电子产品可靠性工程
李娟
摘 要：制造系统可靠性的分析往往更倾向于利用运行故障数据进行系统性能诊断，忽略了产品质量因素的影响，同时对于性能衰退的影响考虑不够，造成了系统故障诊断不及时，批量生产产品可靠性差。文章从制造过程出发，在性能衰退影响的基础上构建了制造系统可靠性模型，结果表明，质量因素与性能衰退对于系统可靠性的影响同等重要，若忽略任何一个，则系统可靠性将会被过高估计。
关键词：制造系统；可靠性；质量
中图分类号：TH16 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）20-0027-02
1 概述
随着经济全球化的日益加剧和科技进步的日新月异，高端制造装备的结构日益复杂化的同时，由于日趋复杂多变的运行工况环境，导致其故障率亦明显提高。因此，如何提高高端制造装备的可靠性水平是我国制造业目前急需解决的重大课题。众所周知，制造系统可靠性是保障产品质量与可靠性的重要基础，高可靠性的产品被认为是高质量的过程和高度可靠性的制造系统共同的输出结果。目前针对产品可靠性的研究主要集中于设计、使用阶段，从制造过程角度来考虑的多限于工艺过程分析[1]，缺少对系统可靠性的定性定量研究，故对制造过程中影响制造系统性能的关键要素进行优化分析是确保产品可靠性的重要途径。但是，对于制造系统可靠性的研究主要还是从系统自身角度基于运行故障数据进行优化分析[2]，与产品质量几乎是独立分开研究的，而即使有少数的一些联合分析[3]，多是重点考虑组件故障的影响，缺乏考虑其性能退化对于系统可靠性的影响[4]， 这往往会造成对许多产生的系统故障无法及时、准确地诊断出来，从而造成许多不必要的停机。本文对制造系统可靠性的分析，在考虑质量因素的基础上，深入考虑了性能衰退对于系统可靠性的影响，能够更为精确地诊断和预测系统的可靠性，提高最终产品的质量与可靠性水平。
2 制造系统对产品可靠性的影响
制造系统的可靠性直接决定了制造过程质量的稳定性，而所生产产品的可靠性受制于制作过程质量的稳定性。值得注意的是，制造系统对产品可靠性的影响是间接的，其影响是通过制造过程中的产品质量进行转移。产品在制造过程中形成的质量变异是产品制造可靠性的基本因素。随着产品制造加工的逐渐成型，制造过程5M1E的波动可以通过加工工艺转移到产品过程质量上，形成加工误差的传递，从而使产品的制造可靠性降低。产品制造可靠性的降低程度取决于制造过程中不可控的质量变异的严重程度，而质量变异的严重程度取决于制造系统可靠性的降低程度。
3 复杂制造过程质量与可靠性集成建模
3.1 集成模型框架
制造系统可靠性是指系统在正常运行的情况下能够同时产出合格品的概率。制造系统中各个独立工位组成单元的集合称为制造系统要素（Manufacturing System Component，MSC），把对最终产品的外观和性能产生重要影响的产品尺寸特征（如重要尺寸、强度等）称为关键产品特征（KPC， Key Product Characteristics）。那么，系统可靠性度的表達式如下：
R（t）=Pr{系统在t时间前无灾难性故障∩t时间前产品质量合格}
本文给出了质量与可靠性集成模型框架，同时描述了制造系统要素可靠性信息和产品质量信息的复杂关系，如图1所示。
3.2 质量与可靠性集成建模
建模主要分为三个步骤：
首先，利用响应建模法构建产品质量与系统要素关系模型，用以描述产品质量关键特征和系统性能状态之间的过程模型，在建模时考虑了制造环境的相关信息。如下：
然后，分别构建产品关键特征偏差模型、制造系统要素性能衰退模型和故障模型。一般情况性能衰退率可用指数分布描述，状态可用正态分布来描述。系统要素最开始都有初始衰退率和初始故障率。
最后，根据制造系统可靠性的定义，综合关键特性偏差模型、衰退模型和故障模型便可得系统可靠性的定量表达式，即：
4 案例研究
以某企业加工工艺流程为例，构建简化模型，如图2。
然后根据构建的制造系统可靠性模型，求解得到不同情形下的系统可靠性值，如图3。
曲线（1）表示只有故障影响，在此基础上曲线（2）增加考虑了衰退影响，曲线（3）增加考虑质量因素，曲线（4）综合（2）和（3）。通过比对（4）与其它三条曲线可知，若不考虑质量影响，则系统的可靠性将会被过高估计，从而错失最佳的维护时间。
5 结束语
综上，对于系统可靠性的分析与预测，应该充分考虑制造过程中产品质量因素的影响以及衰退对于系统可靠性的影响，如果忽视了，那么系统可靠性将会被估计得过高，这对于实际生产具有一定指导意义。
参考文献：
[1]Zhang F， Lu J， Yan Y， et al. Dimensional Quality Oriented Reliability Modeling for Complex Manufacturing Processes[J].International Journal of Computational Intelligence Systems， 2011，4（6）：1262-1268.
[2]周丰旭，李爱平，谢楠，等.基于性能衰退的多态制造系统可靠性分析[J].计算机集成制造系统，2014，06：1424-1431.
[3]匡芬，戴伟，王健，等.基于质量特性演化的工艺可靠性评估[J].计算机集成制造系统，2015，08：2124-2131.
[4]陈东宁，姚成玉.基于模糊贝叶斯网络的多态系统可靠性分析及在液压系统中的应用[J].机械工程学报，2012，16：175-183.
