环境可靠性

一、基础知识

1.1 可靠性定义

        可靠性是指产品在规定的条件下、在规定的时间内完成规定的功能的能力。

        可靠性的三大要素：耐久性、可维修性、设计可靠性

        耐久性：指的是产品能够持续使用而不会故障的特性，或者说是产品的使用寿命。

        可维修性：涉及到产品在发生故障后，能够被快速、容易地修复。

        设计可靠性：设计阶段就考虑到产品的易用性和易操作性，以减少操作失误和环境因素导致的故障可能性。

        环境可靠性是指产品在特定的环境条件下，包括气候、机械、化学等环境因素影响下，能够正常工作的能力。它更侧重于产品对环境因素的适应性和抵抗能力，如温度、湿度、振动、冲击、腐蚀等

1.2 易混淆点

        环境试验是可靠性试验的基础和前提。极端地说，没有环境测试，就不可能正确识别产品质量，保证产品质量

1.3 环境试验类型

气候环境试验：

• 温度试验：包括高温试验、低温试验、温度冲击试验、温度变化试验、快速温度变化试验、高温老化试验和温度循环试验。
• 湿度试验：包括恒定湿热试验、交变湿热试验和高温高湿试验（如双85试验，即85°C高温和85%相对湿度）。
• 外壳防护等级试验：涉及IP等级的测试，如IP42、IP44、IP55、IP65、IP66、IP67和IP68等。
• 三防试验：包括盐雾腐蚀试验、湿热试验和霉菌试验。
• 特殊试验：如低气压试验、高气压试验、太阳辐射试验、淋雨试验和沙尘试验等

机械环境试验：

• 振动试验：包括正弦振动试验、随机振动试验、宽带随机振动试验、窄带随机振动试验和正弦+随机叠加试验。
• 冲击试验：包括半正弦波机械冲击试验、后峰锯齿波冲击和冲击响应谱试验。
• 其他试验：如跌落试验、碰撞试验和加速度试验等

综合环境可靠性试验：

• 温度湿度组合试验：将温度和湿度两种环境应力结合进行试验。
• 温度+湿度+振动综合试验：也称为三综合试验，同时施加温度、湿度和振动的环境应力

1.4 浴盆曲线

        浴盆曲线（Bathtub Curve）是一个用来描述产品从投入使用到最终报废整个寿命周期内失效率变化的模型。它通常被分为三个阶段：

早期失效期（Infant Mortality）：产品开始使用的初期，失效率较高，但随着时间的推移，失效率会迅速下降。这个阶段的失效通常是由于设计、材料或制造缺陷导致的。

偶然失效期（Random Failures）：也称为随机失效期，这个阶段失效率相对较低且稳定，可以近似看作一个常数。产品可靠性指标通常描述的是这个阶段，这也是产品的有效使用寿命期。

耗损失效期（Wearout）：随着使用时间的进一步延长，产品的失效率会因为老化、磨损等原因急速上升，直到产品最终报废

二、测试方法

三、设计方法

3.1 FMEA（Failure Mode and Effects Analysis，故障模式与影响分析）

FMEA是一种预防性的质量管理工具，用于在设计和制造过程中识别潜在的失效模式，并评估这些失效对产品或过程的影响。FMEA的目的是提前发现和消除产品或过程中的潜在故障，从而提高产品的可靠性和安全性。

FMEA的过程通常包括以下几个步骤：

1. 定义范围：明确FMEA的对象和目标，包括分析的系统、子系统或组件。
2. 结构分析：识别系统的组成部分，并建立它们之间的结构关系。
3. 功能分析：确定每个组成部分的功能和性能要求。
4. 失效分析：识别可能的失效模式，并分析其对系统功能的影响。
5. 风险分析：评估失效发生的概率和严重程度，并确定风险优先级。
6. 优化：根据风险分析的结果，提出改进措施并实施。
7. 结果记录：记录分析过程和结果，为未来的改进提供参考。

3.2 FIT和PPM

FIT（Failure In Time）是一种用于衡量电子产品可靠性的指标，表示在10^9（十亿）小时的操作时间内发生一次故障的概率。换句话说，如果一个产品的失效率被标注为1 FIT，那么可以预期在十亿小时的操作中，将会发生大约一次故障 。

PPM（Parts Per Million）是一个无量纲单位，通常用于表示百万分之一的比例。在可靠性工程中，PPM有时用来表示每百万个产品小时中故障发生的次数。例如，如果一个产品的失效率是100 PPM，那么在每百万产品小时的运行时间内，可以预期大约有100次故障发生 。

FIT和PPM之间的换算关系大致为：1 FIT等于每10亿小时发生一次故障，相当于每年8760小时运行下的8.76 PPM。这意味着如果一个产品的失效率是1 FIT，那么在一年（以8760小时计）的运行时间内，每百万个产品中大约有8.76个会发生故障

3.3 6σ

参考资料

环境与可靠性试验标准介绍，GB、GJB、MIL ... (sohu.com)

不良率与西格玛(σ)水平的关系 - 百度文库 (baidu.com)