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可靠度 Reliability

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最後修正日期: 100年11月23日

  • 可靠度工程架構圖

    可靠度工程架構圖

    圖說:借助設計審查、零件選用與驗證試驗等,以事先預防交貨後可能發生的失效現象,確保產品達到可靠度目標,並有效提昇顧客滿意度,相關訊息彙集為可靠度資料庫,可供未來研發產品之基礎,此為可靠度工程。

    提供人:褚

  • 可靠度工程架構圖

    可靠度工程架構圖

    圖說:借助設計審查、零件選用與驗證試驗等,以事先預防交貨後可能發生的失效現象,確保產品達到可靠度目標,並有效提昇顧客滿意度,相關訊息彙集為可靠度資料庫,可供未來研發產品之基礎,此為可靠度工程。

    提供人:褚

可靠度(Reliability)技術之發展始於1950年代,美國為解決戰場之極低的裝備開箱存活率與過高的維修備份零件需求,於1952年特別成立電子裝備可靠度顧問小組(Advisory Group on the Reliability of Electronic Equipment,簡稱AGREE)處理軍品的可靠度問題。

AGREE對「可靠度」的定義為:「物品於既定的時間內,在特定的工作與環境條件下,執行特定性能或功能,圓滿成功達成任務的能力或機率。」

早期電子產品多為真空管,隨著電子零件發展,逐步由半導體取代,同時可靠度工作亦漸趨完善,兩者技術成長有著密切關係,為追求產品可靠度,須從設計、製造、安裝、使用與維護整個生命週期全面考量。經過多年發展,完整的可靠度工作定義與架構,詳美軍標準MIL-STD-785B《系統與裝備之發展與生產可靠度計畫》,其在1980年發行的B版標準將一個研究與生產專案計畫的可靠度工作依屬性分為︰計畫監測與管制、設計與評估、發展與生產試驗等三大類,參考此架構由組織與管理、設計與評估、發展與試驗等構面擇要說明可靠度之工程實務。

1.可靠度組織與管理

1.1可靠度工程

產品為企業依約交付予顧客之貨物或服務,可靠度正是交付產品後之時間品質,企業運用各種管理、設計與分析手法,將可靠度需求規劃轉換為產品特性參數(如品質機能展開),再借助設計審查、零件選用與驗證試驗等技術,以便事先預防交貨後可能發生的失效現象,確保產品達到可靠度目標,並有效提昇顧客滿意度,另外,相關訊息彙集為可靠度資料庫,可供未來研發產品之基礎,此即可靠度工程,完整工程架構如圖(可靠度工程架構圖)所示。

1.2可靠度管理

可靠度為廣義的品質保證活動之一,由前述定義知道可靠度與操作時間及產品壽命關係密切。而品質管制則與符合規格的情形有關,通常與時間並無太大關聯,同時也很少以效能的機率來表示,僅為產品符合適用規格、標準或工藝準則之程度。所以產品高品質不一定等同於高可靠度,比如電子裝備之零件雖符合規格要求,但在系統中與其他組件一起使用仍能發生問題,其原因可能是因為對於零組件的界面缺乏認知,此即為可靠度問題,必須藉由應力分析、失效分析與設計審查等手法的應用,依據分析與審查的結果而選擇較適切的零件,換言之,對不適用的零件,嚴密的品質管制可能難以改變可靠度不佳的事實。

可靠度管理同樣具有規劃、執行、查核與行動之P-D-C-A循環機能,在可靠度工作中,產品可靠度目標預測與訂定、可靠度計畫研擬與確定、可靠度組織與分工是屬於規劃性質,各項可靠度作業激勵、命令與實施是屬於執行性質,產品可靠度評定與評估、可靠度作業管制與稽核是屬於查核性質,而各種可靠度工作之作業單位間協調、可靠度改善對策訂定、改善行動執行與跟催等則是屬於行動性質。可靠度管理的職責又分為可靠度政策制定、可靠度組織規劃與分工、可靠度作業系統訂定、市場調查與產品規劃研究、可靠度計畫管理、可靠度審查與稽核、分包/供應商可靠度計畫管理和可靠度資訊系統等。

1.3設計審查

設計審查(Design Review)主要用於評定設計方案可行性、確立產品設計符合專案需求與發掘產品設計與製造潛在問題,是可靠度工作的關鍵項目。因為設計審查可集合各專業人員智慧,貢獻各自工程考量,使研發更加完美,同時擴大設計人員視野,掌握相關界面問題,有效提昇可靠度,連帶也降低研發成本,根據國外對電子產業的可靠度與維護度研究,開發設計支出僅佔研發產品各階段費用15%,而各階段設計審查對產品整個生命週期的成本決定90-95%,意謂著扎實的設計審查,可避免研發產品費用的投入風險。

為有效執行設計審查,首先需要確立組織,由企業高層支持的主委與各專業委員組成設計審查委員會,在主委有效帶領下,廣納各方建言,提供研發產品必要的忠告。

車輛電子系統為得到高品質與可靠度,可參考美國SAE J1938(1998)《車輛電子系統之設計與製程檢核表》,提供一份完整指引,以確保車輛電子系統設計之各個構面符合最初設計要求;主要分為設計與製程兩大塊,各自檢核項目已反應車輛使用環境,並植基於優良工程實務與過去車廠經驗,唯車輛電子系統差異頗大,為確保設計審查之完整性與有效性,可以此標準為基礎,參酌各企業與產品特性建立專屬檢核表,以有效支應設計審查,確保研發產品之品質可靠。

2.可靠度設計與評估

2.1可靠度設計

可靠度是產品的重要品質特性,也是產品設計參數之一,在研發產品的過程中,由設計人員努力植入產品,以符整個壽命週期要求。特別是車輛產品屬於精密且複雜系統,若缺乏完整的可靠度設計與分析,將難以立足競爭激烈的市場。為此,首先要確定產品的可靠度需求,再運用各種適切的設計方法,並應導入各種分析手法,在研發產品的設計過程中,將可靠度需求轉換為各級特性參數,以事先預防使用時可能發生的失效現象,確保產品達到可靠度要求。

2.2可靠度預估

車輛產品的性能日益提昇,構造也漸趨複雜,如何在研發初期有效預估可靠度,提供可靠度期望值之設計指引,協助可靠度現況與規定需求之定量評估,以作為相關單位決策的參考依據,落實產品可靠度設計。可靠度預估方法有:

(1) 類似裝備法。

(2) 類似複雜性法。

(3) 類似功能法。

(4) 零件計數法。

(5) 應力分析法。

電子零件為車輛電子系統之基礎,不論以零件計數法或是應力分析法來預估系統之可靠度,零件失效率為基本資料,現行標準有MIL-HDBK-217與Telcordia SR-332等。

2.3使用條件分析

車輛產品缺乏完善的可靠度設計與分析,是無法在競爭激烈的市場上佔有一席之地。為達到此目標,要先確定產品的可靠度需求,然後運用各種適切的設計方法與程序,導入各種分析手法,在產品的設計過程中將可靠度需求轉換成各層次的設計特性參數,如此才能事先預防在使用時可能發生的失效現象,達到確保產品可靠度水準的目的。因此,在進行設計時,必須針對操作使用之工作條件、遭受之環境條件與必要之維修條件等三項進行分析工作,以便掌握使用條件,奠定設計基礎。

2.4零件與材料選用

車輛產品對可靠度的重視與要求,特別是精密的電子系統,更需完善的可靠度設計與分析作業。為達到此目標,首先要確定產品的可靠度需求,然後運用各種適切的設計方法,導入各種分析技術,在產品設計過程中將可靠度需求轉換成各層次的設計特性參數,選用合適的零件與材料,才能確保產品可靠度水準。

2.5失效分析

可靠度是產品之品質特性或能力指標,由產品功能定義與實際使用結果加以比較而得,其反面就是不可靠度,不可靠的原因正是產品失效,無法圓滿達成預期的任務。因此,若要解決可靠度問題,特別是從設計方面著手,則必須先瞭解發生失效原因與相關資訊,如此才能確實掌握問題真因,採取適切改正行動,達到消弭失效、提昇可靠度目的,而失效分析正是為達此目的所須執行的可靠度作業。失效分析方法有:

(1) 失效模式與效應分析(FMEA)。

(2) 缺陷樹分析(FTA)。

(3) 單點失效與共同模式分析(SP&CM)。

(4) 潛行線路分析(SCA)。

其中FMEA為常用的失效分析方法,並已納為ISO/TS 16949之必要技術項目。

3.可靠度發展與試驗

3.1可靠度試驗概論

凡是與產品失效與失效所致效應有關而執行的各種試驗統稱為可靠度試驗。進行可靠度試驗是為了在產品研發與製造過程中,評價、驗證、保證或提高產品可靠度,以確保交貨後,在規定時間內與使用條件下,能夠達到規定的可靠度指標。在研發階段,設計人員盡其最大努力將產品的可靠度需求轉換成設計需求與參數,然後使用最佳的材料、零件,參照可用的設計指引與準則,將可靠度設計植入產品,再配合量測方法,確認設計品是否達到目標,並將訊息納入可靠度資料庫,以利未來作業。在設計概念形成後,先運用可靠度設計技術,確保設計品可靠,不過,其只能提供一些定性資訊,當設計逐漸定型後,可應用分析技術預測可靠度特徵值,至於產品實際的可靠度程度,則須運用可靠度試驗技術獲得,同樣納入資料庫。

3.2可靠度應力篩選

可靠度應力篩選為環境應力篩選的擴充,是現代高科技產品盛行的品質與可靠度保證方法,所有的電子產品,從零組件、模組、到最終成品,不論是在研發階段或量產階段,除傳統的品質管制檢驗外,可靠度應力篩選已經是必然要求的程序。

3.3可靠度壽命試驗

執行可靠度試驗正是為了在產品的研發與製造過程中,評價、驗證、保證或提高產品可靠度,以確保交貨後,在規定的使用時間內與規定的使用條件下,能夠就達到規定的可靠度指標提供有關的數據。故廣義的可靠度試驗包括性能試驗、環境試驗、壽命試驗與應力篩選。唯可靠度特別強調產品的時間績效品質,因此狹義的可靠度試驗專指壽命試驗。壽命試驗是獲得可靠度數據的主要來源與進行可靠度設計的分析基礎,通過壽命試驗可以掌握產品研發與設計階段的潛在問題,確認是否需要進行設計修改或變更,並可作為改善後的可靠度指標以利評定與驗證。

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中文關鍵字:
可靠度 , 設計審查 , 可靠度預估 , 失效分析 , 可靠度試驗

英文關鍵字
Reliability , AGREE , Design Review , FMEA

參考資料

  1. 王宗華。《可靠度工程技術手冊》。台北:中華民國品質學會。1996(民國85年)
  2. 彭鴻霖。《可靠度技術手冊》。2000(民國89年)
  3. 褚政怡。2009。〈車用EPB系統之可靠度設計〉。《品質月刊》,45卷8期:34-41。
  4. http://www.assistdocs.com/search/search_basic.cfm

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