可靠度期末告

1、可靠度期末報告陳德祥壹、前言：可靠度工程是現(xiàn)代科技管理的重要技術，為促進工業(yè)技術升級，產(chǎn)品高級化與精密化不可缺少的重要科技之一，內(nèi)容包括可靠度之規(guī)劃、試驗量測、管制、分析、矯正及評估等，其主要目的乃使產(chǎn)品於特定使用下及規(guī)定期間中，成功地遂行其指定功能以達成任務需求之可靠度目標?？煽慷裙こ碳夹g發(fā)展始於1950年左右，經(jīng)過先進工業(yè)國家多年之努力，在電子零件與裝備可靠度方面，經(jīng)驗與技術也逐漸在累積。今日的品質(zhì)管制技術與觀念由於可靠度之介入，變得更具有積極性意義?？煽慷仁瞧焚|(zhì)的重要特性之一，尤其電子技術發(fā)展快速，不管是家電或工業(yè)機器，電子零件使用數(shù)量日益增加，可靠度的問題也日益重要。因為電子裝備出廠檢

2、驗時沒有問題，但使用時卻可能因一個電子零件的故障（因工藝不良，品質(zhì)缺陷等原因）而導致全裝備失效，以致遭到嚴重的損失，因此工業(yè)先進國家對此問題均非常重視，在電子零件故障率的降低上極力研究發(fā)展。近年來日本在這方面的成就已凌駕他國之上。1970年代中期，美國境內(nèi)使用的彩色電視機故障率統(tǒng)計結果，西方國家製品為日本製的五倍，其原因就是日本追求品質(zhì)極為認真。為了量測半導體的故障率，其他國家使用每十萬小時故障數(shù)為單位，日本的使用單位卻是每一億小時的故障數(shù)。有一家日本電子系統(tǒng)製造商就其國內(nèi)、外採購的半導體故障率提出報告，指出國外進口產(chǎn)品的故障率約為其國產(chǎn)品的五倍，組裝為系統(tǒng)而使用時約為四倍。其他電子零件在日本

3、也逐漸達到3PPM（Parts Per Million每百萬一個）水準的品質(zhì)保證。這就說明了日本製產(chǎn)品何以在品質(zhì)上享有盛譽的原因。也顯示了一個觀念，就是可靠度的提高與設計品質(zhì)有極為非常密切的關係。新產(chǎn)品設計時若不考慮可靠度，把品質(zhì)設計進入，則日後無論如何加強檢驗的品管，均不可能提高品質(zhì)，可靠度管理的目的就在於從設計開始就予以適當?shù)膶б?、?guī)劃，以致於最終使用階段。假設某一公司設有品保部門，負責品質(zhì)保證體系的建立及管理，則其可靠度管理通常應包括下列重點工作：1. 建立可靠度保證體系：擬定可靠度計畫執(zhí)行方案，確立各項任務，劃分職掌，排定時程，教育訓練等。 2. 確保設計可靠度：其工作包括可靠性目標分

4、析及配當，可靠性預測，可靠度設計分析，零件及材料選擇及鑑定，以可靠性發(fā)展、鑑定、接收等試驗及其他方式評價可靠度等。 3. 加強製程可靠度：管制零件及材料，執(zhí)行有效的挑選試驗，以淘汰不良品。 4. 失效分析及管理：例如設計時要執(zhí)行失效模式及效應分析，使用中的失效也要分析，建立失效資料庫以作為改進及新技術發(fā)展的重要參考。以上是擇要的敘述可靠度工作，其中如可靠度預測、設計分析、可靠度試驗、失效模式及效應分析、有效的挑選試驗方法等，均為重要的可靠度技術，也是國內(nèi)目前亟應加強研究、推廣的品保技術之一。以下將針對產(chǎn)品發(fā)展階段的可靠度計畫作一介紹。貳、可靠度計畫產(chǎn)品的可靠度在設計完成時即已賦與，正確的製造及

5、嚴格的品質(zhì)管制並不能提高其可靠度，而只能維持其所賦與的可靠度，如果設計時所賦與的固有可靠度不能符合既定的目標，即使所有產(chǎn)品均為合格品，亦不可能滿足顧客的需求，因此新產(chǎn)品之發(fā)展，在管理上及工藝上所面臨最重要且最具挑戰(zhàn)性的工作，為在發(fā)展階段如何將“可靠度”設計於產(chǎn)品中，於試製過程中設法使產(chǎn)品達到設計目標，並在正式生產(chǎn)前建立有效的檢驗試驗程序及有效的品質(zhì)管制方案，以維持產(chǎn)品之可靠度水準。就系統(tǒng)效益（System effectiveness）的觀念來講，可靠度工程所包含的工作項目及方法，必須配合設計、製造及品保部門的分工合作，相互配合，在共同的體認及品質(zhì)意識的提高下，才能經(jīng)濟有效的推展可靠度的工作。一

6、、可靠度工作項目及內(nèi)容可靠度計畫為產(chǎn)品研究發(fā)展階段相當重要的工作，其主要工作項目說明如下：1. 操作壽命輪廓定義：每一重要的壽命週期（Life Cycle）事件必須予以確認，指出其必須執(zhí)行的功能、操作模式、開關循環(huán)條件、事件持續(xù)時間、裝備的位置及條件（包裝、儲存、裝架等）。2. 環(huán)境需求定義：每一壽命週期事件中（包括包裝、搬運、儲存、運輸及操作等）所遭遇的環(huán)境水準及持續(xù)時間均需定義清楚。個別的環(huán)境條件再組成系統(tǒng)環(huán)境規(guī)格，必要時每一次系統(tǒng)單元需各別建立環(huán)境規(guī)格。3.可靠度需求定義：壽命週期中的每一階段均需建立系統(tǒng)數(shù)量化可靠度需求，並使系統(tǒng)符合系統(tǒng)效益需求。4.可靠度配置：系統(tǒng)可靠度決定後，應使用

7、適當?shù)臄?shù)學方法將可靠度配置到各次系統(tǒng)及組件水準，以建立各別的設計需求。5. 系統(tǒng)效益分析：系統(tǒng)基本需求的建立需分析使用者的要求（Need）如可用性（Availability）和可依賴性（Dependability）等。6. 設計準則定義：為確保設計符合需求，進入設計階段前需先建立設計準則以引導設計。典型的設計準則包括零件應用即減額定（Derating）準則，優(yōu)先使用的零件名單，非標準件管制需求，機械及熱的設計需求，覆置（Redundancy）設計等。7. 設計分析：設計分析工作包括：電力的機械的及熱的應力分析，（經(jīng)計算或量測以確保設計符合設計準則，或建立設計安全邊際），機械的及電力的公差分析（

8、經(jīng)計算以確保設計的適當性、互換性及特定性能均能達成）環(huán)境分析（經(jīng)設計分析以確保設計能忍受預期的使用環(huán)境），故障模式效應及嚴重性分析（確認設計的故障模式，並執(zhí)行矯正以改進其忍受能力），不良線路分析（Sneak Circuit Analysis，確認及消除線路中造成不良功能或妨礙預期功能的潛在通路）。8. 可靠度模式定義：系統(tǒng)或裝備應建立其功能方塊圖和可靠度數(shù)學模式，並敘述功能的相互關係。9. 可靠度預測：系統(tǒng)或裝備應執(zhí)行可靠度預測，以提供其符合可靠度需求的信心。預測所採用的失效率數(shù)據(jù)應予指定。10. 綜合（Integrated）試驗計畫：系統(tǒng)或裝備的研究發(fā)展計畫應儘早建立綜合試驗計畫，以期能充分

9、利用各階段的各種試驗結果，並減少重複試驗。綜合試驗計畫包括下列各類試驗：a. 可靠度發(fā)展試驗為了使裝備可靠度符合需求，需執(zhí)行足夠的發(fā)展試驗。本類試驗通常包括一系列試驗，分析所有失效並矯正後再重複試驗，直到有足夠證據(jù)顯示該裝備具備通過可靠度品質(zhì)鑑定試驗的能力為止。b. 環(huán)境發(fā)展試驗為了使裝備符合環(huán)境最低需求，需執(zhí)行足夠的環(huán)境發(fā)展試驗，包括單一及複合環(huán)境試驗，本類試驗通常包括一系列試驗，分析所有失效並矯正後再重複試驗，直到有足夠證據(jù)顯示該裝備具備足夠能力為止。c.環(huán)境品質(zhì)鑑定試驗試驗目的為證明根據(jù)文件、製程、可靠性計畫、品質(zhì)計畫所製造的硬品能在所訂環(huán)境條件下順利的操作。d. 可靠度品質(zhì)鑑定試驗試驗

10、的目的為提供硬品可靠度符合或超過需求的信心。試驗計畫應事先擬定或指定。e. 可靠度接收試驗可靠度接收試驗的目的在提供硬品可靠度繼續(xù)維持需求水準的信心。試件數(shù)量以逐批抽樣方法決定，或全數(shù)試驗。試驗計畫應事先擬定或指定。f. 燒入及挑選試驗電子總成組件，零件均應執(zhí)行燒入及挑選試驗，以保證裝備在執(zhí)行品質(zhì)鑑定或接收試驗前已將工藝缺陷及其他夭折問題剔除。g. 失效重現(xiàn)（Recurrence）管制計畫計畫係指執(zhí)行失效數(shù)據(jù)收集，故障分析及矯正行動以避免失效重現(xiàn)。h. 趨勢分析硬品性能數(shù)據(jù)，可靠性評價數(shù)據(jù)及失效報告均應分析以確認及修正與規(guī)範不合之處，性能或可靠性方面的不良趨勢及其他未曾發(fā)現(xiàn)之問題。i. 零件品

11、質(zhì)鑑定為保證設計上所用的零件及材料均經(jīng)過鑑定（包括環(huán)境、性能、可靠性及其他品質(zhì)參數(shù)）並保證供應商有適當?shù)钠焚|(zhì)保證計畫，應建立適當?shù)墓苤瞥绦?。j. 文件及改變審查正式生產(chǎn)的設計藍圖及規(guī)範必須經(jīng)過審查以保證可靠性及品質(zhì)保證規(guī)定均能適當?shù)墓苤啤Ｈ魏胃淖冃杞?jīng)過核準以確?？煽啃缘木S持。k. 程序管制組合步驟、製造說明試驗步驟、程序管制步驟等，均應經(jīng)過審查以管制可靠性。檢驗結果和試驗數(shù)據(jù)應予監(jiān)查以發(fā)掘新的或潛在的問題。l. 庫存監(jiān)督庫存和現(xiàn)場使用的裝備應持續(xù)的監(jiān)督其失效趨勢，資料回饋後作為修改生產(chǎn)程序，接收試驗步驟之重要參考。2. 可靠度與系統(tǒng)效益系統(tǒng)效益為系統(tǒng)完成其任務程度的一種衡量標準，其為可靠度（R

12、eliability簡稱R）可用性（Availability簡稱A）及設計能力（Capability簡稱C）的函數(shù)。即E=R*A*C其中： （） （()）平均失效間隔時間（Mean Time Between failure）平均修護時間（Mean Time to Repair）由系統(tǒng)之效益來衡量整個產(chǎn)品，較能做全盤考慮，並能訂定適當?shù)目煽慷饶繕?，如果產(chǎn)品的可靠度較低，則必須有較高的可維護性才能達到相同的系統(tǒng)效益。茲將以上三因素的關係及其相關項目列表如下：o 信賴水準 維護程序 設計能力 o 環(huán)境條件 平均修理時間 誤差機率 o 失效率 週期測試 作用時間 o 減額定 缺點找尋及矯正 §

13、; 備份件原則三、新產(chǎn)品發(fā)展各階段可靠度工作內(nèi)容1. 概念定義階段a. 主要工作· 定義壽命週期輪廓b. 相關工作· 定義環(huán)境條件 · 可靠度配置 · 定義計量化可靠度目標需求 · 可靠度規(guī)範及合約建立c. 主要支持工作· 系統(tǒng)效益分析2. 設計發(fā)展階段a. 主要工作· 建立設計準則（規(guī)格） · 修正可靠度模式及試造b. 相關工作· 失效模式及效應分析（FMEA） · 可靠度發(fā)展試驗 · 可靠度預估 · 環(huán)境發(fā)展試驗 · 雛形試造 · 可靠度評估c. 主要

14、支援工作· 零件品質(zhì)鑑定 · 矯正行動 · 訂定減額定（derating）準則 · 趨勢分析 · 決定品質(zhì)鑑定及接收試驗條件程序及接收拒收準則3. 品質(zhì)鑑定階段a. 主要工作· 可靠度品質(zhì)鑑定試驗b. 相關工作· 環(huán)境品質(zhì)鑑定試驗 · 故障分析 · 可靠度評估c. 主要支援工作· 矯正行動 · 零件品質(zhì)鑑定 · 趨勢分析 · 燒入及挑選試驗4. 品質(zhì)接收階段a. 主要工作· 可靠度品質(zhì)接收試驗b. 相關工作· 環(huán)境品質(zhì)接收試驗 · 故障

15、分析 · 可靠度評估c. 主要支援工作· 矯正行動 · 趨勢分析 · 零件品質(zhì)鑑定 · 修改審核 · 庫存管制 · 製程管制 · 燒入及挑選試驗 · 四、可靠度工作之分工整個可靠度工作和品質(zhì)管制工作一樣，是整體的分工合作，相互配合才能發(fā)揮效用，不是僅一個單位所能擔負，產(chǎn)品發(fā)展初期就應有完善的可靠度計畫，建立有效的管制，綜合設計，製造及品保部門共同參與，俾期在既定的時程及預算下，經(jīng)濟有效的達成可靠度目標，其概略分工及執(zhí)掌說明如下表：備註1代表主要部門 2、3代表協(xié)助部門項目可靠度工作內(nèi)容負責部門管制設計製造

16、品保1壽命週期輪廓定義12332環(huán)境需求定義22313可靠度需求定義31324可靠度配置32315可靠度預測21326系統(tǒng)效益分析12327設計準則定義21338失效模式及效應分析31329可靠度發(fā)展試驗213210環(huán)境發(fā)展試驗323111環(huán)境品鑑試驗223112可靠度鑑定試驗223113可靠度接收試驗322114燒入及挑選試驗331215失效管制233116資料分析及管制233117製程管制231218庫存管制2331五、可靠度計畫之規(guī)劃1. 系統(tǒng)效益之規(guī)劃，其程序為規(guī)劃下列工作a. 壽命週期輪廓 b. 可靠度目標 c. 使用環(huán)境條件 d. 系統(tǒng)效益之需求 e. 功能及失效準則 f. 有效性

17、需求 g. 系統(tǒng)介面上述之關係如下圖：2. 可靠度預測a. 建立資料庫，利用過去經(jīng)驗及資料累積作為可靠度預測的參考 b. 建立可靠度方塊圖 c. 數(shù)學模式之應用 d. 預估系統(tǒng)之複雜性及MTBF e. 預估分系統(tǒng)之失效率 f. 預估分系統(tǒng)的MTBF及可靠度的可行性 g. 配置分系統(tǒng)之失效率及可靠度 h. 考慮覆置（Redundancy） i. 評估配置後分系統(tǒng)可靠度的可行性3. 使用環(huán)境條件 在新產(chǎn)品發(fā)展之概念及定義階段，就應確定其整個壽命歷程所遭遇的環(huán)境（如製造、裝配、包裝、搬運、儲存、運輸、操作等）並掌握可能發(fā)生之環(huán)境水準及經(jīng)歷時間，綜合個別之環(huán)境而擬定系統(tǒng)之環(huán)境規(guī)格，作為訂定環(huán)境規(guī)格及可

18、靠度試驗的依據(jù)。4. 設計審核設計審核是可靠度計畫中最有意義的步驟，為保證產(chǎn)品的設計是否合理可靠所不能缺少的手段，為一種正式的文件程序，亦為最有效的產(chǎn)品可靠度改進工具，在發(fā)展階段所有的功能特性必須被設計於產(chǎn)品中，根據(jù)統(tǒng)計資料顯示產(chǎn)品大約有40%的失效是由設計的不良所引起，設計的不良歸因於省略或缺乏實際資料之應用及對有效的資料作錯誤的評估，有時程性的一連串設計審核活動，有助於達成設計審核的目標，設計審核必須藉助委員會的方式，結合設計、製造、品保、採購等之專家，在產(chǎn)品正式生產(chǎn)前由設計部門的負責人，排訂既定的時程及不同的發(fā)展階段，包括概念、除型即產(chǎn)品品鑑等階段將產(chǎn)品的可靠度、功能、成本、維護性、製造

19、能力、操作性、行為因素、安全性、易裝配性、外觀、標準化、簡單化、及價值工程等作全盤的考慮，並視需求建立優(yōu)先順序來檢討。設計審核有關的內(nèi)容包括：a. 設計審核委員會： 包括可靠度、設計、品保、生管、採購、材料、工具設計、包裝等有關人員共同討論產(chǎn)品發(fā)展階段，設計上的問題，並採取有效的矯正措施，以確保設計的合理性。b. 互易（TRADE-OFF）研究 研究為達到既定可靠度目標，成本與效益之關係，產(chǎn)品的可靠度應藉助經(jīng)濟有效的手段來達成。c. 另件及材料 產(chǎn)品的可靠有賴於另件及材料之可靠度，因此小心的選擇及使用可靠的另件和材料將有助於達到產(chǎn)品的可靠度目標，設計部門應建立可靠度另件的資料庫以供有關人員參考

20、及使用。d. 失效模式及效應分析FMEA為一種預防技術，在設計確定之前先尋找失效的可能原因或假設失效的徵兆及可能的原因，並分析此失效對上一層次的影響，在失效未真正發(fā)生之前設法防止或減少其發(fā)生機會，以提高產(chǎn)品的可靠度。FMEA必須由失效模式做起，並仔細檢查每一項目因果關係，始可瞭解全盤狀況。對於複雜的產(chǎn)品，必須把產(chǎn)品設計功能劃分成好幾個分系統(tǒng)，每個分系統(tǒng)再劃分成更細的單元，由每個單元可能造成的失效模式及效應分析，研究採取有效的預防及矯正措施。一般而言，F(xiàn)MEA的具體目的共有下列數(shù)項：1. 累積經(jīng)驗，早期發(fā)現(xiàn)失效原因及採取因應之道 2. 促進設計改良 3. 評估可靠度成長趨勢 4. 改善操作方法，

21、及建立維護計畫的參考 5. 幫助操作人員之訓練，使其能在短期間學到正確找出失效原因的方法及採取有效的矯正措施 6. 公司人員異動時，新人到任後很快能進入狀況且對累積的經(jīng)驗及技術能制度化的保存FMEA不能與不良混為一談，不良分析僅是當不良發(fā)生後找出其癥結所在，並設法消除，而FMEA是預防的措施，有防未然的效果。FMEA之方法為在設計未確定前將系統(tǒng)（或分系統(tǒng)）之低層次組件（或另件）可能發(fā)生之失效模式列表，並考慮其對上一層次的影響，及判斷其嚴重性。另一種方法正好相反，由失效發(fā)生之現(xiàn)象逐漸由上往下判斷其可能發(fā)生的原因，一般稱之為失效樹分析（Fault Tree Analysis，F(xiàn)AT），F(xiàn)MEA加上

22、判斷其嚴重性及FAT加上其可能發(fā)生之機率分析稱之為失效模式，效應及嚴重性分析（Failure Mode Effect and Critically Analysis，F(xiàn)MECA）。設計審查之型式，以時機而言，可分為：1. 概念審查 2. 初步設計審查 3. 重要關鍵設計審查 4. 生產(chǎn)前稽核 5. 特殊審查理想之設計審查之對象，應包括每一系統(tǒng)、分系統(tǒng)及重要組件，以及這些系統(tǒng)設計發(fā)展所需要之試驗計畫。如因預算及時程之限制，至少應審查重要件，重要件的定義從字面解釋，應為系統(tǒng)中較重要之組件，其選擇標準通常為：(1) 其失效會影響安全(2) 其失效會破壞任務之完成(3) 需要特殊之包裝、搬運、運輸及儲

23、存(4) 價值昂貴(5) 需有較高之維護負擔現(xiàn)以可靠度計畫的觀點來說明設計審查，系統(tǒng)之發(fā)展首先應確立其目標，再根據(jù)系統(tǒng)目標及參考現(xiàn)有之相關標準此及規(guī)範建立此系統(tǒng)之R&M（可靠度及維護性）目標及設計準則。此時系統(tǒng)之概念及定義或發(fā)展計畫書已具雛型，應舉行概念設計審查，以確定概念及發(fā)展計畫之，Reliability&Maintainability目標是否可行。接著進行系統(tǒng)設計發(fā)展。發(fā)展過程中應進行可靠度預測，失效模式與效應及嚴重分析、維護分析等。並參照類似系統(tǒng)現(xiàn)場使用之回饋資料及設計指引進行系統(tǒng)之初步設計，初步完成即進行初步設計審查，當設計即將定型時進行關鍵性設計審查，以確定系統(tǒng)設計

24、。系統(tǒng)設計完成後，分系統(tǒng)或組件按此原則，以符合系統(tǒng)需求為目標，逐次進行，定義分系統(tǒng)設計準則，概念審查，分系統(tǒng)設計.。5.驗證程序產(chǎn)品於正式生產(chǎn)之前，應有充分的文件證明產(chǎn)品能符合所有功能規(guī)格需求及可靠度目標，利用各階段不同的試驗，以驗證產(chǎn)品的可靠度，產(chǎn)品之雛型發(fā)展階段應考慮其功能及壽命測試，最後的驗證應就整個產(chǎn)品系統(tǒng)來試驗。驗證試驗的內(nèi)容應包括：試件、測試的時間、測試的條件及測試後資料的蒐證及分析。驗證中如發(fā)現(xiàn)有不良現(xiàn)象將進一步採取矯正措施，因少許的設計改變可能大大增加產(chǎn)品的可靠度。驗證程序中對於試驗規(guī)格，製造程序及正式生產(chǎn)條件應有充分的瞭解，且應考慮因不良的操作及維護造成影響產(chǎn)品可靠度的因素，

25、並儘量用模擬的方法來發(fā)現(xiàn)設計上的弱點，在極限試驗下所產(chǎn)生的失效模式亦應採取適當?shù)姆雷o措施以確保產(chǎn)品在各種不同環(huán)境使用下的可靠度。以下簡單介紹幾種環(huán)境試驗的方法：a. 振動試驗：其是為了模擬地面運輸或產(chǎn)品操作使用時所產(chǎn)生的振動環(huán)境。所用的試驗設備是振動臺，振動臺按結構可分為機械、液壓、電磁和壓電式四種，振動試件的尺寸、重量和不同的試驗要求來進行試驗。 b. 衝擊試驗：現(xiàn)今模擬衝擊常用的方法有兩種，滑軌式衝擊機是將試件在一定的高度上，沿斜滑軌下滑與底部的障礙物相撞，而產(chǎn)生衝擊。跌落式衝擊機是把裝有試件的工作臺上升到一定高度，突然釋放而跌落，與底部的減振器（彈簧或橡皮等不同材料的減振墊）相撞而發(fā)生衝擊，這種方法目前比較廣泛地使用。 c. 模擬加速度的方法，是將試件固定在一個旋轉臂上做圓周運動，而產(chǎn)生離心力，負載大小由轉速和試件的位置而定，這種設備稱為離心機。 d. 其他的環(huán)境模擬，如溫度、濕度、鹽霧等試驗，則是採用加熱