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嘉峪檢測網(wǎng) 2021-11-29 12:29
當(dāng)所有壽命相關(guān)的試驗(yàn)全部通過且無失效發(fā)生時如何評價(jià)產(chǎn)品可靠性
作者：Julius王政
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o 一個產(chǎn)品可能有幾項(xiàng)與壽命相關(guān)的可靠性驗(yàn)證試驗(yàn)。例如，車輛中使用的電子控制模塊（我們稱之為 ECU）通常有以下四項(xiàng)與壽命相關(guān)的試驗(yàn) ，涉及溫度和濕度應(yīng)力：
§ 高溫操作耐久性 （HTOE） 試驗(yàn)
§ 高溫高濕耐久性（HTHE）試驗(yàn)
§ 功率溫度循環(huán)耐久性 （PTCE） 試驗(yàn)
§ 熱沖擊 （TS） 試驗(yàn)
o 上述四個與壽命相關(guān)的試驗(yàn)應(yīng)該會激發(fā)出各種失效機(jī)理，導(dǎo)致產(chǎn)品的累積損傷。例如一種失效機(jī)理可能是因快速溫度變化而被激發(fā)出來（如 TS 試驗(yàn)）。而另一種失效機(jī)理可能是因持續(xù)性高溫和高濕的條件下（如 HTHE 試驗(yàn)）而被激發(fā)。
o 一個意料之中的問題是，我們?nèi)绾谓Y(jié)合這四項(xiàng)試驗(yàn)的結(jié)果，從而得到整個ECU的可靠性評估結(jié)論。
我們使用此案例來說明如何解決這個問題，特別是在所有試驗(yàn)樣件均無故障地通過試驗(yàn)的狀況下。 在撰寫本文時我們采用案例研究方法，希望這是一個更直觀的方式來介紹這種技術(shù)問題，讓可靠性工程師便于接受與應(yīng)用。
1、問題和目標(biāo)
Julius正在會見一位來自Tier 1廠家的客戶，該模塊廠家是汽車企業(yè)的一級供應(yīng)商。Tier 1廠家設(shè)計(jì)并制造ECU。Steve Waller是該產(chǎn)品的可靠性工程師，最近OEM（整車制造廠）問了他一個相當(dāng)有趣的問題，Steve不知道如何回答。
[Julius] 嗨， Steve， 很高興見到你！
[Steve] 很高興見到你， Julius， 謝謝你今天來見我。
[Julius] 沒事的。Steve！我能為你做些什么？
[Steve] 你知道的，我是 一名ECU可靠性工程師，我們正在為整車制造廠A供貨。當(dāng)四項(xiàng)壽命相關(guān)的試驗(yàn)都順利通過且無故障發(fā)生時， 他們問我 ECU 的整體可靠性水平是多少？ 你能幫我嗎？
[Julius] 可以的呀，你能為我講一下這四項(xiàng)試驗(yàn)嗎，每項(xiàng)試驗(yàn)的樣本數(shù)量，每項(xiàng)試驗(yàn)在做什么以及每項(xiàng)試驗(yàn)的等效壽命？
[Steve] 可以的，我把信息列出來給你看一下。 （見下圖）
[Julius] 好的 ，那么產(chǎn)品的設(shè)計(jì)壽命是10年，對嗎？
[Steve] 是的，我們有時用較少的樣本量進(jìn)行試驗(yàn)同時延長試驗(yàn)的時間。例如，HTHE 試驗(yàn)有 5 個樣件用于試驗(yàn)，但試驗(yàn)周期約為設(shè)計(jì)壽命的1.5 倍。由于我們的試驗(yàn)箱數(shù)量有限，因?yàn)橐粋€試驗(yàn)箱內(nèi)只能放5 個ECU。
[Julius] 我了解了。 我會把你給我看的東西當(dāng)作 是正確合適的。 我的意思是，我不會質(zhì)疑你的PTCE試驗(yàn)的周期定義，或TS試驗(yàn)的停滯時間，或你在HTHE試驗(yàn)中使用的濕度水平。我只會從可靠性統(tǒng)計(jì)方面幫助你解決問題，可以嗎？
[Steve] 好的呀。
[Julius] 讓我修改一下你這個表格。（Julius拿過Steve的筆記本電腦， 并開始改變表格里的內(nèi)容，如下圖所示）
[Julius] 我添加了黃色列，只是方便我們看到每個試驗(yàn)結(jié)果的等效壽命是“設(shè)計(jì)壽命”的多少倍。例如，HTHE試驗(yàn)結(jié)果的等效壽命是設(shè)計(jì)壽命的1.5 倍。 到目前為止都沒問題吧？）
[Steve] 嗯，是的。
[Julius] 當(dāng)所有試驗(yàn)都沒有失效發(fā)生時，其實(shí)沒有很多可靠性統(tǒng)計(jì)方法可以幫助你。其中一個可用的方法是我們可以使用非?；镜亩?xiàng)式分布模型。 但這沒啥大用。你可以估計(jì)每項(xiàng)試驗(yàn)的可靠性，并將它們相乘以獲得最終的可靠性，但我?guī)缀蹩梢员ＷC最終的可靠性會很小，因?yàn)槊宽?xiàng)試驗(yàn)沒有足夠的樣本量以支撐你使用二項(xiàng)式理論來求得高的可靠性。我問你一個問題，當(dāng)你做摸底試驗(yàn)時，你有過一些失效模式嗎？
[Steve] 是的，有一些，但不是很多，我想我們修復(fù)了幾乎所有的失效問題。
[Julius] 給我講講好嗎？
[Steve] 嗯，大多數(shù)失效都來自熱沖擊試驗(yàn)。我們遇到過焊點(diǎn)開裂、小器件損壞等。在高溫高濕試驗(yàn)中，有一些元器件的電氣問題發(fā)生，但提高了防水等級來解決這些問題。
[Julius] 不錯呀！你碰巧有熱沖擊試驗(yàn)中焊點(diǎn)開裂問題的威布爾分布的β值嗎？
[Steve] 我們沒有威布爾分布的β值。但我有數(shù)據(jù)（Steve拿出數(shù)據(jù)） 我該怎么處理它？
[Julius] 是這樣的，我們可以使用焊點(diǎn)開裂的 Weibull 分布β值作為已知數(shù)值。這里我有個假設(shè)，大概率下如果ECU它失效了，它就會以這種焊點(diǎn)開裂方式失效。事實(shí)上沒人知道真正的失效會是什么，但是從摸底試驗(yàn)和驗(yàn)證試驗(yàn)的結(jié)果來看，只有焊點(diǎn)開裂這失效最突出，另外那個元器件提高了防水等級的問題，我就當(dāng)它是百分之一百解決，不會再現(xiàn)了。有了這個信息，我們可以使用一種不同的方法稱為"Weibull Chi-Square"（威布爾卡方），來幫助你評估ECU的可靠性。請稍等（Julius將數(shù)據(jù)放入自己的筆記本電腦，并生成以下威布爾圖表。）
[Julius] 看起來威布爾分布的β值大約是 5.2 。我可以將此信息放入我的軟件中，并快速提供你想要的答案。
兩分鐘后，Julius顯示以下結(jié)果。
[Julius] 結(jié)合你的所有數(shù)據(jù)以及 Weibull分布β= 5.2 ，在置信度90%的情況下，產(chǎn)品達(dá)到10 年的設(shè)計(jì)壽命時可靠度約為 97.7%。
[Steve] 能夠得到這個結(jié)果真是太好了。 非常感謝您的幫助！
[Julius] 沒問題的，以后見啦。
2. 相關(guān)理論
在這個案例里，我們使用了Weibayes方法（Abernethy（2010）），也是Nelson（1985年）提出的"威布爾卡方"方法。Lu 和Wang（2008年）在他們的文章中展示了使用這種方法的幾個例子。以下是它的公式。
· 首先必須給出β值。注：Beta值可以通過之前的數(shù)據(jù)計(jì)算獲得，例如此案例中所展示的。
· t 是試驗(yàn)時間指標(biāo)：通常是設(shè)計(jì)壽命或驗(yàn)證目標(biāo)。
· t i 是樣品 i 的試驗(yàn)停止時間 （可以是樣品 i 的失效時間或刪失時間）。.
· 其中χ2C，r是自由度為"r"的卡方分布的C百分位數(shù)（卡方值）。如果沒有失效，r = 0。
· 在Excel中，使用CHISQ.INV（C， 2（r+1））獲得卡方值。在我們的例子中， 當(dāng)r= 0時，CHISQ.INV （C，2） = 4.605）
3. 參考資料
1、Nelson, Wayne（1985），，"無失效可靠性數(shù)據(jù)分析 "，《質(zhì)量技術(shù)雜志》，第17卷，第3章，第140-146頁。
2、Lu, M. W., and Wang, C. J., (2008),，《較少或無失效的 Weibull 數(shù)據(jù)分析》，在以下這本書中， 設(shè)計(jì)可靠性和質(zhì)量的最新進(jìn)展，Hoang Pham， 編輯， Springer可靠性工程系列，ISBN 978-1-84800-112-1，2008年6月。
3、Abernethy,R.B., 《The New Weibull Handbook》，ISBN-13 978-0-9653062-3-2, 2010年4月。
來源：國可工軟
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