可靠度是对产品可靠性的度量（浅谈可靠性与产品质量的关系）

可靠度是对产品可靠性的度量（浅谈可靠性与产品质量的关系）浴盆曲线可靠性是质量的一个重要的组成内容；可靠性技术是提高产品质量的一种重要手段，它本身也形成一门独立的学科。产品的可靠程度，是衡量产品质量优劣的一个重要方面。我们的产品除了性能优良、使用安全、操作方面、外形美观、价格合理以外，还应有一个重要的要求就是工作可靠，经久耐用。大家在日常生活中，使用的产品 性能好，美观大方，价格便宜，但使用时间很短就报废了，不能用了。这样的产品人们叫它“样子货”，中看不中用。用户和消费者是不会满意的，也不会有市场，更没有回头客。这样的产品当然也被认为是质量低劣的表现。由此看来产品质量是与可靠性有着不可分割的密切关系。可靠性是衡量产品质量的一个重要指标。产品性能特性用性能指标表示，如电池的电压、内阻、容量等，它可以通过各种测量仪器及设备对性能的每一个参数逐一进行直接测试，顾客很容易就能对产品是否合格做出评价，也能对不同品牌的同类产品进行性能对比，从而判断出不同品牌

质量和可靠性的关联性

记得在和大家交流质量意识的话题时，对于人们经常提起的“物美价廉”的说法持反对意见，会反复给大家灌输“一分钱一分货，是货不便宜，便宜不是货”的思想。若要执意这么说，则至少要在“物美价廉”的说法的基础上增加“经久耐用”或“经济环保”才相对容易让人接受。这里其实就是涉及到产品质量里面的一个重要特性-可靠性。日常工作中，生产人员及检验人员对产品性能接触的很多，但对可靠性接触的很少，主要为品质工程师、研发技术人员及实验室人员知道的相对较多。今天就同大家掰扯下这个可靠性，以便为后续六西格玛工具-可靠性系列专题文章埋下伏笔，做下铺垫。

质量是指一组固有特性满足要求的程度。质量概念的关键是“满足要求”，这些“要求”必须转化为有指标的特性，作为评价、检验和考核 的依据。由于顾客的需求是多种多样的，所以反映产品质量的特性也是多种多样的。它包括:性能、尺寸、可靠性、安全性、环保性、经济性和美观性等。

从上述质量的概念可知，可靠性只是产品质量特性的一个指标或一部分。可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。产品终止规定功能就称为失效，也称为 故障。产品按从发生失效后是否可以通过维修恢复到规定功能状态，可分为可修复产品和不可修复 产品。如汽车属于可修复产品，日光灯管属不可修复产品。习惯上，终止规定功能，对可修复产品 称为故障，对不可修复产品称为失效。可靠性定义中的“三个规定”是理解可靠性概念的核心。“规定条件”包括使用时的环境条件和工作条件。产品的可靠性和它所处的条件关系极为密切，同一产品在不同条件下工作表现出不同的可靠性水平。一辆汽车在水泥路面上行驶和在砂石上行驶同样里程，显然后者故障会多于前者，也就是说使用环境条件越恶劣，产品可靠性越低。“规定时间”和产品可靠性关系也极为密切。可靠性定义中的时间是广义的，除时间外，还可以是里程、次数等。同一辆汽车行驶 1 万公里时发生故障的可能性肯定比行驶 1 千公里时发生故障的可能性大。也就是说，工作时间越长，可靠性越低，产品的可靠性和时间的关系呈递减函数关系。“规定的功能”指的是产品规格书中给出的正常工作的性能指标。衡量一个产品可靠性水平时一定要给出故障 (失效)判据，比如锂电池的循环寿命1000周，容量保持率低于多少则判为故障要明确定义，否则会引起争议。因此，在规定产品可靠性指标要求时一定要对规定条件、规定时间和规定功能给予详细具体的说明。如果这些规定不明确，仅给出产品可靠度要求是无法验证的。例如某款锂电池循环寿命的测试条件为：1） 0.5I 1 (A)电流充满电（截止电流 0.03C）后搁置10min；2）电池以 1I 1 (A)电流放电到电池下限截止电压，记录放电容量，搁置 30min；3）按照上述条件循环 500 次，要求放电容量高于首次放电容量的80%即可。标准充/放电条件、温湿度条件等具体要求参考规格书。

产品性能特性用性能指标表示，如电池的电压、内阻、容量等，它可以通过各种测量仪器及设备对性能的每一个参数逐一进行直接测试，顾客很容易就能对产品是否合格做出评价，也能对不同品牌的同类产品进行性能对比，从而判断出不同品牌产品的优劣。若产品没有或达不到规定的性能指标，则可靠性就无从谈起；另外，即使产品的性能指标很先进，但产品的可靠性很低，先进的性能指标也就不能发挥作用。因此，产品效能如何发挥，很大程度上取决于产品的可靠程度。

可靠性与性能特性的最大区别是:性能是确定性的概念，“看得见，测得到”；而产品可靠性是不确定性概念，事先“看不见”，“测不到”。产品出不出故障是偶然或随机的，无法通过仪器设备测一下就能知道。对某一具体产品在没有使用到寿命终了或出故障之前，它的真实寿命或可靠性是不知道的，只有通过进行大量试验和使用，经统计分析和评估才能获得该产品的可靠性。总之，产品可靠性是产品性能随时间的保持能力，换句话说，要长时间的保持性能就是不要出故障，不出故障或出了故障能很快维修好是产品很重要的质量特性。要使产品高可靠、好维修就要在产品开发中开展可靠性、维修性设计、试验与管理工作。这也是质量、工程技术人员为什么必须熟悉可靠性基础知识的重要原因。

可靠性的重要性

可靠性是质量的一个重要的组成内容；可靠性技术是提高产品质量的一种重要手段，它本身也形成一门独立的学科。产品的可靠程度，是衡量产品质量优劣的一个重要方面。我们的产品除了性能优良、使用安全、操作方面、外形美观、价格合理以外，还应有一个重要的要求就是工作可靠，经久耐用。大家在日常生活中，使用的产品 性能好，美观大方，价格便宜，但使用时间很短就报废了，不能用了。这样的产品人们叫它“样子货”，中看不中用。用户和消费者是不会满意的，也不会有市场，更没有回头客。这样的产品当然也被认为是质量低劣的表现。由此看来产品质量是与可靠性有着不可分割的密切关系。可靠性是衡量产品质量的一个重要指标。

浴盆曲线

图1

大多数产品的故障率随时间的变化曲线形似浴盆，如图 1 所示，故将故障率曲线称为浴盆曲线。产品故障机理虽然不同，但产品的故障率随时间的变化大致可以分为三个阶段：

(一)早期故障期

在产品投入使用的初期，产品的故障率较高，且具有迅速下降的特征。

这一阶段产品的故障主要是设计与制造中的缺陷，如设计不当、材料缺陷、加工缺陷、安装调整不当等，产品投入使用后很容易较快暴露出来。可以通过加强质量管理及采用筛选等办法来减少甚至消灭早期故障。

(二)偶然故障期

在产品投入使用一段时间后，产品的故障率可降到一个较低的水平，且基本处于平稳状态，可 以近似认为故障率为常数，这一阶段就是偶然故障期。在这个时期产品的故障主要是由偶然因素引起的，偶然故障阶段是产品的主要工作期间。

(三)耗损故障期

在产品投入使用相当长的时间后，产品就会进入耗损故障期，其特点是产品的故障率迅速上

升，很快出现产品故障大量增加直至最后报废。这一阶段产品的故障主要是由老化、疲劳、磨损、 腐蚀等耗损性因素引起的。通过对产品试验数据分析，可以确定耗损阶段的起始点，在耗损起始点 到来之前停止使用，对耗损的零件、部件予于维修、更换，可以降低产品的故障率，延长产品的使 用寿命。从图 1还可看出，产品的使用寿命与产品规定条件和规定的可接受的故障率有关。规 定的允许故障率高，产品的使用寿命就长，反之，使用寿命就短。另外，并非所有产品的故障率曲线都可以分出明显的三个阶段。高质量等级的电子产品其故障 率曲线在其寿命期内基本是一条平稳的直线。而质量低劣的产品可能存在大量的早期故障或很快进入耗损故障阶段。

可靠性主要指标

1.故障率 (Failure Rate) 在一个累积的时间内故障产品的比例；

2.可靠度（Reliability） 可靠度为产品于既 定的时间内，在特定的使用条件下，执行 特定性能或功能，成功达成工作目标的机率。

3.平均失效前时间 （MTTF，Mean Time To Failure）在不可修复的产品 在一个累积时间中失效产品的比列。是从开始到发生失效的寿命均值，也称平均寿命。

4.平均失效间隔时间 （MTBF，Mean Time Between Failures ）在可修复的产品 从一次失效到下一次失效的时间均值。

5.可用度（Availability ）当产品以标准的条件下工作 它的工作机会率。

6.维修度（Maintainability） 经由规定的程序和资源维护(maintenance)后 单元在标准

的条件下工作的机会率。

可靠性试验介绍

可靠性试验是对产品的可靠性进行调查、分析和评价的一种手段。它不仅是为了用试验数据来 说明产品是否符合可靠性定量要求，可以接收或拒收、合格与不合格等，更主要的目的是通过对产 品的可靠性试验发现产品设计、元器件、零部件、原材料和工艺方面的缺陷，以便采取有效的纠正措施，使产品可靠性增长。

可靠性试验可以是实验室的试验，也可以是现场试验。现场试验是产品在典型使用现场所进行的一种试验，因此，必须记录现场的环境条件、维修、以及测量等各种因素的影响。实验室试验是在规定的受控条件下的试验。它可以模拟现场条件，也可以不模拟现场条件。产品在不同的环境下使用就会得出不同的可靠性，但是也不可能针对每种情况分别建立起实验与使用现场之间的直接关系。在一般情况下，实验室可靠性试验应该以各种已知方式与产品的实际使用条件建立起相互关系，从而确定典型的试验剖面或试验条件。

可靠性试验一般可分为工程试验和统计试验。工程试验包括环境应力筛选试验和可靠性增长试验；统计试验包括可靠性鉴定试验和可靠性验收试验。

一、环境应力筛选试验

环境应力筛选试验是通过在产品上施加一定的环境应力，以剔除由不良元器件、零部件或工艺 缺陷引起的产品早期故障的一种工序或方法。这种早期故障通常用常规的方法和目视检查等是无法发现的。环境应力不必准确模拟真实的环境条件，但不应超过产品设计能耐受的极限，其大小应根据产品总体要求确定。对电子产品施加的环境应力最有效的是随机振动和温度循环应力；锂电产品常见的环境实验一般包含振动、热冲击、温度循环、低气压、高温、低温、撞击、盐雾、跌落等项目。

不论是产品开发阶段，还是批生产阶段早期，环境应力筛选在元器件、组件、部件等产品层次上都应 100%的进行。在批生产阶段后期，对组件级以上的产品可根据其质量稳定情况抽样进行。环境应力筛选试验不能提高产品的固有可靠性，但通过改进设计和工艺等可以提高产品的可靠性水平。

二、可靠性增长试验

可靠性增长试验是一个在规定的环境应力下，为暴露产品薄弱环节，并证明改进措施能防止薄弱环节再现而进行的试验。规定的环境应力可以是产品工作的实际环境应力、模拟环境应力或加速变化的环境应力。

可靠性增长试验是通过发现故障、分析和纠正故障、以及对纠正措施的有效性而进行验证以提高产品可靠性水平的过程。一般称为试验-分析-改进。增长试验包含对产品性能的监测、故障检测、故障分析及其以减少故障再现的设计改进措施的检验。

试验本身并不能提高产品的可靠性，只有采取了有效的纠正措施来防止产品在现场工作期间出现重复的故障之后，产品的可靠性才能真正提高。产品开发和生产过程中都应促进自身的可靠性增长。

三、加速寿命试验

随着科学技术的发展、高可靠长寿命的产品愈来愈多，许多电子元器件在正常的工作条件下其 寿命可达数百万小时以上。这种情况在工作条件下进行寿命试验已变得不现实，因此，在不改变产品的失效机理的条件下，通过提高工作环境的应力水平来加速产品的失效，尽快地暴露产品设计过程中的缺陷，发现故障模式，称这种超过正常应力水平下的寿命试验为加速寿命试验。

加速寿命试验有如下三种常见的试验类型。

（1）恒定应力加速寿命试验。在恒定应力加速寿命试验中，根据产品的失效机理选定一组逐渐升高的应力水平，它们都高于正常应力水平，在每个应力水平上投放一定量的受试样品进行寿命试验，直到每个应力水平均有一定数量的样品出现失效为止。

（2）步进应力加速寿命试验。先选定一组高于正常应力水平的加速应力水平，将受试样品在选定加速水平下由低向高逐渐提高应力水平，在每个水平上进行规定时间长度的寿命试验。这里规定时间长度一般视试验进行情况而定，一般原则是要在不同的加速应力水平上有一定量的累积失效样品。

（3）序进应力加速寿命试验。序进应力加速寿命试验与步进应力加速寿命试验原理基本相同，只是应力的改变是随时间连续变化的而非跳跃式增加。

四、可靠性测定试验

可靠性测定试验的目的是通过试验测定产品的可靠性水平。电子产品的寿命多为指数分布，其测定试验是从 t=0 时刻起投入若干产品进行寿命试验，其中一种试验是累计试验到规定的时间 T*停止试验叫定时截尾试验。另一种是试验中出现的故障数到规定的，r个故障数时停止试验，叫定数截尾试验。

五、可靠性鉴定试验

为了验证开发的产品的可靠性是否与规定的可靠性要求一致，用具有代表性的产品在规定条件下所作的试验叫可靠性鉴定试验，并以此作为是否满足要求的依据。

可靠性鉴定试验是一种验证试验。验证试验就其方法而言是一种抽样检验程序，与其他抽样验收的区别在于，它考虑的是与时间有关的产品质量特性，如平均故障间隔时间(MTBF)。因此，产品可靠性指标的验证工作原理是建立在一定寿命分布假设的基础上。目前使用最多的是指数分布假设情形下的统计试验方案。寿命服从指数分布的定时截尾可靠性鉴定试验有标准的试验方案。例如:美国军标 MIL-STD-781D，我国军用标准 GJB899 都对试验方案有详细的规定。这类试验只要求累计试验时间，投入试验的产品数可视情况自定。一般抽 2～3 个以上产品，以便核对故障率的一致性。

六、可靠性验收试验。

用已交付或可交付的产品在规定条件下所做的试验，以验证产品的可靠性不随生产期间工艺、工装、工作流程、零部件质量的变化而降低，其目的是确定产品是否符合规定的可靠性要求。

验收试验也是一种统计试验，可采用序贯试验方案、定时或定数截尾试验方案。验收试验所采用的试验条件要与可靠性鉴定试验中使用的综合环境相同。所用的试验样品要能代表生产批，同时应定义批量的大小。

七、特殊试验。

多用于对元器件的可靠性筛选，主要方法有：1）红外线检查；2）X射线检查；3）放射性示踪检漏。4）其他等。