當客戶在選擇購買一個產品（如逆變器）時，都會關心產品的質量怎么樣？運行可靠嗎？每個客戶當然都希望能購買到性能始終良好的產品，使用生命周期成本為零，產品從到貨直到報廢前都100%的使用可靠，這也是每個設計師和制造商的目標。但任何產品都逃脫不了其壽命周期（就如人從出生到死亡的過程），所有的產品也都會隨著時間的變化，而產生出不同的失效機理，通常隨著時間推移產生的故障率曲線呈現(xiàn)兩端高中間低形似浴盆，俗稱“浴盆曲線”。但是這條曲線的變化趨勢通過我們的設計和質量管理是可以改變的。那到底高質量和高可靠性的產品是怎么做出來的呢？就讓我們從這條曲線開始了解吧！

從上面的這條浴盆曲線，能清楚的看到大部分產品的失效概率都分為三個階段：早期故障期，偶然失效期（使用壽命），損耗故障期。但是如果產品故障率的三段式浴盆曲線全部在客戶端使用過程中表現(xiàn)出來，這將是設計者與制造商所不愿看到的，同時也是客戶對產品產生不滿意和抱怨的根源所在，因此可靠性的工作目標就是為了改變這條浴盆曲線的趨勢和故障發(fā)生的階段，可靠性工程的所有方法都是圍繞改造浴盆曲線形成而展開的各種技術性設計、分析及測試。

什么叫“可靠性工程”？可靠性工程是研究產品缺陷或故障的發(fā)生和發(fā)展的規(guī)律，進而解決缺陷以及故障的預防和糾正，從而使故障或缺陷不發(fā)生或盡可能的少發(fā)生。具體表現(xiàn)如下三部分：

（1）減少并消除早期故障出現(xiàn)在客戶端。

（2）延長偶然故障期并盡量降低偶然故障，同時可通過完善預防和維修減少偶然故障。

（3）把浴盆曲線改造成一條近似直線形狀且故障盡量低的理想曲線，延緩故障率的增加。

怎么運用可靠性工程來改變浴盆曲線的三個階段？在產品生命周期的每個階段一般有不同的可靠性方法，本文以逆變器為例簡述如下：

A. 早期故障期的預防：

什么是早期故障？就是產品在投入使用的初期，產品出現(xiàn)的故障。其原因主要是設計與制造中的缺陷，如設計不當，材料缺陷，加工缺陷，安裝調整不當?shù)葘е庐a品在投入使用后很短時間出現(xiàn)故障的情況。

如何通過可靠性工程試驗對逆變器產品的設計，工藝，元器件等缺陷的早期失效進行預防？

① 從電路的設計及元器件的選型開始，對導入的毎一顆器件首先確保性能參數(shù)滿足設計要求，然后再嚴格按照進料體系標準進行可靠性試驗，篩選出優(yōu)質的元器件及供應商。

② 對生產過程中每步工藝，我們都有對應的可靠性試驗來檢驗其有效性和完整性，如PCBA的過錫爐焊接性，各零部件的組裝工藝我們都會通過溫度沖擊試驗：85℃&RH85%試驗、機械振動和沖擊等試驗方法來進行篩選。

③ 通過其在全球范圍內收集的強大的逆變器運行數(shù)據(jù)庫，設計出最合適的環(huán)境應力篩選試驗（如高溫應力，低溫應力，高溫高濕應力，溫濕度循環(huán)應力，循環(huán)鹽霧試驗，模擬太陽輻射試驗等），可靠性研制試驗以及可靠性增長試驗等，下面介紹其中幾個應力篩選實驗。

（1） 振動和沖擊試驗

為了適應各種交通運輸環(huán)境中抗振能力和受沖擊的抵抗能力驗證。我們選用了2M2的運輸標準等級，進行振動和沖擊試驗，試驗中按標準的要求三軸（X,Y,Z）方向都需要進行驗證，試驗后對結構件、連接器、PCBA板零件等,通過各種手段（放大鏡，X-ray，Hi-pot, ATE的功能測試）對器件逐個檢查，篩選出設計、材料、工藝等所有方面的缺陷:

a、結構損壞：如結構變形、產品裂紋或斷裂；

b、材料異常： 如連接器接觸不良、繼電器損壞,電容及半導體器件管腳斷裂等；

c、工藝不良：如螺釘或連接件松動、脫焊。

（2）鹽霧循環(huán)試驗

由于逆變器會安裝在海邊環(huán)境中，為了保證逆變器能在這樣高濕度及含鹽度較高的環(huán)境下可靠的長期運行，我們設計了循環(huán)鹽霧試驗，2小時噴霧22小時的高溫高濕儲存試驗，長時間測試。

實驗用于金屬及其合金、金屬覆蓋層、有機覆蓋層、陽極氧化膜的腐蝕能力篩選，我們要求產品外殼不能出現(xiàn)涂層起泡或掉落，其它各種材料不能出現(xiàn)電化學腐蝕，電偶腐蝕，應力腐蝕，晶間腐蝕等，最后通電檢查應能正常工作。

（3）防塵試驗------“粉塵污染嚴重地區(qū)”

防塵試驗是考慮到溫度、濕度、腐蝕性粉塵為一體綜合環(huán)境里能可靠運行，為在高溫，高濕，高塵環(huán)境下的適應性保駕護航。在模擬試驗中實施大量降塵和負壓的試驗方法，檢驗我們產品抗風沙、灰塵腐蝕能力。

B. 偶然故障期的預防

什么叫偶然故障期？就是在投入使用一段時間后，產品的故障率可降到一個較低的水平，且基本處于平穩(wěn)狀態(tài)，可以近似認為故障率為常數(shù)，主要是由偶然因素引起的偶然故障，這就為偶然故障期。

利用可靠性的統(tǒng)計試驗，如可靠性鑒定試驗，可靠性驗收試驗和可靠性壽命試驗來確保產品的故障或缺陷不發(fā)生或盡可能的少發(fā)生，下面介紹其中幾個壽命試驗。

（1）HALT試驗------“設計極限搜索”

HALT試驗,也叫高加速壽命試驗。HALT試驗是產品必須通過的可靠性激發(fā)試驗之一，在產品早期開發(fā)階段開展，該試驗主要特點是步進極限高溫、步進極限低溫（液氮瞬時降溫溫度最快可達到60度/分鐘）、步進極限振動、綜合（溫沖+振動）應力來激發(fā)產品設計的薄弱點。高溫極限做到110℃，低溫極限做到-60℃，振動極限達到60G的加速度，整個試驗過程中產品都必須帶載運行，實時監(jiān)控產品的運行狀態(tài)。激發(fā)出潛在可能故障，進行分析改善糾正。

（2）溫度沖擊的壽命試驗

由于逆變器是白天工作晚上停止，每天都在進行溫度循環(huán)的過程，采用了20年壽命設計，溫度循環(huán)次數(shù)365*20=7300次。通過收集建立的全球溫度數(shù)據(jù)庫進行擬合，并進行加速實驗，溫度循環(huán)實驗高達約1300個循環(huán)，測試完成后通過各種手段檢查（放大鏡，X-ray，ATE的功能測試），篩選出設計的短板，最后通過改善糾正措施來保證我們的壽命需求。

（3）溫濕交變壽命試驗

由于逆變器安裝在溫度和濕度變化較大的地區(qū)，為了適應溫濕交變的環(huán)境長時間運行，對PCBA板、外殼等的耐腐蝕、電氣絕緣的抵抗能力我們設計了溫濕交變壽命實驗，并且試驗時間長達幾個月。

上述的壽命實驗，僅僅是可靠性試驗的冰山一角，所有的可靠性試驗目的就是篩選出產品壽命設計缺陷，并通過相應的設計改善，以提升我們產品的壽命及增加客戶的收益。

C. 磨損故障期失效的統(tǒng)計及分析

世間萬物都難逃其消亡的宿命，產品也是一樣，也有其服務的最后一天，我們的產品也不例外，在其運行時間遠遠超過我們對客戶承諾的時間后，他也慢慢開始老化，我們稱其為“磨損故障期”其定義就是在產品投入相當長的時間后，產品故障率隨時間上升，出現(xiàn)產品故障大量增加直至報廢。這一階段的故障主要由老化，疲勞，磨損，腐蝕等耗損性因素引起的，這階段很重要的意義就是收集數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)認真分析，得到有效的失效模型，總結出行之有效的方法反饋到前端的設計及實驗中，從而延緩損耗階段的起始點，在耗損起始點到來之前停止使用或進行預防性維修，來延長產品的使用壽命。

轉自：兆伏愛索Zeversolar

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