可靠性不是测试出来的，是设计出来的！
產(chǎn)品可靠性是設(shè)計(jì)出來(lái)的，生產(chǎn)出來(lái)的，管理出來(lái)的? ? ? ?——錢(qián)學(xué)森
?
一、電路是設(shè)計(jì)出來(lái)的。不要做個(gè)畫(huà)圖，要做個(gè)設(shè)計(jì)師。
?
一個(gè)電解電容緊挨著散熱片焊接的，與電解電容相關(guān)聯(lián)的那部分電路參數(shù)容易漂，現(xiàn)象和結(jié)果就是機(jī)器參數(shù)不穩(wěn)；?綠色發(fā)光二極管的色調(diào)不一致，外觀看起來(lái)不美觀，發(fā)光管都有個(gè)波長(zhǎng)的要求，即使都是綠光，波長(zhǎng)的細(xì)微差別也會(huì)導(dǎo)致色差，而設(shè)計(jì)文件上并沒(méi)對(duì)發(fā)光管的波長(zhǎng)做出規(guī)定；?某塊電路工作不好，發(fā)現(xiàn)將PCB板信號(hào)線(xiàn)的一個(gè)電感換成磁珠就好了，于是就改了BOM單，電路板上趴著個(gè)磁珠大肆生產(chǎn)了。常規(guī)理解看來(lái)，磁珠似乎和電感的特性是相同的，但事實(shí)上磁珠表現(xiàn)的是一個(gè)隨頻率變化的電阻特性，是消耗性的，而電感是儲(chǔ)能特性，是儲(chǔ)存性的削峰填谷。即使從實(shí)際結(jié)果來(lái)看，似乎更換器件后沒(méi)問(wèn)題，但其實(shí)并沒(méi)有搞通真正的器件機(jī)理。病雖然莫名其妙的好了，但病毒的隱患仍在。
?
?
還有很多類(lèi)似的問(wèn)題，比如散熱，似乎熱設(shè)計(jì)只和機(jī)箱內(nèi)溫度有關(guān)，卻忽視了一個(gè)致命的問(wèn)題，溫度系數(shù)，即使溫度不夠高到燙手的地步，溫度的升高是否會(huì)導(dǎo)致溫漂，溫漂后的參數(shù)值是否會(huì)將器件的特征參數(shù)推到電路正常工作的邊緣？?
比如降額，幾乎所有工程師都說(shuō)“我們降額了，基本降了50%，余量是足夠的，這個(gè)問(wèn)題肯定沒(méi)有”。那么降額時(shí)，所有該降額的參數(shù)都降到了安全范圍嗎？同一類(lèi)功能的器件，換了不同封裝形式或生產(chǎn)工藝的時(shí)候，一樣的降額系數(shù)能降出一樣的效果來(lái)嗎？在特定位置、特定電路下的器件，明確哪個(gè)特定參數(shù)該降的更大一點(diǎn)嗎？?
還有電磁兼容、振動(dòng)、可維修性、測(cè)試等等多方面的問(wèn)題，知己知彼，百戰(zhàn)不殆，在實(shí)際的考察中，發(fā)現(xiàn)既不知己、也不知彼的設(shè)計(jì)太多，不知己是不知道自己不知道什么，不知彼是不知道設(shè)計(jì)所面對(duì)的對(duì)象的諸多參數(shù)、條件、工藝、特性，而恰恰是由此引出了太多的技術(shù)問(wèn)題。
?
二、電子可靠性設(shè)計(jì)原則
?
電子可靠性的設(shè)計(jì)原則包括：RAMS定義與評(píng)價(jià)指標(biāo)、電子設(shè)備可靠性模型、系統(tǒng)失效率的影響要素、電子產(chǎn)品可靠性指標(biāo)、工作環(huán)境條件的確定、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與微觀設(shè)計(jì)、過(guò)程審查與測(cè)試、設(shè)計(jì)規(guī)范與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。?
?
錢(qián)學(xué)森的水平和優(yōu)勢(shì)是什么？電子、機(jī)械、軟件、測(cè)試、管理？
都不是，是系統(tǒng)方法論和工程計(jì)算。
當(dāng)我們要決策一個(gè)電路的器件選型的時(shí)候，如果有一個(gè)基本公式，直接告訴了我們應(yīng)該重視哪個(gè)指標(biāo)，器件選型和電路設(shè)計(jì)就遵循規(guī)范，自然可以提升我們的可靠性設(shè)計(jì)了。
?
例如一個(gè)插座電纜，上面要通過(guò)10A的電流，是用2根8A的導(dǎo)線(xiàn)并聯(lián)分流好呢？還是用一根14A的電纜好呢？通過(guò)可靠性模型可以輕松得到答案。?
驅(qū)動(dòng)一個(gè)發(fā)光管，是用三極管好呢，還是用運(yùn)放好呢？
?
電子產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)需要注意以下基本準(zhǔn)確：
1、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和電路應(yīng)盡量簡(jiǎn)便。
2、盡量選用成熟的結(jié)構(gòu)和典型的電路。
3、結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單化、積木化、插件化。
4、如采用新電路,應(yīng)注意標(biāo)準(zhǔn)化。
5、采用新技術(shù)要充分注意繼承性。
6、盡量采用數(shù)字電路。
7、盡量采用集成電路。
8、邏輯電路要進(jìn)行簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。
9、對(duì)性能指標(biāo)、可靠性指標(biāo)要綜合考慮。
10、應(yīng)盡量采用傳統(tǒng)工藝和習(xí)慣的操作方法。
11、應(yīng)不斷采用新的可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)。
12、在電子產(chǎn)品中,常采用的可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)包括元器件的降額設(shè)計(jì)、冗余化設(shè)計(jì)、熱設(shè)計(jì)、電磁兼容設(shè)計(jì)、維修性設(shè)計(jì)、漂移設(shè)計(jì)、容錯(cuò)設(shè)計(jì)與故障弱化設(shè)計(jì)等,有些還包括軟件的可靠性設(shè)計(jì)。
?
三、提高電路可靠性設(shè)計(jì)方法
?
電路可靠性設(shè)計(jì)方法包括降額設(shè)計(jì)（降額參數(shù)和降額因子）、熱設(shè)計(jì)（熱設(shè)計(jì)計(jì)算、熱設(shè)計(jì)測(cè)試、熱器件選型）、電路安全性設(shè)計(jì)規(guī)范、EMC設(shè)計(jì)、PCB設(shè)計(jì)（布局布線(xiàn)、接地、阻抗匹配、加工工藝）、可用性設(shè)計(jì)（可用性要素、用戶(hù)操作分析、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則）、可維修性設(shè)計(jì)（可維修性等級(jí)、評(píng)估內(nèi)容、設(shè)計(jì)方法）?
?
電路可靠性設(shè)計(jì)規(guī)范的一個(gè)核心思想是監(jiān)控過(guò)程，而不是監(jiān)控結(jié)果。
?
比如熱設(shè)計(jì)，按照熱功率密度、熱流密度的計(jì)算確定下來(lái)的散熱方法，您就不必?fù)?dān)心散熱不夠了；按照熱阻和結(jié)溫的計(jì)算方法，選定了風(fēng)扇和散熱片，只要有足夠的余量。?
?
1、降額設(shè)計(jì)
?
所謂降額設(shè)計(jì),就是使元器件運(yùn)用于比額定值低的應(yīng)力狀態(tài)的一種設(shè)計(jì)技術(shù)。為了提高元器件的使用可靠性以及延長(zhǎng)產(chǎn)品的壽命,必須有意識(shí)地降低施加在器件上的工作應(yīng)力（如：電、熱、機(jī)械應(yīng)力等）,降額的條件及降額的量值必須綜合確定,以保證電路既能可靠地工作,又能保持其所需的性能。降額的措施也隨元器件類(lèi)型的不同而有不同的規(guī)定,如電阻降額是降低其使用功率與額定功率之比;電容降額是使工作電壓低于額定電壓;半導(dǎo)體分立器件降額是使功耗低于額定值;接觸元件則必須降低張力、扭力、溫度和降低其它與特殊應(yīng)用有關(guān)的限制。
電子元器件的降額,通常有一個(gè)最佳的降額范圍,在這個(gè)范圍內(nèi),元器件的工作應(yīng)力的變化對(duì)其失效率有顯著的影響,設(shè)計(jì)也易于實(shí)施,而且不需要設(shè)備的重量、體積、成本方面付出太大的代價(jià)。因此,應(yīng)根據(jù)元器件的具體應(yīng)用情況來(lái)確定適當(dāng)?shù)慕殿~水平。因?yàn)槿艚殿~不夠則元器件的失效率會(huì)比較大,不能達(dá)到可靠性要求;反之,降額過(guò)度,將使設(shè)備的設(shè)計(jì)發(fā)生困難,并將在設(shè)備的重量、體積、成本方面付出較大的代價(jià),還可能使元器件數(shù)量產(chǎn)生不必要的增加,這樣反而會(huì)使設(shè)備可靠性下降。
?
降額的等級(jí)分為三個(gè)等級(jí),分別稱(chēng)為Ⅰ級(jí)降額、Ⅱ級(jí)降額和Ⅲ級(jí)降額。
?
Ⅰ級(jí)降額是最大降額,超過(guò)它的更大降額,元器件的可靠性增長(zhǎng)有限,而且使設(shè)計(jì)難以實(shí)現(xiàn)。Ⅰ級(jí)降額適用于下述情況：設(shè)備的失效將嚴(yán)重危害人員的生命安全,可能造成重大的經(jīng)濟(jì)損失,導(dǎo)致工作任務(wù)的失敗,失敗后無(wú)法維修或維修在經(jīng)濟(jì)上不合算等。
?
Ⅱ級(jí)降額指元器件在該范圍內(nèi)降額時(shí),設(shè)備的可靠性增長(zhǎng)是急劇的,且設(shè)備設(shè)計(jì)較Ⅰ級(jí)降額易于實(shí)現(xiàn)。Ⅱ級(jí)降額適用于設(shè)備的換效會(huì)使工作水平降級(jí)或需支付不合理的維修費(fèi)用等場(chǎng)合。
?
Ⅲ級(jí)降額指元器件在該范圍內(nèi)降額時(shí)設(shè)備的可靠性增長(zhǎng)效益最大,且在設(shè)備設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)困難最小,它適用于設(shè)備的失效對(duì)工作任務(wù)的完成影響小、不危及工作任務(wù)的完成或可迅速修復(fù)的情況。
?
2、 熱設(shè)計(jì)
?
由于現(xiàn)代電子設(shè)備所用的電子元器件的密度越來(lái)越高,這將使元器件之間通過(guò)傳導(dǎo)、輻射和對(duì)流產(chǎn)生熱耦合。因此,熱應(yīng)力已經(jīng)成為影響電子元器件失效率的一個(gè)最重要的因素。對(duì)于某些電路來(lái)說(shuō),可靠性幾乎完全取決于熱環(huán)境。所以,為了達(dá)到預(yù)期的可靠性目的,必須將元器件的溫度降低到實(shí)際可以達(dá)到的最低水平。有資料表明：環(huán)境溫度每提高10℃,元器件壽命約降低1/2。這就是有名的“10℃法則”。熱設(shè)計(jì)包括散
熱、加裝散熱器和制冷三類(lèi)技術(shù),這里筆者主要談一談散熱技術(shù)。應(yīng)用中常采用的方法：
?
第一種是傳導(dǎo)散熱方法,可選用導(dǎo)熱系數(shù)大的材料來(lái)制造傳熱元件,或減小接觸熱阻并盡量縮短傳熱路徑。
第二種是對(duì)流散熱方式,對(duì)流散熱方式有自然對(duì)流散熱和強(qiáng)迫對(duì)流散熱兩種方法。自然對(duì)流散熱應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
設(shè)計(jì)印制板和元器件時(shí)必須留出多余空間;
安排元器件時(shí),應(yīng)注意溫度場(chǎng)的合理分布;
充分重視應(yīng)用煙囪撥風(fēng)原理;
加大與對(duì)流介質(zhì)的接觸面積。
強(qiáng)迫對(duì)流散熱方式可采用風(fēng)機(jī)（如計(jì)算機(jī)上的風(fēng)扇）或雙輸入口推拉方式（如帶換熱器的推拉方式）。
第三種是利用熱輻射特性方式,可以采用加大發(fā)熱體表面的粗糙度、加大輻射體周?chē)沫h(huán)境溫差或加大輻射體表面的面積等方法。
在熱設(shè)計(jì)中,最常采用的方法是加散熱器,其目的是控制半導(dǎo)體的溫度,尤其是結(jié)溫Tj,使其低于半導(dǎo)體器件的最大結(jié)溫TjMAX,從而提高半導(dǎo)體器件的可靠性。半導(dǎo)體器件和散熱器安裝在一起工作時(shí)的等效熱路圖如圖2所示。圖中各參數(shù)的含義如下：
RTj—半導(dǎo)體器件內(nèi)熱阻,℃/W;
Tj—半導(dǎo)體器件結(jié)溫,℃;
Tc—半導(dǎo)體器件殼溫,℃;
Tf—散熱器溫度,℃;
Ta—環(huán)境溫度,℃;
Pc—半導(dǎo)體器件使用功率,W。
根據(jù)圖2,散熱器的熱阻RTf應(yīng)為：
RTf=(RTj-Ta)/Pc-RTj-RTc
散熱器熱阻RTf是選擇散熱器的主要依據(jù)。Tj、RTj是半導(dǎo)體器件提供的參,Pc是設(shè)計(jì)要求的參數(shù),RTc可以從熱設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)書(shū)籍中查到。下面介紹一下散熱器的選擇。
?
（1）自然冷卻散熱器的選擇
首先按以下式子計(jì)算總熱阻RT和散熱器的熱阻RTf,即：
RT=(Tjmax-Ta)/Pc
RTf=RT-RTj-RT。
算出RT和RTf之后,可根據(jù)RTf和Pc來(lái)選擇散熱器。選擇時(shí),根據(jù)所選散熱RTf和Pc曲線(xiàn),在橫坐標(biāo)上查出已知Pc,再查出與Pc對(duì)應(yīng)的散熱器的熱阻R'Tf。
按照R'Tf≤RTf的原則選擇合理的散熱器即可。
（2）強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱器的選擇
強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱器在選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)散熱器的熱阻RTf和風(fēng)速υ來(lái)選擇合適的散熱器和風(fēng)速。
?
3、 冗余設(shè)計(jì)
冗余設(shè)計(jì)是用一臺(tái)或多臺(tái)相同單元（系統(tǒng)）構(gòu)成并聯(lián)形式,當(dāng)其中一臺(tái)發(fā)生故障時(shí),其它單元仍能使系統(tǒng)正常工作的設(shè)計(jì)技術(shù)。冗余按特點(diǎn)分為熱冗余儲(chǔ)備和冷冗余儲(chǔ)備;按冗余程度分,有兩重冗余、三重冗余、多重冗余;安冗余范圍分,有元器件冗余、部件冗余、子系統(tǒng)冗余和系統(tǒng)冗余。這種設(shè)計(jì)技術(shù)通常應(yīng)用在比較重要,而且對(duì)安全性及經(jīng)濟(jì)性要求較高的場(chǎng)合,如鍋爐的控制系統(tǒng)、程控交換系統(tǒng)、飛行器的控制系統(tǒng)等。
?
4、電磁兼容性設(shè)計(jì)
電磁兼容性設(shè)計(jì)也就是耐環(huán)境設(shè)計(jì)。首先要明白什么是電磁兼容性問(wèn)題,電磁兼容性問(wèn)題可以分為兩類(lèi)：一類(lèi)是電子電路、設(shè)備、系統(tǒng)在工作時(shí)由于相互干擾或受到外界的干擾使其達(dá)不到預(yù)期的技術(shù)指標(biāo);另一類(lèi)電磁兼容性問(wèn)題就是設(shè)備雖然沒(méi)有直接受到干擾的影響,但不能通過(guò)國(guó)家的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn),如計(jì)算機(jī)設(shè)備產(chǎn)生超過(guò)電磁發(fā)射標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的極限值,或在電磁敏感度、靜電敏感度上達(dá)不到要求。為了使設(shè)備或系統(tǒng)達(dá)到電磁兼容狀態(tài),通常采用印制電路板設(shè)計(jì)、屏蔽機(jī)箱、電源線(xiàn)濾波、信號(hào)線(xiàn)濾波、接地、電纜設(shè)計(jì)等技術(shù)。印制電路板在設(shè)計(jì)布置時(shí),應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
各級(jí)電路連接應(yīng)盡量縮短,盡可能減少寄生耦合,高頻電路尤其要注意;
高頻線(xiàn)路應(yīng)盡量避免平行排列導(dǎo)線(xiàn)以減少寄生耦合,更不能象低頻電路那樣連線(xiàn)扎成一束;
設(shè)計(jì)各級(jí)電路應(yīng)盡量按原理圖順序排列布置,避免各級(jí)電路交叉排列;
每級(jí)電路的元器件應(yīng)盡量靠近各級(jí)電路的晶體管和電子管,不應(yīng)分布得太遠(yuǎn),應(yīng)盡量使各級(jí)電路自成回路;
各級(jí)均應(yīng)采用一點(diǎn)接地或就近接地,以防止地電流回路造成干擾,應(yīng)將大電流地線(xiàn)和沁電流回路的地線(xiàn)分開(kāi)設(shè)置,以防止大電流流進(jìn)公共地線(xiàn)產(chǎn)生較強(qiáng)的耦合干擾;
對(duì)于會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)電磁場(chǎng)的元件和對(duì)電磁場(chǎng)感應(yīng)較靈敏的元件,應(yīng)垂直布置、遠(yuǎn)離或加以屏蔽以防止和減小互感耦合;
處于強(qiáng)磁場(chǎng)中的地線(xiàn)不應(yīng)構(gòu)成閉合回路,以避免出現(xiàn)地環(huán)路電流而產(chǎn)生干擾;
電源供電線(xiàn)應(yīng)靠近（電源的）地線(xiàn)并平行排列以增加電源濾波效果。
?
5、 漂移設(shè)計(jì)技術(shù)
產(chǎn)生漂移的原因主要是元器件的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值與實(shí)際數(shù)值存在公差、環(huán)境條件變化對(duì)元器件性能產(chǎn)生影響或是使用在惡劣環(huán)境而導(dǎo)致元件性能退化等因素。
如果元器件參數(shù)值發(fā)生的漂移超出其設(shè)計(jì)參數(shù)范圍,就會(huì)使設(shè)備或系統(tǒng)不能完成規(guī)定的功能。漂移設(shè)計(jì)是通過(guò)在設(shè)計(jì)階段根據(jù)線(xiàn)路原理寫(xiě)出特性方程,然后通過(guò)收集元器件的分布參數(shù)來(lái)計(jì)算它們的漂移范圍以使漂移結(jié)果處在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)來(lái)保證設(shè)備正常使用的一種設(shè)計(jì)方法。
?
6 、互連可靠性設(shè)計(jì)
由于在大部分電子產(chǎn)品中都有接插件,為了降低這些連接部分的故障率,因此有必要進(jìn)行互連可靠性設(shè)計(jì),常采用的方法有：
注意接插件的選型,印制電路板應(yīng)盡量采用大板或多層板,以減少接插點(diǎn)：
盡量減少可拔插點(diǎn),以提高其可靠性,重要部件可采用冗余設(shè)計(jì);
兩個(gè)插頭同時(shí)相對(duì)時(shí),應(yīng)采用將其中一個(gè)固定,另一個(gè)浮動(dòng)的方式,來(lái)保證對(duì)準(zhǔn)和拔插;
采用機(jī)械固定方式;
對(duì)于常插拔的部件,最好設(shè)計(jì)成單面走線(xiàn);
連接空間應(yīng)選擇有序分割;
饋線(xiàn)和地線(xiàn)應(yīng)隱蔽安裝。
此外,在電子產(chǎn)品在可靠性設(shè)計(jì)中,有時(shí)還采用維修性設(shè)計(jì)技術(shù)、軟件可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)、機(jī)械零件可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)、故障安全設(shè)計(jì)技術(shù)以及一些新的可靠性設(shè)計(jì)技術(shù)等。
?
四、可靠性工程
?
可靠性工程是在產(chǎn)品全壽命過(guò)程中同故障作斗爭(zhēng)的工程技術(shù)，是研究產(chǎn)品故障的發(fā)生、發(fā)展，故障發(fā)生后的處理，修理、保障，以及如何預(yù)防故障發(fā)生、直到消滅故障的工程技術(shù)。
提高系統(tǒng)（或產(chǎn)品或元器件）在整個(gè)壽命周期內(nèi)可靠性的一門(mén)有關(guān)設(shè)計(jì)、分析、試驗(yàn)的工程技術(shù)。系統(tǒng)可靠性是指在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)和規(guī)定條件（如使用環(huán)境和維修條件等）下能有效地實(shí)現(xiàn)規(guī)定功能的能力。系統(tǒng)可靠性不僅取決于規(guī)定的使用條件等因素，還與設(shè)計(jì)技術(shù)有關(guān)。有組織地進(jìn)行可靠性工程研究，是20世紀(jì)50年代初從美國(guó)對(duì)電子設(shè)備可靠性研究開(kāi)始的。到了60年代才陸續(xù)由電子設(shè)備的可靠性技術(shù)推廣到機(jī)械、建筑等各個(gè)行業(yè)。后來(lái)，又相繼發(fā)展了故障物理學(xué)、可靠性試驗(yàn)學(xué)、可靠性管理學(xué)等分支，使可靠性工程有了比較完善的理論基礎(chǔ)。
?
產(chǎn)品的可靠性是設(shè)計(jì)出來(lái)的，生產(chǎn)出來(lái)的，管理出來(lái)的。可靠性工程是為了達(dá)到系統(tǒng)可靠性要求而進(jìn)行的有關(guān)設(shè)計(jì)、管理、試驗(yàn)和生產(chǎn)一系列工作的總和，它與系統(tǒng)整個(gè)壽命周期內(nèi)的全部可靠性活動(dòng)有關(guān)。可靠性工程是產(chǎn)品工程化的重要組成部分，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品工程化的有力工具。利用可靠性的工程技術(shù)手段能夠快速、準(zhǔn)確地確定產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)，并給出改進(jìn)措施和改進(jìn)后對(duì)系統(tǒng)可靠性的影響。可靠性工程具體如下圖1所示。
?
產(chǎn)品在需求分析階段、設(shè)計(jì)階段、工程研制階段和生產(chǎn)制造階段都需開(kāi)展一定的可靠性設(shè)計(jì)分析、管理、試驗(yàn)工作。
?
按照產(chǎn)品的層次結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品的系統(tǒng)層次、裝置層次、部件層次和零件層次都分別有相應(yīng)的可靠性工作內(nèi)容，即產(chǎn)品不同層次的可靠性影響因素和薄弱環(huán)節(jié)各有特點(diǎn)，需要分別開(kāi)展相應(yīng)的可靠性設(shè)計(jì)、管理、試驗(yàn)工作項(xiàng)目解決。系統(tǒng)設(shè)計(jì)師和項(xiàng)目管理者需要在產(chǎn)品的工程化角度把握可靠性工程的開(kāi)展和實(shí)施。影響器件可靠性的主要因素包括器件的種類(lèi)和數(shù)量、器件的額定工作電參數(shù)和電應(yīng)力、額定工作溫度和環(huán)境溫度、元器件的質(zhì)量等級(jí)和品質(zhì)保證等級(jí)，器件的降額特性和熱敏感特性，器件的儲(chǔ)存可靠性；影響部件可靠性的主要因素包括器件本身的可靠性與器件相互影響，主要需要考慮的因素為熱分析、電磁兼容、耐環(huán)境、信號(hào)完整性、潛通路和工藝工裝；影響裝置可靠性的主要因素包括部件之間的相互影響和結(jié)構(gòu)、工藝、連接；影響系統(tǒng)可靠性的主要因素包括冗余設(shè)計(jì)、人機(jī)工程和系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)。
建立可靠性工程體系，開(kāi)展和實(shí)施可靠性工程是產(chǎn)品高可靠性的必要條件，可靠性設(shè)計(jì)分析是可靠性工程的基礎(chǔ)，可靠性設(shè)計(jì)水平差的產(chǎn)品可靠性必然低；可靠性的設(shè)計(jì)需要可靠性管理，可靠性管理是開(kāi)展可靠性設(shè)計(jì)的技術(shù)管理保證和組織結(jié)構(gòu)保證；設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品在生產(chǎn)階段難免引入“瑕疵”，需要可靠性試驗(yàn)“暴露”。
按照鼓掌原因的統(tǒng)計(jì)，分析主要故障原因。針對(duì)主要矛盾，有針對(duì)性的制定措施，實(shí)現(xiàn)快速的可靠性提升。
可靠性工程，是將可靠性測(cè)試和設(shè)計(jì)，融入到設(shè)計(jì)過(guò)程中。
在概念階段，匯總所有可靠性需求；在計(jì)劃階段，從設(shè)備組網(wǎng)、架構(gòu)設(shè)計(jì)、冗余設(shè)計(jì)、FMEA設(shè)計(jì)等方面，對(duì)可靠性哦啊進(jìn)行考慮。
在開(kāi)發(fā)階段，對(duì)計(jì)劃的可靠性設(shè)計(jì)進(jìn)行落實(shí)；在驗(yàn)證階段對(duì)可靠性需求進(jìn)行驗(yàn)證和測(cè)試。
?
五、可靠性測(cè)試
?
從硬件角度出發(fā)，可靠性測(cè)試分為兩類(lèi)：
?
以行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或者國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)的可靠性測(cè)試。比如電磁兼容試驗(yàn)、氣候類(lèi)環(huán)境試驗(yàn)、機(jī)械類(lèi)環(huán)境試驗(yàn)和安規(guī)試驗(yàn)等。
?
企業(yè)自身根據(jù)其產(chǎn)品特點(diǎn)和對(duì)質(zhì)量的認(rèn)識(shí)所開(kāi)發(fā)的測(cè)試項(xiàng)目。比如一些故障模擬測(cè)試、電壓拉偏測(cè)試、快速上下電測(cè)試等。
?
下面分別介紹這兩類(lèi)可靠性測(cè)試。
?
1 基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的可靠性測(cè)試方法
?
產(chǎn)品在生命周期內(nèi)必然承受很多外界應(yīng)力，常見(jiàn)的應(yīng)力有業(yè)務(wù)負(fù)荷、溫度、濕度、粉塵、氣壓、機(jī)械應(yīng)力等。各種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制定者給出了某類(lèi)產(chǎn)品在何種應(yīng)用環(huán)境下會(huì)存在多大的應(yīng)力等級(jí)，而標(biāo)準(zhǔn)使用者要根據(jù)產(chǎn)品的應(yīng)用環(huán)境和對(duì)質(zhì)量的要求選定相應(yīng)的測(cè)試條件即應(yīng)力等級(jí)，這個(gè)選定的應(yīng)力等級(jí)實(shí)質(zhì)上就是產(chǎn)品測(cè)試規(guī)格。
?
在產(chǎn)品的測(cè)試階段，我們必須在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下對(duì)足夠的測(cè)試樣本一一施加相應(yīng)的應(yīng)力類(lèi)型和應(yīng)力等級(jí)，考察產(chǎn)品的工作穩(wěn)定性。對(duì)于通信設(shè)備而言，常見(jiàn)的測(cè)試項(xiàng)目至少包括電磁兼容試驗(yàn)、安規(guī)試驗(yàn)、氣候類(lèi)環(huán)境試驗(yàn)和機(jī)械環(huán)境試驗(yàn)，而上述四類(lèi)測(cè)試項(xiàng)目還包含很多測(cè)試子項(xiàng)，比如氣候類(lèi)環(huán)境試驗(yàn)還包括高溫工作試驗(yàn)、低溫工作試驗(yàn)、濕熱試驗(yàn)、溫度循環(huán)試驗(yàn)等。此類(lèi)測(cè)試項(xiàng)目還有很多，這里就不做詳細(xì)介紹。總的而言，所有的測(cè)試項(xiàng)目都屬于規(guī)格符合性測(cè)試（即PASS或者FAIL測(cè)試），試驗(yàn)的目的都是模擬產(chǎn)品在生命周期內(nèi)承受應(yīng)力類(lèi)型和應(yīng)力等級(jí)，考察其工作穩(wěn)定性。
?
2 企業(yè)設(shè)計(jì)的可靠性測(cè)試方法
由于網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的功能千差萬(wàn)別，應(yīng)用場(chǎng)合可能是各種各樣的，而與可靠性測(cè)試相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，一般情況下只給出了某類(lèi)產(chǎn)品的測(cè)試應(yīng)力條件，并沒(méi)有指明被測(cè)設(shè)備在何種工作狀態(tài)或配置組合下接受測(cè)試，因此在測(cè)試設(shè)計(jì)時(shí)可能會(huì)遺漏某些測(cè)試組合。比如機(jī)框式產(chǎn)品，線(xiàn)卡種類(lèi)、線(xiàn)卡安裝位置、報(bào)文類(lèi)型、系統(tǒng)電源配置均可靈活搭配，這涉及到的測(cè)試組合會(huì)較多，這測(cè)試組合中必然會(huì)存在比較極端的測(cè)試組合。再如驗(yàn)證該機(jī)框的系統(tǒng)散熱性能，最差的測(cè)試組合是在散熱條件機(jī)框上滿(mǎn)配最大功率的線(xiàn)卡板；如果考慮其某線(xiàn)卡板低溫工作性能，比較極端的組合時(shí)是在散熱條件最好的機(jī)框上配置最少的單板且配置的單板功耗最小，并且把單板放置在散熱最好的槽位上。
?
總之，在做測(cè)試設(shè)計(jì)時(shí)，需要跳出傳統(tǒng)測(cè)試規(guī)格和測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的限制，以產(chǎn)品應(yīng)用的角度進(jìn)行測(cè)試設(shè)計(jì)，保證產(chǎn)品的典型應(yīng)用組合、滿(mǎn)配置組合或者極端測(cè)試組合下的每一個(gè)硬件特性、硬件功能都充分暴露在各種測(cè)試應(yīng)力下，這個(gè)環(huán)節(jié)的測(cè)試保證了，產(chǎn)品的可靠性才得到保證。
?
以下舉兩個(gè)例子來(lái)說(shuō)明如何根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)設(shè)計(jì)出可靠性測(cè)試方法。
?
2.1實(shí)例一：包處理器外掛緩存（Buffer）的并行總線(xiàn)測(cè)試
為了應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的突發(fā)流量和進(jìn)行流量管理，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備內(nèi)部的包處理器通常都外掛了各種隨機(jī)訪(fǎng)問(wèn)存儲(chǔ)器（即RAM）用來(lái)緩存包。由于包處理和RAM之間通過(guò)高速并行總線(xiàn)互連，一般該并行總線(xiàn)的工作時(shí)鐘頻率可能高達(dá)800Mhz，并且信號(hào)數(shù)量眾多，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，在產(chǎn)品器件密度越來(lái)越高的情況下，產(chǎn)品很可能遇到串?dāng)_、開(kāi)關(guān)同步噪音（SSN）等嚴(yán)重的信號(hào)質(zhì)量問(wèn)題，針對(duì)上述可能遇到的問(wèn)題，我們需進(jìn)行仔細(xì)的業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)，讓相應(yīng)硬件電路的充分暴露在不利的物理?xiàng)l件下，看其工作是否穩(wěn)定。
?
串?dāng)_，簡(jiǎn)單的來(lái)說(shuō)是一種干擾，由于ASIC內(nèi)部、外部走線(xiàn)的原因，一根信號(hào)線(xiàn)上的跳動(dòng)會(huì)對(duì)其他信號(hào)產(chǎn)生不期望的電壓噪聲干擾。為了提高電路工作速率和減少低功耗，信號(hào)的幅度往往很低，一個(gè)很小的信號(hào)干擾可能導(dǎo)致數(shù)字0或者1電平識(shí)別錯(cuò)誤，這會(huì)對(duì)系統(tǒng)的可靠性帶來(lái)很大影響。在測(cè)試設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)被測(cè)設(shè)備施加一種特殊的業(yè)務(wù)負(fù)荷，讓被測(cè)試總線(xiàn)出現(xiàn)大量的特定的信號(hào)跳變，即讓總線(xiàn)暴露在盡可能大的串?dāng)_條件下，并用示波器觀察個(gè)總線(xiàn)信號(hào)質(zhì)量是否可接受、監(jiān)控業(yè)務(wù)是否正常。以16位并行總線(xiàn)為例，為了將這種串?dāng)_影響極端化，設(shè)計(jì)測(cè)試報(bào)文時(shí)將16根信號(hào)中有15根線(xiàn)（即攻擊信號(hào)線(xiàn)Agressor）的跳變方向一致，即15根信號(hào)線(xiàn)都同時(shí)從0跳變到1，同時(shí)讓另一根被干擾的信號(hào)線(xiàn)（即Victim）從1下跳到0，讓16根線(xiàn)都要遍歷這個(gè)情況。
?
開(kāi)關(guān)同步噪音也是RAM高速并行接口可能出現(xiàn)的我們所不期望的一種物理現(xiàn)象。當(dāng)IC的驅(qū)動(dòng)器同時(shí)開(kāi)關(guān)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生瞬間變化的大電流，在經(jīng)過(guò)回流途徑上存在的電感時(shí)，形成交流壓降，從而產(chǎn)生噪音噪聲（稱(chēng)為SSN），它可能影響信號(hào)接收端的信號(hào)電平判決。這是并行總線(xiàn)非常惡劣的一種工作狀態(tài)，對(duì)信號(hào)驅(qū)動(dòng)器的高速信號(hào)轉(zhuǎn)變能力、驅(qū)動(dòng)能力、電源的動(dòng)態(tài)響應(yīng)、電源的濾波設(shè)計(jì)構(gòu)成了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。為了驗(yàn)證產(chǎn)品在這種的工作條件下工作是否可靠，必須被測(cè)設(shè)備（DUT）加上一種特殊的測(cè)試負(fù)荷，即特殊的測(cè)試報(bào)文。
舉例：
如果被測(cè)總線(xiàn)為16位寬，要使所有16跟信號(hào)線(xiàn)同步翻轉(zhuǎn)，報(bào)文內(nèi)容應(yīng)該為：
FFFF0000FFFF0000
如果被測(cè)總線(xiàn)為32位寬，要使所有32跟信號(hào)線(xiàn)同步翻轉(zhuǎn)，測(cè)試報(bào)文內(nèi)容應(yīng)該為：
FFFFFFFF00000000FFFFFFFF00000000
如果被測(cè)總線(xiàn)為64位寬，要使所有64根信號(hào)線(xiàn)同步翻轉(zhuǎn)，測(cè)試報(bào)文內(nèi)容應(yīng)該為：
FFFFFFFFFFFFFFFF0000000000000000FFFFFFFFFFFFFFFF0000000000000000
如果報(bào)文在DUT內(nèi)部的業(yè)務(wù)通道同時(shí)存在上述位寬的總線(xiàn)，業(yè)務(wù)測(cè)試必須加載上述的報(bào)文，看DUTUUT在每種報(bào)文下工作是否正常，同時(shí)在相應(yīng)總線(xiàn)上進(jìn)行信號(hào)測(cè)試，看信號(hào)是否正常。
?
2.2實(shí)例二：熱測(cè)試
?
熱測(cè)試通過(guò)使用多通道點(diǎn)溫計(jì)測(cè)量產(chǎn)品內(nèi)部關(guān)鍵點(diǎn)或關(guān)鍵器件的溫度分布狀況，測(cè)試結(jié)果是計(jì)算器件壽命（如E-Cap）、以及產(chǎn)品可靠性指標(biāo)預(yù)測(cè)的輸入條件，它是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中的一個(gè)重要的可靠性活動(dòng)。
?
一般而言，熱測(cè)試主要是為了驗(yàn)證產(chǎn)品的熱設(shè)計(jì)是否滿(mǎn)足產(chǎn)品的工作溫度范圍規(guī)格，是實(shí)驗(yàn)室基準(zhǔn)測(cè)試，這意味著為了保證測(cè)試結(jié)果的一致性，必然對(duì)測(cè)試環(huán)境進(jìn)行嚴(yán)格要求，比如要求被測(cè)設(shè)備在一定范圍內(nèi)無(wú)熱源和強(qiáng)制風(fēng)冷設(shè)備運(yùn)行、表面不能覆蓋任何異物。但實(shí)際上很多產(chǎn)品的工作環(huán)境跟上述測(cè)試環(huán)境是有差異的：
?
有些產(chǎn)品使用時(shí)可能放在桌子上，也可能掛在墻上，而這些設(shè)備基本上靠自然散熱，安裝方法不同會(huì)直接影響到設(shè)備的熱對(duì)流，進(jìn)而影響到設(shè)備內(nèi)部的溫度分布。因此，測(cè)試此類(lèi)設(shè)備時(shí)必須考慮不同的安裝位置，在實(shí)驗(yàn)室條件把設(shè)備擺放在桌子熱測(cè)試通過(guò)，并不代表設(shè)備掛在墻上熱測(cè)試也能通過(guò)。
?
有些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在網(wǎng)吧行業(yè)用得比較多，幾臺(tái)設(shè)備疊在一起使用比較常見(jiàn)，做類(lèi)似產(chǎn)品的熱測(cè)試時(shí)，必須考慮到產(chǎn)品在此情況下熱測(cè)試是否符合要求。
?
一些機(jī)框式設(shè)備，由于槽位比較多，風(fēng)道設(shè)計(jì)可能存在一定的死角。如果被測(cè)對(duì)象是一塊業(yè)務(wù)板，而這塊可以隨便插在多個(gè)業(yè)務(wù)卡槽位，熱測(cè)試時(shí)必須將被測(cè)板放在散熱最差的槽位，并且在其旁邊槽位插入規(guī)格所能支持的大功耗業(yè)務(wù)板，后讓被測(cè)單板輔助單板和滿(mǎn)負(fù)荷工作，在這種業(yè)務(wù)配置條件下進(jìn)行熱測(cè)試。
?
針對(duì)不同的產(chǎn)品形態(tài)，硬件可靠性測(cè)試項(xiàng)目可能有所差異，但是其測(cè)試的基本思想是一致的，其基本的思路都是完備分析測(cè)試對(duì)象可能的應(yīng)用環(huán)境，在可能的應(yīng)用環(huán)境下會(huì)承受可能工作狀態(tài)包括極限工作狀態(tài)，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下制造各種應(yīng)力條件、改變?cè)O(shè)備工作狀態(tài)，設(shè)法讓產(chǎn)品的每一個(gè)硬件特性、硬件功能都一一暴露在各種極限應(yīng)力下，遺漏任何一種測(cè)試組合必然會(huì)影響到對(duì)產(chǎn)品的可靠性。
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的可靠性不是测试出来的，是设计出来的！的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。
- 上一篇： 黔东南天气预报软件测试,黔东南天气预报1
- 下一篇： java 中 的 =,java 中的 |