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电子设备可靠性的基本概念

2019-02-14 16:00
可靠性杂坛
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电子设备可靠性的基本概念

图3

(1)早期失效期:早期失效期的失效率曲线为递减形式,即新产品失效率很高,但经过磨合期,失效率会迅速下降。形成此现象的原因主要是元器件、材料存在缺陷和生产工艺不良,工艺过程控制不严,产品后工序环境和操作条件差等所导致。为避开早期故障期,产品的早期设计、元器件的选定和保管、制造工艺的管理等是非常重要的。由于在产品的早期阶段对上述所可能存在的不良是不可能完全预测的,因此,开始时,必须对各制品进行百分之百的检查,采用比正常工作条件还要高的负荷条件进行筛选和分类,如图4所示。

电子设备可靠性的基本概念

图4

在图4中假定某制品的实际工作环境的负荷强度概率分布如图中的B分布,而设计某制品时的负荷强度概率分布曲线A应高于B(在曲线B的左侧)。由于降低成本的原因,设计的制品的负荷强度概率分布曲线A,通常不会偏离实际的负荷曲线B太多。因此,在A、B两条分布曲线之间的底部免不了会出现制品的低负荷强度部分(A曲线的左侧)落入实际负荷曲线的高负荷区(B曲线的右侧),即出现如图.4(a)中的B、A二曲线间底部的重叠区。位于该区域的制品在投入市场的初期是最易发生故障的。为此,对具有负荷强度概率分布为A的曲线的制造,在比预测的实际负荷高的负荷条件下进行筛选,以剔除早期易失效的制品,即相当于电子元器件或设备的可靠性试验中的老化试验。通过该试验相当于将曲线A左侧底部重叠的区域切除掉,使B、A二曲线之间分离开,如图4(b)所示,这样就可以达到降低早期故障的目的。(2)偶发失效期:在此期间,系统进入了连续的可靠性设计的稳定期,如图4(b)所示。在此期间实际负荷分布曲线B和制品强度分布曲线A之间没有重叠,故不存在未预期的别的因子作用而产生的故障。偶发失效期的失效率为一个平稳值,产品系统可靠性在经历早期失效期后,一些因材料和制造工艺的不良及问题得到暴露和排除,意味着产品进入了一个稳定的“使用寿命”期,其特点是失效率低,且λ(t)=λ(为常数),工作稳定。失效率λ(t)越低,可靠性越高。工业部门最常用1×10^-9h作为失效率λ(t)的单位,定义为10^6个元器件工作10^3h后出现1个元器件失效,称为1Fit。目前对元器件失效率共分为7个等级,如表1所示。

表1

电子设备可靠性的基本概念

(3)耗损失效期:随着应用时间的增加,制品强度概率分布曲线A徐徐变形而落入低负荷侧,即和实际负荷分布曲线B产生了重叠,如图4(c)所示。耗损失效期的失效率曲线为递增形式,即产品进入老年期。由于机械零部件的磨损,元器件的大量老化,制品的负荷强度不断降低,故其失效率随时间的增加而快速增加,产品需要更新。提高可靠性的措施可以是:对元器件进行筛选;对元器件降额使用,使用容错法设计(冗余技术),使用故障诊断技术等。6.故障将元器件、仪器仪表及系统等工作不可靠的事件称为故障。故障的概念直接与可靠性概念有关。由可靠性的定义可知,当设备系统的本身参数不能保持在给定的范围内时,尽管系统仍保持其工作能力,但我们也说它发生了故障。故障并不一定是元器件和零部件发生了电气损坏或机械损坏,当由元器件的参数超出了容许范围而使得系统调节受到破坏时,故障就可能发生。故障可能是随机事件或规律事件。如果许多系统中的相同元器件发生机械损耗或电气损耗,则这种故障是规律事件。以概率论及数学统计学为基础的作为一门科学的可靠性,基本上将故障看做随机事件。作为随机事件的故障可能是独立的或非独立的。若系统中一个元器件不成为其他元器件发生故障的原因,则这种故障就是独立事件。由于其他元器件发生故障而引起的故障称为非独立事件。由于老化的缘故,使得参数长期、逐渐地变化,这样也会使故障突然发生。故障可能是彻底的和间歇性的。间歇性的故障延续一段短时间后,系统就能自动恢复可靠地工作。彻底的故障则要在修理过程中将故障排除之后系统才可能可靠地工作。不影响可靠性的辅助元器件所发生的故障有时称为次要故障。这种故障与决定可靠性的故障不同。如信号灯烧毁,保护层破坏等都属于次要故障。

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