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产品可靠性，你可知"多少"?——产品的寿命
2019-12-19 20:06:08· 来源：臭皮匠试验室
关于可靠性这块，大致会按照如下逻辑进行归纳总结：
1. "质量"与"可靠性"
2. 产品的寿命
3. 可靠性目标的确认
4. 置信水平与样本数
5. 加速模型
本文是对第2部分的介绍。
产品的寿命
01 "寿命"的定义
开始解读之前，先了解下几个"寿命"的概念：
设计寿命：对象在规定环境条件下的设计使用寿命，单位为年或小时，一般为10~15年。
运行寿命：对象每年的运行小时数X设计寿命的年数，单位为小时。
服役寿命：对象在开始出现失效之前的运行时间、启动次数、热循环次数或振动冲击次数。
最大条件：车辆启动时的最低温度，车辆运行时的最高温度、最大湿度、最大气压、最高海拔等，些条件定义在不损坏产品的情况下进行可靠性测试的环境限值。
02 为什么要定义"寿命"
那么"寿命"究竟在可靠性中的意义是什么呢?
理解产品的"寿命"概念，可以帮助我们解答"要进行多少的测试，才能达到期望的可靠性水平"的问题。"寿命"的表现形式可以是多方面的：运行的时间或里程、非运行的时间、温度循环次数、振动谱等。
03 产品寿命目标的定义
这里以某控制器为案例，其所搭载的客户整车应用信息如下：
● 整车环境温度: -40℃~80℃
● 整车环境湿度: 50%RH~90%RH
● 整车海拔高度: 0~5600m
● 里程寿命：15年30万公里
● 主要目标对象及用途：28~35岁上班族，假设每天往返，单程路程1小时
据此，我们可以计算获得产品的"寿命"目标：
→ 设计寿命：15年
→ 运行寿命：2*365*15=10950h
→ 温度循环次数：2*365*15=10950 cycle
→ 存储寿命：24*365*15-10950=120,450h
→ 平均温升：根据对象安装位置而定，电驱动系统一般选用60℃
→ 平均运行温度：23+60=83℃
→ 平均存储温度和湿度：取决于目标对象所在地气候: 干旱、沙漠、海岸、热带、北部、温带、北极等。对于北半球的亚热带，我们一般定义为23℃和65%RH。
以上，就是根据整车应用信息而定义的产品寿命需求。关于这块内容比较基础，但是又不得不特意提一下，因为这是后续所有环境试验定义的基础，在设计之初需要与客户再三沟通确认，非常重要。
------------------------------------
*小贴士：产品的寿命需求定义*
☛质量术语：
R/100：应用现场中每100个产品所返回的百分比。
%/month, %/year：指每个月或每年报告的缺陷或退货的数量，代表一个周期内的失效率。
IPTV-Incidents Per Thousand Vehicle: 是客户认为可以接受的目标保证水平。以服役1年的ECU为例，其IPTV=1.0，则代表1年后产品的返修率为1/1000。
DPMO- Defects Per Million Opportunities: 即每百万次的缺陷数，这一术语通常用于表述在一次装配组件中具有很多工艺环节的过程(如PCBA元器件的焊接工艺)。
PPM-Parts Per Million: 指每百万单元下的缺陷水平, 1.0 IPTV=10000 PPM。
☛可靠性术语：
MTTF-Mean Time To Failure: 即平均故障时间，当50%的部件处于正常工作状态时的平均时间，用h表述。也被称为平均寿命。可以看出，若使用MTTF，则意味着失败率是恒定的。
失效率(λ):表示为每小时的失效次数，通常表示为形式##.##*10e-#，λ=1/MTTF。
FITs- Failure In Time: 即每运行十亿个小时的失效次数。
FPMH- Failure Per Million Hours: 即每百万小时失效数，1个FPMH相当于1000个FITs。
R%- Reliability target: 即可靠性目标，在给定的置信水平(C%)下，设计寿命结束时的预期存活率。90%的可靠性目标意味着90%的单元或系统在设计寿命结束时仍可持续运行
C%- Confidence level: 即置信水平，基于有限样本容量的测试，进行可靠性预测时使用的统计学置信区间。
1. "质量"与"可靠性"
2. 产品的寿命
3. 可靠性目标的确认
4. 置信水平与样本数
5. 加速模型
本文是对第2部分的介绍。
产品的寿命
01 "寿命"的定义
开始解读之前，先了解下几个"寿命"的概念：
设计寿命：对象在规定环境条件下的设计使用寿命，单位为年或小时，一般为10~15年。
运行寿命：对象每年的运行小时数X设计寿命的年数，单位为小时。
服役寿命：对象在开始出现失效之前的运行时间、启动次数、热循环次数或振动冲击次数。
最大条件：车辆启动时的最低温度，车辆运行时的最高温度、最大湿度、最大气压、最高海拔等，些条件定义在不损坏产品的情况下进行可靠性测试的环境限值。
02 为什么要定义"寿命"
那么"寿命"究竟在可靠性中的意义是什么呢?
理解产品的"寿命"概念，可以帮助我们解答"要进行多少的测试，才能达到期望的可靠性水平"的问题。"寿命"的表现形式可以是多方面的：运行的时间或里程、非运行的时间、温度循环次数、振动谱等。
03 产品寿命目标的定义
这里以某控制器为案例，其所搭载的客户整车应用信息如下：
● 整车环境温度: -40℃~80℃
● 整车环境湿度: 50%RH~90%RH
● 整车海拔高度: 0~5600m
● 里程寿命：15年30万公里
● 主要目标对象及用途：28~35岁上班族，假设每天往返，单程路程1小时
据此，我们可以计算获得产品的"寿命"目标：
→ 设计寿命：15年
→ 运行寿命：2*365*15=10950h
→ 温度循环次数：2*365*15=10950 cycle
→ 存储寿命：24*365*15-10950=120,450h
→ 平均温升：根据对象安装位置而定，电驱动系统一般选用60℃
→ 平均运行温度：23+60=83℃
→ 平均存储温度和湿度：取决于目标对象所在地气候: 干旱、沙漠、海岸、热带、北部、温带、北极等。对于北半球的亚热带，我们一般定义为23℃和65%RH。
以上，就是根据整车应用信息而定义的产品寿命需求。关于这块内容比较基础，但是又不得不特意提一下，因为这是后续所有环境试验定义的基础，在设计之初需要与客户再三沟通确认，非常重要。
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*小贴士：产品的寿命需求定义*
☛质量术语：
R/100：应用现场中每100个产品所返回的百分比。
%/month, %/year：指每个月或每年报告的缺陷或退货的数量，代表一个周期内的失效率。
IPTV-Incidents Per Thousand Vehicle: 是客户认为可以接受的目标保证水平。以服役1年的ECU为例，其IPTV=1.0，则代表1年后产品的返修率为1/1000。
DPMO- Defects Per Million Opportunities: 即每百万次的缺陷数，这一术语通常用于表述在一次装配组件中具有很多工艺环节的过程(如PCBA元器件的焊接工艺)。
PPM-Parts Per Million: 指每百万单元下的缺陷水平, 1.0 IPTV=10000 PPM。
☛可靠性术语：
MTTF-Mean Time To Failure: 即平均故障时间，当50%的部件处于正常工作状态时的平均时间，用h表述。也被称为平均寿命。可以看出，若使用MTTF，则意味着失败率是恒定的。
失效率(λ):表示为每小时的失效次数，通常表示为形式##.##*10e-#，λ=1/MTTF。
FITs- Failure In Time: 即每运行十亿个小时的失效次数。
FPMH- Failure Per Million Hours: 即每百万小时失效数，1个FPMH相当于1000个FITs。
R%- Reliability target: 即可靠性目标，在给定的置信水平(C%)下，设计寿命结束时的预期存活率。90%的可靠性目标意味着90%的单元或系统在设计寿命结束时仍可持续运行
C%- Confidence level: 即置信水平，基于有限样本容量的测试，进行可靠性预测时使用的统计学置信区间。
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