可靠度
2011-12-04 22:05:28   来源:   点击:

    可靠度(Reliability)技术之发展始於1950年代,美国为解决战场之极低的装备开箱存活率与过高的维修备份零件需求,於1952年特别成立电子装备可靠度顾问小组(Advisory Group on the Reliability of Electronic Equipment,简称AGREE)处理军品的可靠度问题。

    AGREE对「可靠度」的定义为:「物品於既定的时间内,在特定的工作与环境条件下,执行特定性能或功能,圆满成功达成任务的能力或机率。」

    早期电子产品多为真空管,随着电子零件发展,逐步由半导体取代,同时可靠度工作亦渐趋完善,两者技术成长有着密切关系,为追求产品可靠度,须从设计、制造、安装、使用与维护整个生命周期全面考量。经过多年发展,完整的可靠度工作定义与架构,详美军标准MIL-STD-785B《系统与装备之发展与生产可靠度计画》,其在1980年发行的B版标准将一个研究与生产专案计画的可靠度工作依属性分为︰计画监测与管制、设计与评估、发展与生产试验等三大类,参考此架构由组织与管理、设计与评估、发展与试验等构面择要说明可靠度之工程实务。

    1.可靠度组织与管理

    1.1可靠度工程

    产品为企业依约交付予顾客之货物或服务,可靠度正是交付产品後之时间品质,企业运用各种管理、设计与分析手法,将可靠度需求规划转换为产品特性参数(如品质机能展开),再借助设计审查、零件选用与验证试验等技术,以便事先预防交货後可能发生的失效现象,确保产品达到可靠度目标,并有效提昇顾客满意度,另外,相关讯息汇集为可靠度资料库,可供未来研发产品之基础,此即可靠度工程,完整工程架构如图(可靠度工程架构图)所示。

    1.2可靠度管理

    可靠度为广义的品质保证活动之一,由前述定义知道可靠度与操作时间及产品寿命关系密切。而品质管制则与符合规格的情形有关,通常与时间并无太大关联,同时也很少以效能的机率来表示,仅为产品符合适用规格、标准或工艺准则之程度。所以产品高品质不一定等同於高可靠度,比如电子装备之零件虽符合规格要求,但在系统中与其他组件一起使用仍能发生问题,其原因可能是因为对於零组件的界面缺乏认知,此即为可靠度问题,必须藉由应力分析、失效分析与设计审查等手法的应用,依据分析与审查的结果而选择较适切的零件,换言之,对不适用的零件,严密的品质管制可能难以改变可靠度不佳的事实。

    可靠度管理同样具有规划、执行、查核与行动之P-D-C-A循环机能,在可靠度工作中,产品可靠度目标预测与订定、可靠度计画研拟与确定、可靠度组织与分工是属於规划性质,各项可靠度作业激励、命令与实施是属於执行性质,产品可靠度评定与评估、可靠度作业管制与稽核是属於查核性质,而各种可靠度工作之作业单位间协调、可靠度改善对策订定、改善行动执行与跟催等则是属於行动性质。可靠度管理的职责又分为可靠度政策制定、可靠度组织规划与分工、可靠度作业系统订定、市场调查与产品规划研究、可靠度计画管理、可靠度审查与稽核、分包/供应商可靠度计画管理和可靠度资讯系统等。

    1.3设计审查

    设计审查(Design Review)主要用於评定设计方案可行性、确立产品设计符合专案需求与发掘产品设计与制造潜在问题,是可靠度工作的关键项目。因为设计审查可集合各专业人员智慧,贡献各自工程考量,使研发更加完美,同时扩大设计人员视野,掌握相关界面问题,有效提昇可靠度,连带也降低研发成本,根据国外对电子产业的可靠度与维护度研究,开发设计支出仅占研发产品各阶段费用15%,而各阶段设计审查对产品整个生命周期的成本决定90-95%,意谓着扎实的设计审查,可避免研发产品费用的投入风险。

    为有效执行设计审查,首先需要确立组织,由企业高层支持的主委与各专业委员组成设计审查委员会,在主委有效带领下,广纳各方建言,提供研发产品必要的忠告。

    车辆电子系统为得到高品质与可靠度,可参考美国SAE J1938(1998)《车辆电子系统之设计与制程检核表》,提供一份完整指引,以确保车辆电子系统设计之各个构面符合最初设计要求;主要分为设计与制程两大块,各自检核项目已反应车辆使用环境,并植基於优良工程实务与过去车厂经验,唯车辆电子系统差异颇大,为确保设计审查之完整性与有效性,可以此标准为基础,参酌各企业与产品特性建立专属检核表,以有效支应设计审查,确保研发产品之品质可靠。

    2.可靠度设计与评估

    2.1可靠度设计

    可靠度是产品的重要品质特性,也是产品设计参数之一,在研发产品的过程中,由设计人员努力植入产品,以符整个寿命周期要求。特别是车辆产品属於精密且复杂系统,若缺乏完整的可靠度设计与分析,将难以立足竞争激烈的市场。为此,首先要确定产品的可靠度需求,再运用各种适切的设计方法,并应导入各种分析手法,在研发产品的设计过程中,将可靠度需求转换为各级特性参数,以事先预防使用时可能发生的失效现象,确保产品达到可靠度要求。

    2.2可靠度预估

    车辆产品的性能日益提昇,构造也渐趋复杂,如何在研发初期有效预估可靠度,提供可靠度期望值之设计指引,协助可靠度现况与规定需求之定量评估,以作为相关单位决策的参考依据,落实产品可靠度设计。可靠度预估方法有:

    (1) 类似装备法。

    (2) 类似复杂性法。

    (3) 类似功能法。

    (4) 零件计数法。

    (5) 应力分析法。

    电子零件为车辆电子系统之基础,不论以零件计数法或是应力分析法来预估系统之可靠度,零件失效率为基本资料,现行标准有MIL-HDBK-217与Telcordia SR-332等。

    2.3使用条件分析

    车辆产品缺乏完善的可靠度设计与分析,是无法在竞争激烈的市场上占有一席之地。为达到此目标,要先确定产品的可靠度需求,然後运用各种适切的设计方法与程序,导入各种分析手法,在产品的设计过程中将可靠度需求转换成各层次的设计特性参数,如此才能事先预防在使用时可能发生的失效现象,达到确保产品可靠度水准的目的。因此,在进行设计时,必须针对操作使用之工作条件、遭受之环境条件与必要之维修条件等三项进行分析工作,以便掌握使用条件,奠定设计基础。

    2.4零件与材料选用

    车辆产品对可靠度的重视与要求,特别是精密的电子系统,更需完善的可靠度设计与分析作业。为达到此目标,首先要确定产品的可靠度需求,然後运用各种适切的设计方法,导入各种分析技术,在产品设计过程中将可靠度需求转换成各层次的设计特性参数,选用合适的零件与材料,才能确保产品可靠度水准。

    2.5失效分析

    可靠度是产品之品质特性或能力指标,由产品功能定义与实际使用结果加以比较而得,其反面就是不可靠度,不可靠的原因正是产品失效,无法圆满达成预期的任务。因此,若要解决可靠度问题,特别是从设计方面着手,则必须先了解发生失效原因与相关资讯,如此才能确实掌握问题真因,采取适切改正行动,达到消弭失效、提昇可靠度目的,而失效分析正是为达此目的所须执行的可靠度作业。失效分析方法有:

    (1) 失效模式与效应分析(FMEA)。

    (2) 缺陷树分析(FTA)。

    (3) 单点失效与共同模式分析(SP&CM)。

    (4) 潜行线路分析(SCA)。

    其中FMEA为常用的失效分析方法,并已纳为ISO/TS 16949之必要技术项目。

    3.可靠度发展与试验

    3.1可靠度试验概论

    凡是与产品失效与失效所致效应有关而执行的各种试验统称为可靠度试验。进行可靠度试验是为了在产品研发与制造过程中,评价、验证、保证或提高产品可靠度,以确保交货後,在规定时间内与使用条件下,能够达到规定的可靠度指标。在研发阶段,设计人员尽其最大努力将产品的可靠度需求转换成设计需求与参数,然後使用最佳的材料、零件,参照可用的设计指引与准则,将可靠度设计植入产品,再配合量测方法,确认设计品是否达到目标,并将讯息纳入可靠度资料库,以利未来作业。在设计概念形成後,先运用可靠度设计技术,确保设计品可靠,不过,其只能提供一些定性资讯,当设计逐渐定型後,可应用分析技术预测可靠度特徵值,至於产品实际的可靠度程度,则须运用可靠度试验技术获得,同样纳入资料库。

    3.2可靠度应力筛选

    可靠度应力筛选为环境应力筛选的扩充,是现代高科技产品盛行的品质与可靠度保证方法,所有的电子产品,从零组件、模组、到最终成品,不论是在研发阶段或量产阶段,除传统的品质管制检验外,可靠度应力筛选已经是必然要求的程序。

    3.3可靠度寿命试验

    执行可靠度试验正是为了在产品的研发与制造过程中,评价、验证、保证或提高产品可靠度,以确保交货後,在规定的使用时间内与规定的使用条件下,能够就达到规定的可靠度指标提供有关的数据。故广义的可靠度试验包括性能试验、环境试验、寿命试验与应力筛选。唯可靠度特别强调产品的时间绩效品质,因此狭义的可靠度试验专指寿命试验。寿命试验是获得可靠度数据的主要来源与进行可靠度设计的分析基础,通过寿命试验可以掌握产品研发与设计阶段的潜在问题,确认是否需要进行设计修改或变更,并可作为改善後的可靠度指标以利评定与验证。  

    中文关键字: 可靠度 , 设计审查 , 可靠度预估 , 失效分析 , 可靠度试验

    英文关键字Reliability , AGREE , Design Review , FMEA

    参考资料

    1. 王宗华。《可靠度工程技术手册》。台北:中华民国品质学会。1996(民国85年)
    2. 彭鸿霖。《可靠度技术手册》。2000(民国89年)
    3. 褚政怡。2009。〈车用EPB系统之可靠度设计〉。《品质月刊》,45卷8期:34-41。
    4. http://www.assistdocs.com/search/search_basic.cfm

相关热词搜索:

上一篇:雪山隧道
下一篇:失效报告、分析与改正行动系统