3.1.1 什么是可靠性預(yù)計(jì)
可靠性預(yù)計(jì)是可靠性工程中的一項(xiàng)重要、核心技術(shù)，也是全世界各企業(yè)廣泛使用的可靠性技術(shù)之一。很多可靠性工作的開展都需要可靠性預(yù)計(jì)結(jié)果支撐，都是以可靠性預(yù)計(jì)工作作為基礎(chǔ)。比如FMEA分析、可靠性建模等工作都需要以可靠性預(yù)計(jì)提供的失效率預(yù)計(jì)結(jié)果作為輸入。
可靠性預(yù)計(jì)是評(píng)估或預(yù)測(cè)電子、機(jī)械系統(tǒng)的可靠性水平（一般是評(píng)估或預(yù)測(cè)其失效率λ）。
可靠性預(yù)計(jì)使用的方法，一般在可靠性預(yù)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)都給出，比如GJB299C、MIL-HDBK-217F、SR332、SN29500、IEC62380、NSWC等標(biāo)準(zhǔn)。上述標(biāo)準(zhǔn)也是目前企業(yè)使用較多的一些可靠性預(yù)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。
可靠性預(yù)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)是對(duì)長(zhǎng)期在現(xiàn)場(chǎng)收集的大量部件數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析得到的。通過對(duì)大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出一系列可靠性預(yù)計(jì)模型（也稱為失效率模型，一般以公式表示），這些可靠性預(yù)計(jì)模型可用于描述設(shè)備的失效特性、規(guī)律。所建立的可靠性預(yù)計(jì)模型包括許多影響其可靠性的變量，如工作環(huán)境、溫度、質(zhì)量水平和應(yīng)力系數(shù)。
3.1.2 可靠性預(yù)計(jì)的主要方法
對(duì)于電子產(chǎn)品可靠性預(yù)計(jì)，一般分為計(jì)數(shù)法、應(yīng)力法。
（1）計(jì)數(shù)法
計(jì)數(shù)法屬于一種粗略預(yù)計(jì)方法，相對(duì)應(yīng)力法更為簡(jiǎn)單，一般在方案或者技術(shù)設(shè)計(jì)時(shí)使用。隨著產(chǎn)品研制工作的推進(jìn)，逐步需要使用應(yīng)力法進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)。采用計(jì)數(shù)法進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)時(shí)所需要的信息是：
a） 所用元器件的種類及數(shù)量；
b） 所用元器件質(zhì)量等級(jí)；
c） 設(shè)備工作環(huán)境。
對(duì)于可靠性模型為串聯(lián)結(jié)構(gòu)的設(shè)備，計(jì)算其失效率的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
`λ_{GS}=∑_(i=1)^nN_i λ_{Gi} π_{Qi} `
式中
`λ_{Gs}`——產(chǎn)品的總失效率，10E-6/h
`λ_{Gi}`——第i種元器件的通用失效率，不同類型元器件的通用失效率不同，10E-6/h
`π_{Qi}`——第i種元器件的通用質(zhì)量系數(shù)，不同類型元器件的質(zhì)量系數(shù)不同
`N_i`——第i種元器件的數(shù)量。
（2）應(yīng)力法
采用應(yīng)力法進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)時(shí)所需要的信息，相比計(jì)數(shù)法需要更多一些。以GJB299C標(biāo)準(zhǔn)為例，除微電路外，大多數(shù)元器件的工作失效率λp預(yù)計(jì)模型都為基本失效率λb 與πE、πQ 等一系列π系數(shù)相連乘的形式。
根據(jù)GJB/Z 299C標(biāo)準(zhǔn)，元器件失效率預(yù)計(jì)模型如下：
`λ_p=λ_b ∏_(i=1)^nπ_i `
式中
`λ_p` =單個(gè)器件的工作失效率預(yù)計(jì)值；
`λ_b`=器件的基本失效率；
`π_i`=該系數(shù)是反應(yīng)質(zhì)量、環(huán)境、溫度、電應(yīng)力等因素對(duì)器件的失效率的影響程度。 分別代表影響器件失效率的質(zhì)量因子、環(huán)境因子、溫度因子、電應(yīng)力因子等一系列修正系數(shù)。
以半導(dǎo)體集成電路與微波集成電路的工作失效率模型為例
半導(dǎo)體集成電路（PROM類存儲(chǔ)器）的工作失效率預(yù)計(jì)模型：
`λ_p=π_Q [C_1 π_T π_{PT}+(C_2+C_3 ) π_E ] π_L`
式中
`λ_p` =工作失效率，10-6/h；
`π_E`=環(huán)境系數(shù)，見GJB/Z 299C標(biāo)準(zhǔn)的表5.1.2-2；
`π_Q`=質(zhì)量系數(shù)，見GJB/Z 299C標(biāo)準(zhǔn)的表5.1.2-3；
`π_L` =成熟系數(shù)，見GJB/Z 299C標(biāo)準(zhǔn)的表5.1.2-4；
`π_T`=溫度應(yīng)力系數(shù)，見GJB/Z 299C標(biāo)準(zhǔn)的表5.1.2-6至表5.1.2-13；
`π_v`=電壓應(yīng)力系數(shù)，見GJB/Z 299C標(biāo)準(zhǔn)的表5.1.2-14；
`π_{PT}` =PROM電路的可編程工藝系數(shù)，見GJB/Z 299C標(biāo)準(zhǔn)的表5.1.2-15；
`C_1` 及 `C_2`=電路復(fù)雜度失效率，見GJB/Z 299C標(biāo)準(zhǔn)的表5.1.2-16至表5.1.2-27；
`C_3` =封裝復(fù)雜度失效率，見GJB/Z 299C標(biāo)準(zhǔn)的表5.1.2-29。
半導(dǎo)體集成電路（UVEPROM、EEPROM、FLASH類）的工作失效率預(yù)計(jì)模型：
`λ_p=π_Q [C_1 π_V π_{CYC}+(C_2+C_3 ) π_E ] π_L`
式中
`λ_P`=工作失效率，10-6/h；
`π_E` =環(huán)境系數(shù)，見GJB/Z 299C標(biāo)準(zhǔn)的表5.1.2-2；
`π_Q`=質(zhì)量系數(shù)，見GJB/Z 299C標(biāo)準(zhǔn)的表5.1.2-3；
`π_L`=成熟系數(shù)，見GJB/Z 299C標(biāo)準(zhǔn)的表5.1.2-4；
`π_T`=溫度應(yīng)力系數(shù)，見GJB/Z 299C標(biāo)準(zhǔn)的表5.1.2-6至表5.1.2-13；
`π_V`=電壓應(yīng)力系數(shù)，見GJB/Z 299C標(biāo)準(zhǔn)的表5.1.2-14；
`π_{PT}` = UVEPROM、EEPROM、FLASH電路的讀\寫循環(huán)率系數(shù)，見GJB/Z 299C標(biāo)準(zhǔn)的表5.1.2-28；
`C_1`及`C_2` =電路復(fù)雜度失效率，見GJB/Z 299C標(biāo)準(zhǔn)的表5.1.2-16至表5.1.2-27；
`C_3`=封裝復(fù)雜度失效率，見GJB/Z 299C標(biāo)準(zhǔn)的表5.1.2-29。
微波集成電路（GaAs MMIC類）的工作失效率預(yù)計(jì)模型：
`λ_p=π_Q [C_1 π_T π_A π_P+C_3 π_E ] π_L`
式中
`λ_P`=工作失效率，10-6/h；
`π_E`=環(huán)境系數(shù)，見GJB/Z 299C標(biāo)準(zhǔn)的表5.1.2-2；
`π_Q`=質(zhì)量系數(shù)，見GJB/Z 299C標(biāo)準(zhǔn)的表5.1.2-3；
`π_L`=成熟系數(shù)，見GJB/Z 299C標(biāo)準(zhǔn)的表5.1.2-4；
`π_T` =溫度應(yīng)力系數(shù)，見GJB/Z 299C標(biāo)準(zhǔn)的表5.1.2-6至表5.1.2-13；
`π_A`=微波集成電路的應(yīng)用系數(shù)，見GJB/Z 299C標(biāo)準(zhǔn)的表5.1.2-30；
`π_P`=微波集成電路的工藝系數(shù)，見GJB/Z 299C標(biāo)準(zhǔn)的表5.1.2-31；
`C_1`=電路復(fù)雜度失效率，見GJB/Z 299C標(biāo)準(zhǔn)的表5.1.2-16至表5.1.2-27；
`C_3`=封裝復(fù)雜度失效率，見GJB/Z 299C標(biāo)準(zhǔn)的表5.1.2-29。
半導(dǎo)體集成電路的工作失效率預(yù)計(jì)模型：
`λ_p=π_Q [C_1 π_T π_V+(C_2+C_3 ) π_E ] π_L`
式中
`λ_P`=工作失效率，10-6/h；
`π_E`=環(huán)境系數(shù)，見GJB/Z 299C標(biāo)準(zhǔn)的表5.1.2-2；
`π_Q`=質(zhì)量系數(shù)，見GJB/Z 299C標(biāo)準(zhǔn)的表5.1.2-3；
`π_L`=成熟系數(shù)，見GJB/Z 299C標(biāo)準(zhǔn)的表5.1.2-4；
`π_T`=溫度應(yīng)力系數(shù)，見GJB/Z 299C標(biāo)準(zhǔn)的表5.1.2-6至表5.1.2-13；
`π_V`=微波集成電路的應(yīng)用系數(shù)，見GJB/Z 299C標(biāo)準(zhǔn)的表5.1.2-30；
`C_1`及`C_2` =電路復(fù)雜度失效率，見GJB/Z 299C標(biāo)準(zhǔn)的表5.1.2-16至表5.1.2-27；
`C_3`=封裝復(fù)雜度失效率，見GJB/Z 299C標(biāo)準(zhǔn)的表5.1.2-29。
要使用PosVim軟件進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)，首先要列出產(chǎn)品中的所有組件/元器件。然后，選擇合適的可靠性預(yù)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)提供的公式計(jì)算組件/零部件的失效率。所有組件/零部件的失效率之和即是系統(tǒng)的預(yù)測(cè)失效率。
3.1.3可靠性預(yù)計(jì)的主要作用
• 幫助評(píng)估設(shè)計(jì)方案的可行性
• 幫助產(chǎn)品設(shè)計(jì)前期進(jìn)行器件選型
• 比較哪個(gè)設(shè)計(jì)方案更可靠，風(fēng)險(xiǎn)更低，特別是用戶單位提出明確可靠性要求的
• 找出潛在的可靠性薄弱環(huán)節(jié)
• 用于指導(dǎo)針對(duì)性調(diào)整設(shè)計(jì)方案
• 跟蹤可靠性改進(jìn)情況
• 在產(chǎn)品出現(xiàn)問題之前，在早期階段解決產(chǎn)品質(zhì)量問題
• 降低劣質(zhì)成本（COPQ）
• 滿足合同規(guī)定要求
需要注意的是，可靠性預(yù)計(jì)模型關(guān)聯(lián)的因素較多，一些因素在可靠性預(yù)計(jì)模型中進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理或者限于以前的工藝水平做出的。可靠性預(yù)計(jì)結(jié)果可能與最終研制/生產(chǎn)出來的產(chǎn)品的可靠性水平有一定差距。因此，在使用可靠性預(yù)計(jì)結(jié)果時(shí)，重點(diǎn)不能只停留在可靠性預(yù)計(jì)結(jié)果準(zhǔn)確不準(zhǔn)確，更多是需要關(guān)注可靠性預(yù)計(jì)結(jié)果的指導(dǎo)意義、方向性決策意義。
3.1.4 可靠性預(yù)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)
工程上常用的可靠性預(yù)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)如下表所示。不同的可靠性預(yù)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)適用范圍不一樣，比如GJB299C標(biāo)準(zhǔn)適用于電子元器件可靠性預(yù)計(jì)，且更多適用于較為嚴(yán)格的產(chǎn)品；IEC62380、SR332、SN29500標(biāo)準(zhǔn)適用于電子、電力、通信等行業(yè)電子元器件可靠性預(yù)計(jì)；NSWC標(biāo)準(zhǔn)適用于機(jī)械零部件的可靠性預(yù)計(jì)。
PosVim軟件的{可靠性預(yù)計(jì)}模塊支持使用GJB/Z 299C、GJB/Z 108A、MIL-HDBK-217F、SR332、SN29500、217Plus、IEC61709、IEC 62380、NSWC等電子、機(jī)械可靠性預(yù)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行產(chǎn)品可靠性預(yù)。通過可靠性預(yù)計(jì)工作實(shí)施，在產(chǎn)品早期設(shè)計(jì)階段定量預(yù)測(cè)產(chǎn)品的可靠性水平，評(píng)價(jià)產(chǎn)品是否能夠滿足可靠性設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，并找出薄弱環(huán)節(jié)，及時(shí)為產(chǎn)品設(shè)計(jì)改進(jìn)指明方向。{可靠性預(yù)計(jì)}模塊提供的可靠性預(yù)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及適用范圍如下表所示。
在選用可靠性預(yù)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)時(shí)，切記要根據(jù)產(chǎn)品類型以及產(chǎn)品的使用環(huán)境來確定。比如應(yīng)用于通信類的產(chǎn)品，可以選擇SR332等標(biāo)準(zhǔn)；如果應(yīng)用于電力行業(yè)的產(chǎn)品，可以選擇SN29500等標(biāo)準(zhǔn)；如果是應(yīng)用于軍用領(lǐng)域的，建議選擇GJB/Z299C、MIL-HDBK-217F等標(biāo)準(zhǔn)。
默認(rèn)狀態(tài)下，可靠性預(yù)計(jì)模塊根據(jù)創(chuàng)建產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息時(shí)所選的產(chǎn)品類別已經(jīng)進(jìn)行了可用的標(biāo)準(zhǔn)篩選，篩選掉了不適用該類產(chǎn)品的可靠性預(yù)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。比如機(jī)械部件類產(chǎn)品，默認(rèn)只能選擇NSWC標(biāo)準(zhǔn)、相似產(chǎn)品法；組件、部件類產(chǎn)品，默認(rèn)只能選擇相似產(chǎn)品法。對(duì)于軟件類產(chǎn)品，可以使用本公司的另外一個(gè)產(chǎn)品PoSREL進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)、評(píng)估工作（具體可咨詢客服）。
需要注意的是，目前給出的可靠性預(yù)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，都是針對(duì)元器件、零部件的可靠性預(yù)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，沒有直接針對(duì)設(shè)備、系統(tǒng)層次的可靠性預(yù)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)備、系統(tǒng)層次可靠性預(yù)計(jì)，可通過設(shè)備、系統(tǒng)的組成零部件、元器件可靠性預(yù)計(jì)后求和或者建立可靠性模型（可靠性框圖/RBD）計(jì)算得到。
另外，在使用可靠性預(yù)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，由于可靠性預(yù)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是基于當(dāng)時(shí)的工藝水平，以及假定條件給出的，因此，在使用時(shí)，可根據(jù)實(shí)際條件、環(huán)境進(jìn)行相關(guān)系數(shù)的調(diào)整。比如，GJB299C標(biāo)準(zhǔn)明確給出，若按照工程符加技術(shù)條件或附加質(zhì)量要求，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行更為嚴(yán)格考核試驗(yàn)，其質(zhì)量系數(shù)ΠQ可在原來質(zhì)量等級(jí)中適當(dāng)減小質(zhì)量系數(shù)值，一般可降至原ΠQ值的3/4~1/2。
應(yīng)力法/計(jì)數(shù)法
可靠性預(yù)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)GJB299C、MIL-HDBK-217F等都給出了應(yīng)力法、計(jì)數(shù)法不同的預(yù)計(jì)方法。計(jì)數(shù)法的可靠性預(yù)計(jì)模型較為簡(jiǎn)單，且包含的參數(shù)較少，一般在前期概念設(shè)計(jì)階段使用；應(yīng)立法的可靠性預(yù)計(jì)模型包含的參數(shù)較多，一般當(dāng)掌握相應(yīng)的參數(shù)信息時(shí)均可使用。
工作狀態(tài)/非工作狀態(tài)
產(chǎn)品在壽命周期各階段，經(jīng)歷的不同的工作環(huán)境。一般情況下，使用工作狀態(tài)的可靠性預(yù)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)，但是一些特殊情況需要使用非工作狀態(tài)進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)。例如，導(dǎo)彈類產(chǎn)品，貯存時(shí)一般為非工作狀態(tài)。
失效率模型
為了更深入地了解可靠性預(yù)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)節(jié)，可通過查閱各種不同類型器件的失效率模型。例如，以廣泛應(yīng)用的GJB/Z 299C標(biāo)準(zhǔn)為例，該標(biāo)準(zhǔn)給出了半導(dǎo)體集成電路與微波集成電路、混合集成電路、聲表面波器件、真空電子器件、電阻器、電容器等元器件失效率預(yù)計(jì)模型，總的失效率預(yù)計(jì)模型為連乘結(jié)構(gòu)，例如，給出的半導(dǎo)體集成電路（PROM類存儲(chǔ)器）失效率預(yù)計(jì)模型如下：
半導(dǎo)體集成電路（PROM類存儲(chǔ)器）的工作失效率預(yù)計(jì)模型：
`λ_p=π_Q [C_1 π_T π_V π_PT+(C_2+C_3 ) π_E ] π_L`
式中
`λ_P`=工作失效率，10-6/h；
`π_E`=環(huán)境系數(shù)，見GJB/Z 299C標(biāo)準(zhǔn)的表5.1.2-2；
`π_Q`=質(zhì)量系數(shù)，見GJB/Z 299C標(biāo)準(zhǔn)的表5.1.2-3；
`π_L`=成熟系數(shù)，見GJB/Z 299C標(biāo)準(zhǔn)的表5.1.2-4；
`π_T`=溫度應(yīng)力系數(shù)，見GJB/Z 299C標(biāo)準(zhǔn)的表5.1.2-6至表5.1.2-13；
`π_V`=電壓應(yīng)力系數(shù)，見GJB/Z 299C標(biāo)準(zhǔn)的表5.1.2-14；
`π_{PT}`=PROM電路的可編程工藝系數(shù)，見GJB/Z 299C標(biāo)準(zhǔn)的表5.1.2-15；
`C_1` 及`C_2` =電路復(fù)雜度失效率，見GJB/Z 299C標(biāo)準(zhǔn)的表5.1.2-16至表5.1.2-27；
`C_3`=封裝復(fù)雜度失效率，見GJB/Z 299C標(biāo)準(zhǔn)的表5.1.2-29。
3.1.5如何使用可靠性預(yù)計(jì)結(jié)果
可靠性預(yù)計(jì)結(jié)果更多是作為指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、引導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的依據(jù)，作為產(chǎn)品前期方案設(shè)計(jì)缺少相應(yīng)數(shù)據(jù)、缺少量化評(píng)估產(chǎn)品可靠性水平工具時(shí)的一種有效評(píng)估手段。如前所述，可靠性預(yù)計(jì)模型關(guān)聯(lián)的因素較多，一些因素在可靠性預(yù)計(jì)模型中進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理或者限于以前的工藝水平做出的?？煽啃灶A(yù)計(jì)結(jié)果可能與最終研制/生產(chǎn)出來的產(chǎn)品的可靠性水平有一定差距。因此，在使用可靠性預(yù)計(jì)結(jié)果時(shí)，重點(diǎn)不能只停留在可靠性預(yù)計(jì)結(jié)果準(zhǔn)確不準(zhǔn)確，更多是需要關(guān)注可靠性預(yù)計(jì)結(jié)果的指導(dǎo)意義、方向性決策意義。
若條件允許，一般建議可靠性預(yù)計(jì)結(jié)果要高于產(chǎn)品的可靠性要求值/規(guī)定值。例如某類產(chǎn)品規(guī)定：預(yù)計(jì)值為規(guī)定值的1.25倍。
3.1.6什么是手工方式預(yù)計(jì)與智能可靠性預(yù)計(jì)
在應(yīng)用可靠性預(yù)計(jì)模塊進(jìn)行預(yù)計(jì)時(shí)，PosVim提供了手工方式可靠性預(yù)計(jì)以及智能可靠性預(yù)計(jì)兩種方式，可根據(jù)需求選擇預(yù)計(jì)方式。
手工方式可靠性預(yù)計(jì)——?jiǎng)?chuàng)建產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹后，逐個(gè)對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的元器件、零件進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)。預(yù)計(jì)時(shí)，需要手工對(duì)沒一個(gè)元器件、零部件的預(yù)計(jì)方法、器件子類、質(zhì)量等級(jí)、應(yīng)力參數(shù)、工藝參數(shù)等進(jìn)行錄入。
智能可靠性預(yù)計(jì)——智能可靠性預(yù)計(jì)模式可以顯著提高可靠性預(yù)計(jì)的工作效率。通過設(shè)置整個(gè)設(shè)備/產(chǎn)品的可靠性預(yù)計(jì)模板（包括設(shè)置默認(rèn)使用的可靠性預(yù)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、應(yīng)力水平、質(zhì)量等級(jí)等），批量、智能進(jìn)行整個(gè)設(shè)備/產(chǎn)品的元器件或零部件可靠性預(yù)計(jì)。
注意：需要注意的是——通過可靠性預(yù)計(jì)模塊得到的可靠性指標(biāo)是基本可靠性指標(biāo)（一般是得到失效率和MTBF）??！如果您需要得到任務(wù)可靠性指標(biāo)（例如任務(wù)可靠度），需要使用PosVim的可靠性建模RBD模塊獲得。
由于PosVim的可靠性預(yù)計(jì)模塊的預(yù)計(jì)方式是自下而上，即由產(chǎn)品最底層的元器件、元件可靠性預(yù)計(jì)開始，先進(jìn)行元器件的可靠性預(yù)計(jì)，然后逐步往上進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)，得到各層次組件、模塊、子系統(tǒng)、系統(tǒng)的可靠性預(yù)計(jì)結(jié)果。所以，我們要完成后續(xù)的可靠性預(yù)計(jì)工作，首先需要按照產(chǎn)品組成結(jié)構(gòu)，逐層建立產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，直至元器件層。如何構(gòu)建產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹并錄入產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息，見第2.5節(jié)。