可靠性工作概述

mytomorrow · 发表于 2021-7-21 10:06

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可靠性工作概述
1.　元器件工程
电子元器件是构成电子系统或电子设备的最小单元，它直接影响电子系统的技术性和可靠性。根据电子系统的需求和牵引，1907年真空电子管的发明，1947年晶体管的发明，1958年集成电路的发明，形成了电子技术发展史上的三个里程碑。特别是20世纪60年代以集成电路为重点的微电子技术掀起了电子系统发展的新高潮。正是集成电路从小规模集成电路（SSI）、中规模集成电路（MSI）、大规模集成电路（LSI），到超大规模集成电路（VLSI）、极大规模集成电路（ULSI）和巨大规模集成电路（GSI）的发展促进了计算机产品的更新换代，也相应推动了通信、雷达、导航、控制、测量等电子产品的日新月异。新型元器件的研发成果意味着更小的体积，更低的工作电压和功耗，更高的可靠性，更长的寿命，更多的功能，更优的性能和更低的价格。
电子系统与整机的需求促进了电子元器件的发展，与此同时，电子元器件的不断发展又极大地促进了电子系统的构成体制、技术性能、可靠性和维修性的发展。世界上技术发达的国家早就重视电子系统与元器件之间的这种相互关系，投入大量资金、人力、物力，进行研发并付诸工程。如美国的民兵导弹系统，从适用的新元器件的开发研制与系统的正确选择和合理应用，到使用过程中的信息反馈、系统的管理与控制，现在又以元器件工程的概念问世。而我国电子系统研制单位普遍不了解世界和我国的电子元器件的发展动向，有些电路设计师不甚了解他所采用的元器件的诸多特性，电子元器件研制单位和厂家也不甚了解电子系统对元器件的新要求，这就需要在使用者和制造者之间架起一座桥梁，一方面让使用单位了解元器件性能的内容，另一方面让元器件的制造者在研发过程中，考虑到应用的内容，提高元器件的应用可靠性，从而增强电子系统和整机的技术性能，这就是元器件工程的工作内容。电子元器件的可靠性一定体现在应用之中的，不能孤立存在、独善其身。
2.　可靠性的工作内容
可靠性作为一门工程科学，它有自己的体系、方法和技术，下面叙述可靠性工作的基本内容和特点。
按制度和技术，可靠性可分为可靠性管理和可靠性工程，如图1.1所示。为了有效地提高产品可靠性，必须把可靠性工作的主要项目适时地安排在整个产品寿命周期内，尤其在产品研制阶段。利用可靠性工程技术，对其进行严密的控制，才能达到预期的目的。

按其性质来分，如图1.2所示，可靠性工作可分为四大类：基础工作，包括可靠性技术理论基础和可靠性基本试验及检测设备研制；可靠性技术工作，包括元件可靠性、整机可靠性、应用可靠性、可靠性评价、可靠性标准；可靠性管理工作，包括可靠性标准的管理、国家技术政策的管理、企业内可靠性质量管理和质量反馈；可靠性技术教育和技术交流。

从可靠性工作的内容可知，电子产品可靠性与设计、制造、试验和使用各个环节密切相关。其可靠性高低取决于研制、生产、检验、使用的各个阶段，而且还涉及材料、配件、仪器设备和技术管理部门。从技术知识上看，除了产品本身的设计、制造等专业知识外，还必须具备可靠性数学、可靠性物理、试验分析技术等方面的广泛知识。此外，可靠性问题还与国家经济制度、管理和技术政策密切相关。因此，开展可靠性工作，进行可靠性工程研究与试验，虽然投资大、耗时长，但必须从社会的总体应用效果来考虑，权衡得失，进行决策。
3.　可靠性数学
可靠性数学是可靠性研究中最重要的基础理论之一，它主要包括研究与解决各种可靠性问题的数学方法和数学模型，研究可靠性的定量规律。它属于应用数学范畴，涉及概率论、数理统计、随机过程、运筹学及拓扑学等数学分支，它应用于可靠性的数据收集、数据分析、系统设计及寿命试验等方面。
4.　可靠性物理
可靠性物理又称失效物理，是研究失效的物理原因与数学物理模型、检测方法与纠正措施的一门可靠性理论，它使可靠性工程从数理统计方法发展到以理化分析为基础的失效分析方法。它从本质、机理方面探究产品的不可靠因素，从而为研究、生产高可靠性产品提供科学的依据。
5.　可靠性工程
可靠性工程是对产品（零、部件、元器件、设备、系统等）的失效及其发生的概率进行统计、分析，对产品进行可靠性设计、可靠性预计、可靠性试验、可靠性评估、可靠性检验、可靠性控制、可靠性维修及失效分析的一门包含了许多工程技术的交叉性工程学科。该学科立足于系统工程方法，运用概率论与数理统计等数学工具（可靠性数学），对产品的可靠性问题进行定量的分析；采用失效分析方法（可靠性物理）和逻辑推理对产品故障进行研究，找出薄弱环节，确定提高产品可靠性的途径，并综合权衡经济、功能等方面的得失，将产品的可靠性提高到满意程度。它包括关于产品可靠性进行工作的全过程，即从对零、部件和系统等产品的可靠性方面的数据进行收集与分析做起，对失效机理进行研究，在这一基础上对产品进行可靠性设计；采用能确保可靠性的制造工艺进行制造；完善质量管理与质量检验以保证产品的可靠性；进行可靠性试验来证实和评价产品的可靠性；以合理的包装和运输方式来保持产品的可靠性；指导用户对产品的正确使用，提供优良的维修保养和社会服务来维持产品的可靠性。综上可知，可靠性工程包括对零、部件和系统等产品的可靠性数据的收集与分析、可靠性设计、预测、试验、管理、控制和评价。
6.　可靠性设计和可靠性预计
可靠性设计是可靠性工程的重要分支，是保证产品质量的基石，它规定可靠性和维修性的指标，并使其达到最优。可靠性预计是可靠性设计的内容之一，它是一种预报方法，在设计阶段即从所得的失效数据中预计产品可能达到的可靠度。在系统设计的初期，可以根据元器件的可靠性预计，完成系统的可靠性设计，完成提高系统可靠度的工作。
可靠性设计的另一个重要内容是可靠性分配，它将系统规定的容许失效概率合理地分配给该系统的零、部件，采用最优方法进行这一工作，是当前系统设计研究的方向之一。
7.　可靠性试验
通过试验测定和验证产品的可靠性，研究在有限的样本、时间和使用费用下，如何获得合理的评定结果，找出薄弱环节，提出改进措施，以提高产品的可靠性，包括例行试验、各种环境试验、寿命试验及失效率鉴定试验等。
8.　教育交流
1942年，美国麻省理工学院开始真空管的可靠性问题研究。至20世纪60年代后期，美国约40%的大学设置了可靠性工程课程。
1958年，日本成立可靠性研究委员会，从1971年起每年召开一次可靠性与维修性学术会议。
英国于1962年出版了《可靠性与微电子学》（Reliability and Microelectronics）杂志。
法国国立通信研究所也在这一年成立了“可靠性中心”，进行数据的收集与分析，并于1963年出版了《可靠性》杂志。
前苏联在20世纪50年代就开始了对可靠性理论及应用的研究。1950年起，前苏联开始研究机器可靠性问题。1964年，前苏联及东欧各国在匈牙利召开了第一届可靠性学术会议。
目前与可靠性和维修性有关的学术期刊和会议有：
IEEE Transactions on Reliability
Proceedings Annual Reliability and Maintainability Symposium
Applied Statistics
Operations Research
IIE Transactions
Journal of the American Statistical Association
Reliability Review
Naval Research Logistics
International Journal of Reliability, Quality and Safety Engineering
Microelectronics and Reliability
Reliability Engineering
Journal of Applied Reliability
可靠性工作专业性强、壁垒高，需要长期积累，且核心竞争力很难复制。从全球范围来看，真正能提供专业可靠性工程项目服务的大公司也不多。目前，可靠性研究在我国仍然属于边缘学科，仅有几家高校、科研院所与企业成立了专门的可靠性研究试验室。尽管存在着一系列的发展问题，但我国可靠性研究的发展前景仍充满希望。