内容。
可靠性试验通常可以分为工程试验与统计试验两大类，环境应力筛选和可靠性增长试验属十工程试验类，可靠性鉴定和验收试验属十统计试验类。可靠性试验的目的包括:
1.发现产品设计、材料和工艺方面的缺陷提高产品可靠性的关键，首先是充分利用各种可靠性设计和分析技术对产品进行精心设计。但是，即使最好的设计师所设计的产品也不可能没有缺陷，仅靠图面检查或原理演示甚至仿真试验是不可能全部发现这些设计缺陷的。实践经验表明，大约有70%左右的设计缺陷要依靠对样件进行试验来发现。可见，产品的设计缺陷主要还要依靠可靠性试验来发现，从}fu为改进设计提供信息。产品整个的设计完善过程实际上就是设计(再设计)与试验一分析一改进过程(即TAAF过程)相结合的反复叠代的过程。因此，国外有关专家把可靠性研制试验看作是产品设计的组成部分及强化设计的一种有效手段。
2.确认是否符合可靠性的定量要求或评价产品的可靠性水平从确定装备可靠性是否符合合同要求、了解产品或装备研制过程中可靠性的变化情况及进行相应决策的需要出发，验证研制生产产品的可靠性水平是最为基础性的工作。在产品进行设计定型或工艺定型时，必须清楚产品的可靠性水平是否满足合同中的规定值或最低可接收值的要求，以便为通过设计定型转入批生产的决策提供依据。同样，在产品投入批生产之后，对批生产出厂的产品要抽样进行可靠性验收试验，以保证交付给用户的产品达到规定的要求。
3.为评估和改善产品的战备完好性、任务成功性及制定维修人力、费用和保障资源计划提供信息如前所述，试验是获取产品信息的过程。各种可靠性试验，特别是在可靠性研制试验中，除了获取产品的故障信息外，还可以获取产品对应力响应特性的信息，产品薄弱环节的信息和产品功能、性能变化趋势等信息。这些信息可使人们对产品的特性有更为全面的了解，从}fU为产品研制过程后续试验大纲的设计、产品备件和维修计划的制定、保障资源的分配以及后续产品的研制提供各类有价值的信息。
产品在论证阶段确定了系统的可靠性指标，在方案阶段经分析和预计确定了分系统或单兀的可靠性指标，通过在工程研制阶段进行可靠性设计和可靠性管理与监控，在研制设计定型样机时，由十此时样机设计尚不够成熟，尚存在设计上和制造工艺上的缺陷，可靠性指标尚不能满足要求，因}fu要进行可靠性工程试验，促使其可靠性增长。设计定型时能否达到阶段性可靠性指标要求，就需要进行可靠性鉴定试验，以此来验证是否符合可靠性定量要求，如符合要求方可进行设计定型。产品通过设计定型后，经过小批试制与可靠性设计及可靠性监控和制造工艺改进，尤其是制造工艺进一步成熟，此时可靠性又有新的增长，此时产品可靠性是否达到技术要求和合同规定的最终可靠性指标要求，需要再进行一次可靠性鉴定试验进行验证，如果符合最终可靠性定量规定要求，方可进行生产定型。如果在生产过程中，在设计上和工艺上有重大的更改，仍需进行可靠性鉴定试验。产品在批生产种，为了保证交付给用户使用产品的可靠性满足规定要求，要在批生产的产品中，按规定抽出一定数量的产品进行可靠性验收试验，以此来验证批生产的产品是否符合可靠性定量要求。因此，可靠性统计试验又称可靠性验证试验。可靠性统计试验包括二种类型:
1.定时截尾试验方案:事先规定试验截尾时间，利用试验数据评估产品可靠性特征量。按试验过程中对发生故障的设备所采取的措施，又可分为有替换和无替换两种方案;
2.定数截尾试验方案:事先规定试验截尾的失效数，利用试验数据评估产品可靠性特征量。按试验过程中对发生故障的设备所采取的措施，又可分为有替换和无替换两种方案;
3.序贯截尾试验方案:序贯截尾试验方案是在试验期间，对受试产品进行连续或短时间间隔的监测，并将累积的相关试验时间和相关的故障数与确定受否接收(或拒收)或继续进行试验的判据作比较的一种试验。这种试验方案仅用十根据事先规定的判断风险来确定产品是否可以接收(或拒收)。它不能用来提供验证可靠性估计值。
无论何种统计试验方案，其中均涉及了如下一些概念，包括平均故障间隔时间(MTBF)的验证区间(OL，OU)，指在试验条件下真实MTBF的可能范围，即在所规定的置信度下对MTBF的区间估计。MTBF的观测值(点估计)}e}，指产品的总工作时间或承受规定的试验应力的累计时间除以关联责任故障数。MTBF的检验下限(}e,}，拒收的MTBF值，统计试验方案以高概率拒收MTBF真值接近e,的产品。MTBF的检验上限(eo>，可接收的MTBF值，统计试验方案以高概率接收MTBF真值接近。。的产品。鉴别比(d), MTBF的检验上限e。与检验下限e,的比值，d=6。/61。生产方风险(a), MTBF的真值等十其检验上限e。时产品被拒收的概率，当MTBF的真值大十。。时产品被拒收的概率将低十a。使用方风险(内，MTBF的真值等十其检验下限e,时产品被接收的概率，当MTBF的真值低十e,时产品被接收的概率将低十p。
1.3相关研究综述与评析
国外有关可靠性试验方面的研究集中的体现在对十美国可靠性试验标准MIL-STD-781的不断修订当中，在1963年5月15口颁布的MIL-STD-781《可修复的电子设备可靠性试验等级和接收拒收判据》中描述了4种统计试验方案，均采用概率比序贯截尾试验方法，风险率为10%和20%，鉴别比为1.5和2。在1965年12月10口颁布的MIL-STD-781A《可靠性试验一指数分布》中描述了4种试验方法的18种统计试验方案，包括标准概率比序贯截尾试验、短时高风险率序贯截尾试验、定时截尾试验和耐用寿命试验，其中定时截尾试验仅有2种试验方案，试验时间为MTBF的3倍或500小时，取其中较小者;耐用寿命试验仅有1种试验方案，并不需要判定产品合格或不合格，主要是找出故障类型，要求用2台，试验时间为2000小时。18种试验方案中风险率a最大为35%,p最大为40%，鉴别比最大为5 o MIL-STD-781A的统计试验方案总的来讲变化不是很大，方案增多了，还采用定时试验等方法，以满足当时设备环境条件严酷程度的变化和缩短试验时间的要求。1967年11月15口颁布的MIL-S TD-781 B《可靠性试验一指数分布》中描述了5种试验方法的30种试验方案，相对十781A,增加了筛选试验，用十全部产品，试验时间为50小时或MTBF的1/4，取其中较小者，其目的是去除早期缺陷的产品，以及掌握产品可靠性情况。30种试验方案所采用的风险率和鉴别比的最大值情况与MIL-STD-781A相同;序贯截尾试验方案的接收和拒收判断时间，由小数点后一位精确到后两位;根据产品生产质量情况的变化，781B采用放宽河加严试验的转换规则。MIL-S TD-781 B使用时间达10年，在所增加的试验方案中大幅度增加了定时截尾的方案，781A仅有2个，781B有18个。1977年10月22口颁布的MIL-STD-781 C《可靠性设计鉴定试验及产品验收试验(指数分布)》中描述了主要试验方案21中，还给了其它68种方案，这些方案除了与781B相同的二种外，增加了8种全数可靠性试验方案，主要出十安全和特殊需要，用十小批量生产阶段，另60种方案为定时截尾试验方案;取消了耐用寿命试验、放宽和加严转换规定以及鉴别比等十5的序贯试验方案。MIL-STD-781 C作了较大的修改，统计试验方案比较全，并使试验MTB验证值与现场MTBF的值接近，但它当时仍是作为过渡性的标准，还不是一个全面的可靠性试验标准，还要向MIL-S TD-781 D发展。十是1986年10月17口颁布了MIL-STD-781D《工程研制、鉴定和生产的可靠性试验》，并十1987年7月颁布了与MIL-STD-781D配套使用的军用手册MIL-HDBK-781，其名称为《工程研制、鉴定和生产的可靠性试验方法、方案和环境》，MIL-S TD-781 D中的内容简明扼要，Ifu将统计试验方案编入了MIL-HDBK-781，与MIL-STD-781C相同，增加了序贯试验后产品的MTBF置信
区间的估计方法。90年代，美国又修订了MIL-S TD-781 D和MIL-HDBK-781，将两者又合在一起成为MIL-HDBK-781A，有关统计试验方案的内容已经变化不大。
美国军用手册MIL-HDBK-781十1987年7月14年颁布，首次引入了MTBF保证试验方法，其后其修订版MIL-HDBK-781 A(十1996年4月1口颁布)仍保留该方法，它是采用一种无失效区间的概念来验证MTBF，它除了确证产品早期故障已经剔除外，还能保证受试产品达到最小的MTBF值。该试验与用以消除早期缺陷的环境应力筛选(ESS)联合进行。整个试验过程从ESS开始，当按选定的时间完成ESS后，产品便进入MTBF保证试验阶段，此时试验是在任务IJ面规定的环境条件下进行。
我们知道环境应力筛选的目的是剔除早期缺陷，使产品尽快进入随机失效期，即浴掀曲线底部，Ifu b_环境应力筛选适应十所有可靠性试验。
可靠性保证试验(即MTBF保证试验)是在模拟工作条件下通过无故障试验来验证产品的平均故障间隔时间(MTBF，由十它所需要的试验时间短，目_能解决产品批生产验收试验的进度和费用问题Ifu受到工程人员的广泛关注。可靠性保证试验作为产品验收试验是否合理?可靠性保证试验在短时间内验证产品很大的MTBF值的试验机理是什么?这是可靠性保证试验推广应用的技术关键和难点。
我国军用标准GJB 899-1990制定时是等效采用MIL-S TD-781 D不II MIL-HDBK-781，工业和信息化部电子第五研究所和北京大学对MIL-HDBK-781各种试验方案的统计原理进行系统研究。由十我们无法得到MIL-HDBK-781中的参考资料6"Sexton,T., 1972, MRI and RAT Evaluation Procedure, Grumman Inter-Office Memorandum, A51-340小72-264"，因对MTBF保证试验提出的背景、原理和实际应用情况得不到充分了解，不清楚MTBF保证试验机理，基十经典统计方法其使用方风险大，Ifu基十Bayes统计方法其先验分布确定的准确性等问题，使得MTBF保证试验方法没有纳入GJB899，影响其推广使用。
可靠性保证试验在工程上具有相当吸引力，以致人们不懈地去探索和尝试，从理论和工程实践上寻求MTBF保证试验工程应用可行性的依据。
可靠性保证试验是从生产方角度来考虑，它是确保鉴定试验后提交批生产的产品水平没有降低的试验。可靠性保证试验由十试验时间短，又以高概率使产品通过试验，生产方很乐意采用。但对十使用方很不利。因为当产品仅达到最低MTBF值时，可靠性保证试验以很高的概率通过试验，定时截尾试验方案，定义最低MTBF为不可接收值，是使用方对产品在MTBF上的检验下限要求，此时的接收概率不大十使用方风险p。因此没有先验信息情况下，不肩用可靠性保证试验代替标准型试验方案对产品进行鉴定、验收。
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摘要 5-6
Abstract 6
第1章 绪论 8-14
1.1 选题背景与意义 8-9
1.2 可靠性试验相关概念 9-11
1.3 相关研究综述与评析 11-13
1.4 本文的研究目标和主要内容 13-14
第2章 贝叶斯统计试验方案研究 14-22
2.1 统计试验方案类型分析 14-15
2.2 现行标准型定时截尾试验方案数学原理研究 15-16
2.3 先验分布的确定 16-17
2.4 统计试验方案设计 17-22
第3章 可靠性保证试验方案研究 22-45
3.1 可靠性保证试验公式的分析 22-23
3.2 可靠性保证试验技术的基本原理分析 23-31
3.3 可靠性保证试验工程应用的前提条件 31-32
3.4 可靠性保证试验实施程序 32-45
第4章 高可靠电子产品可靠性试验策略案例 45-60
4.1 可靠性有增长贝叶斯可靠性鉴定试验案例 45-46
4.2 可靠性无增长贝叶斯可靠性鉴定试验案例 46
4.3 某设备的可靠性保证试验案例 46-53
4.4 某液晶显示模块的可靠性保证试验案例 53-60
第5章 结论 60-65
5.1 效益评价与分析 60-63
5.2 现存问题及未来工作的展望 63-65
参考文献 65-68
攻读硕士学位期间取得的研究成果 68-69
致谢 69-70
附件 70
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