第六章 可靠度試驗
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第六章 可靠度試驗. :郭秉裕 : 童超塵 教授. 報告者 授課老師. 試驗與實證最大差別為試驗條件的可控性與重復性. 可靠度試驗概論 - 概說. 研發設計階段,設計人員盡其最大努力將系統與裝備的可靠度需求轉換成設計需求及參數,然後使用最佳的材料、零件,參照可用的設計指引與準則,將可靠度設計入產品中,並運用各種可靠度分析技術,確保設計品為可靠的產品。 Q:證明研製產品的品質特性是否滿足需求? 審查、 分析、模擬、預測、稽核、檢驗、試驗、實證. 研發設計時期. 當硬品完成後. 針對製程規劃執行確保硬品製造可靠度之應力篩選與保證試驗 EX: 電子裝備.

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第六章 可靠度試驗

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第六章 可靠度試驗

:郭秉裕

:童超塵 教授

報告者

授課老師


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試驗與實證最大差別為試驗條件的可控性與重復性

可靠度試驗概論-概說

  • 研發設計階段,設計人員盡其最大努力將系統與裝備的可靠度需求轉換成設計需求及參數,然後使用最佳的材料、零件,參照可用的設計指引與準則,將可靠度設計入產品中,並運用各種可靠度分析技術,確保設計品為可靠的產品。

    Q:證明研製產品的品質特性是否滿足需求?

    審查、分析、模擬、預測、稽核、檢驗、試驗、實證

研發設計時期

當硬品完成後


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針對製程規劃執行確保硬品製造可靠度之應力篩選與保證試驗 EX:電子裝備

可靠度試驗概論-可靠度試驗

  • 可靠度的基本定義中包含了四大要素,其中機率是表現物品可靠度的量度指標,另外三項:時間、環境及性能。

試驗方法廣義可靠度

  • 性能試驗:固定時間和使用條件

  • 環境試驗:固定時間和性能

  • 壽命試驗(亦稱狹義之可靠度試驗):固定性能和環境


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  • 測定試件的可靠度

  • 找出技術上的問題點並加以改善

  • 判別、比較物品的好壞,並決定合格與否

可靠度試驗之目的

量測型可靠度試驗

改善型可靠度試驗

鑑定型、確認型或認證型可靠度試驗

可靠度試驗概論-可靠度試驗


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性能或功能試驗

環境應力篩選

環境試驗

壽命或可靠度試驗

加速或加嚴試驗

定性試驗

定量試驗

改善型可靠度試驗

選別型可靠度試驗

確認型可靠度試驗

零件試驗

組件試驗

系統(產品)試驗

發展試驗

鑑定試驗

接收試驗

可靠度試驗概論-可靠度試驗

  • 結果分類

  • 技術分類

  • 目的分類

  • 組合層次分類

  • 研發程序分類

可靠度試驗之種類

:當可靠度技術資料少、過去的經驗不易活用時,或者必須在短時間發現製品的弱點或潛在缺陷,確認其品質保證程度所實施的可靠度試驗。:根據試驗結果所獲得的資料及產品的可靠度模式可以直接推測試件的可靠度值。


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可靠度試驗概論-整體可靠度試驗

整體度試驗規劃

  • 整體試驗 = 功能試驗 + 環境試驗 + 可靠度試驗。

  • 一個完整、適當的整體試驗規劃,應當強調ESS、EDT及RDGT,而後再適當地執行EQT、ERT及PRAT。

    性能試驗(Performance Test)/功能試驗(Functional Test)

  • 驗證設計可行性的試驗工作,以便及早發現設計上之缺失或弱點,適時加以改進。

    環境應力篩選

  • 利用環境應力,使電子硬品在製程因較弱零組件與不良工藝等因素所造成之非設計庛病,提早暴露而被檢測出來,因而得以採取修改行動或將之剔除。


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可靠度試驗概論-整體可靠度試驗

環境試驗(Environmental Test)

  • 利用模擬的試驗設備,驗證試件承受或抵抗環境應力的耐用能力。參考資料美軍標準MIL-STD-810D(1983)

  • 環境發展試驗(Environmental Development Test, EDT)

  • 設計驗證試驗(Design Verification Test, DVT)

  • 環境接收試驗(Environmental Acceptance Test, EAT)

  • 環境鑑定試驗(Environmental Qualification Test, EQT)

  • 環境查證試驗(Environmental Certification Test, ECT)

:又稱環境重鑑定試驗(Environmental Re-Qualification Test),為正式生產過程中,品質狀況發生顯著變異時,視狀況定期或不定期抽樣執行。

:又稱環境評價試驗、飛行接收試驗、飛行評價試驗或飛行或操作支援試驗,為在試用、試飛之前在總成層次所做的短時間試驗,用以確定及驗證可能發生的失效。

:又稱為工程發展試驗(Engineering Development Test),在設計發展階段能夠盡快地發現新設計的缺失(即失效導向)。

:驗證設計硬品在系統的環境規格需求下,試驗硬品的功能是否能符合設計目標。

:用以鑑定硬品是否符合系統環境規格,作為可進行正式生產設計定型之依據。


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可靠度試驗概論-整體可靠度試驗

可靠度試驗(Reliability Test)/壽命試驗(Life Test)/經久性試驗

(Durability Test)

  • 驗證產品在時間方面的特性。參考規範美軍標準MIL-STD-781D(1986)和美軍手冊MIL-HDBK-781D(1986)

  • 量測試驗(Survey Test)

  • 可靠度發展/成長試驗(Reliability Development/Growth Test, RD/GT)

  • 可靠度鑑定試驗(Reliability Qualification Test, RQT)

  • 生產可靠度接收試驗(Production Reliability Acceptance Test, PRAT)

廣義可靠度成長可分為表面成長和階梯成長兩種。表面成長是因為篩除試件中的較弱零件及不良工藝所造成的,而階梯成長則是因為改正設計所造成的。表面成長不會由原型件轉到生產件,但是會在裝備的每一單件上重覆發生,階梯成長則由於有效的加入設計改正行動,確實會轉移到生產件上。


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  • 使用者滿意的公稱值或設計值(公稱值)

  • 最小可以接收的數值(最小值)

基本原則

規定系統設計時必須超過的下限值

最小值的定義必須很明確

可靠度試驗技術-可靠度試驗規格

試驗規格內容

  • 可靠度需求規格

  • 功能測試規格及試驗時

  • 試驗環境與應力規格


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可靠度試驗技術-失效定義與準則

  • 在試驗進行中或試驗後,裝備全部或其中任何一部分不能按其規定的性能需求正常運作,該試件即視為失效。

    相關失效

  • 所有在產品使用服勤時的正常操作情型下所發生的失效。

    非相關失效

  • 為異常狀況,或在實際服勤中不可能遭遇到的狀況下操作所發生之失效。

  • 相關失效與非相關失效

  • 可歸責失效與不可歸責失效

  • 致命失效、嚴重失效、主要失效及次要失效

失效分類


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可靠度試驗技術-可靠度試驗輪廓

  • 可靠度試驗所用之環境條件及應力位準與時間之關係,此一試驗輪廓係推導自系統實際生命週期或任務輪廓。執行試驗時所使用試驗輪廓應該為複合環境條件,此資料是對待特定的系統、載具(Platform)和操作環境等作分析,並經適當的裁適(Tailoring),才能確定而提出。

    生命週期輪廓與任務輪廓

  • 所使用的試驗輪廓必須以裝備之生命週期輪廓及任務輪廓定義為依據,經過環境輪廓分析後確定適宜的項目、位準及時間,然後依照硬品的特性及試驗設備能力等加以規劃擬定可靠度試驗的基本輪廓週期

    可靠度試驗環境條件與應力水準

  • 環境應力水準之取決:量測應力→預估應力→規範應力。


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可靠度試驗技術-可靠度試驗輪廓


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可靠度試驗技術-可靠度試驗規劃與執行

可靠度試驗程序與執行方案

  • 規定試驗目的、範圍、試驗規格、試驗設備、試驗地點、試驗程序與步驟等資料,作為試驗執行之依據。

    試驗設備

  • 一般可靠度試驗的條件多是複合環境條件,因此其試驗設備以提供試驗環境條件及判定成功與失效所需的儀具設備為主。

    試件安裝在試驗設備

  • 試件在試驗設備中的安裝方式應該模擬實際服勤使用的安裝情形,試件周圍的空氣流動情形也應該模擬預期的操作狀況,並且安排必要的連接器與附屬儀器設備。


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可靠度試驗技術-可靠度試驗規劃與執行

性能參數量測

  • 裝備應該量測的性能參數以及量測頻率應該由專案計畫單位予以規定。當任何一項必需的性能參數不在規定的範圍內時,即記錄為一次失效。

    試驗紀錄

  • 試驗日誌與資料紀錄

  • 裝備失效紀錄

  • 失效摘要記錄

  • 失效的標籤

  • 失效報告


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可靠度試驗技術-可靠度試驗規劃與執行

失效報告、分析與改正行動

  • 最有效的方法為閉路的『失效報告、分析與改正行動系統』(Failure Report, Analysis and Corrective Action System),簡稱為FRACAS,『失效報告、分析與改正作業體系』。 主要目的: 1.確認問題,作為設計改正之資料,使設計符合規格需求。 2.作為品質狀況之重要資料,並藉以印證FMEA或FMECA資料之重要性,並進一步發掘事先未能發現的失效模式,採行矯正措施。3.提供可靠度分析所需之參考數據。

    預防維護

  • 除非經過專案計畫單位特別許可,否則裝備在進行可靠度鑑定試驗或換修時不能夠採取任何額外的預防維護作業。


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可靠度試驗技術-可靠度試驗規劃與執行

試驗時間累積

  • 在試驗循環中只有裝備『加』功率部分的時間才可以累積為試驗時間,而且所有的功能都應該按規定操作。操作循環以外所累績的操作時間不能列入計算。

    失效改正後再試驗

    試驗後試件之整修

  • 裝備在完成可靠度鑑定試驗之後應該經過整修並且恢復至可以滿意操作的狀態;失效的組件以及已經劣化但尚未超出規定的公差範圍的組件都應該更換。

1.試驗符合拒收決策之後2.試驗拒收前之主要設計變更3.試驗拒收前之次要設計變更

更原則設計變


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環境應力篩選-概說

  • 環境應力篩選(Environmental Stress Screenign)簡稱ESS,乃利用外加的環境壓力,使潛在於電子硬品中製程中因較弱零組件與不良工藝等因素所造成之非設計瑕疵提早發生而暴露出來,然後利用各種適切的檢驗或檢測方法,將這些帶有瑕疵的產品找出來予以刪除,或採取改正行動加以檢修,以便提高硬品之製造品質,維持設計時賦予之水準。


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Infant mortality period

Wear-out failure period

Random failure period

Bathtub curve

環境應力篩選-ESS之基本原理


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Main population

Freak population

Infant population

環境應力篩選-ESS之基本原理


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以一般簡單的功能測試

藉由外加壓力

須靠設計的改良

環境應力篩選-ESS之基本原理


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環境應力篩選-執行ESS之效應

  • 確認具有潛伏性庛病的零組件。

  • 發掘作業人員不純熟或疏忽所造成的工藝不良。

  • 降低較高產品組合層次失效退修或報廢的機率,減低時程延誤、節省產品製造和維修整體成本。

  • 提早汰除早么期失效,亦即降低使用時的失效率,提高MTBF或可靠度,增強使用者的信心。

  • 在研發階段可協助早期發現設計問題,提高設計之可靠度,並可藉此縮短研發時程。


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環境應力篩選-常用之ESS規格

  • 環境應力篩選主要參考料為美國環境科學學會(Institude of Environmental Science, IES)所發行之指引(guidelines),在各種常用的篩選應力中,按其篩選效率加以比較,依次為溫度循環、隨機振動、高溫、電性應力…等,其中溫度循環和隨機振動的效率最佳,各約佔77 % ~ 79 %和21 % ~ 23 %。


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環境應力篩選-常用之ESS規格

溫度循環

隨機振動

不同硬品組合層次之應用

溫度範圍溫度變化率循環數硬品操作狀態

振動頻譜振動值(單位: Grms)振動時間硬品操作狀態


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環境應力篩選-建立有效率之ESS制度

  • 目前公認ESS為保證產品之品質與可靠度較為可行的技術,為發揮ESS應有的功能,必須針對產品的特性,並配合由零件、模組、單機到系統的製程與品管檢試。

    ESS制度的特質與工作內容

  • 特質:

  • 有效率的篩選環境應力……。

  • 符合成本效益。

  • 適當的檢驗與功能測試。

  • 選用環境應力不超過產品之設計強度……。

  • 具有健全失效處理與改正行動體系……。

  • 工作內容:

  • 不同的篩選環境項目及應力水準對產品產生的效應分析。

  • 產品於篩選中可能產生的潛在疵病項目的定義。

  • 篩選後的產品使用情形的分析。

  • 環境應力對硬品不同組合層次的定義。

  • 整個ESS成本效益分析模式的建立。


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環境應力篩選-建立有效率之ESS制度

制定ESS程序的重點

  • 篩選的環境應力與使用及設計的環境規格無直接相關。

  • 篩選的應力水準不可超過產品設計強度。

  • 應先對產品的振動特性及熱傳性作深入的分析。

  • 複合環境的效益與單一環境並沒有很大的差異。

  • 篩選產品組合層次的選擇,對於成本及篩選效率有很大的影響

  • 決定ESS應力的主要條件在於其效率。

  • 篩選的結果一定要做詳細的分析,並根據分析的結果隨時修訂 ESS的程序。


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環境應力篩選-建立有效率之ESS制度

制定ESS程序的流程


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結語

  • 本章之重點僅在探討產品研究發展階段,環境條件與可靠度之間的關係,實際上可靠度問題所涉及的範圍甚為廣泛,包括有儲存老化、維護性等項目,然可靠度試驗為其不可或缺的一環,要掌握產品的可靠度,就必須徹底做好可靠度實驗計畫。

  • 綜合測驗第12、13題


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