【Ansys Sherlock】如何有效提升產品可靠性

提升可靠度只能透過傳統的無止盡測試嗎? 還是得閱讀各種可靠度工程的概論中的分析手法，如韋伯分析(weibull analysis)、失效模式與效應分析(FEMA)、失效樹(Fault Tree)，還是可以導入分析軟體直接分析電子產品可靠度呢?本文從可靠度的測試手法說起，到SAE J3168有簡潔的說明。讓使用者可以快速了解如何提升可靠度。

當消費者要下定決心購入某產品時，同質性的產品選擇這麼多要怎麼選擇，常聽到的評價話語，『A的品質很好可以用很久都不會壞』。若做個工程師會發現，這句話哪裡怪怪的。

品質，指生產過程中，工廠評價產品的方式是拿實際產品與既定的品質規範標準做比較，一致(=好品質)就可以出貨。那比較的品質規範標準，是客戶的產品品質規格要求。
用很久都不壞(具備時間因素)。其實指的是『可靠度』，指在使用的環境或規定的時間內，產品必須維持所要求的功能標準。

發現了嗎? 其實，今天要能成功賣到消費者的關鍵是『可靠度』。

可靠度應用的產業範圍相當廣泛，包括高科技業、精密機械業、運輸工具…等，都要做可靠度相關測試與保證，『可靠度』工程在各個行業越來越重視，那要怎麼提升產品可靠性呢? 本文以電子產品為例。

必經的可靠度方法1：實際產品測試

實際產品已生產出來，完全沒有經過任何程序，直接投入測試，會有以下的問題：

需要太長時間(流程圖的3→5循環無法一次完成)
金錢成本太高
經過測試程序，發現問題的時程過晚

→有上述三個問題，阻礙了創新和修改模型，測試時間過長也沒有人想重新測試。

提升可靠度的方法2：物理驗證測試HALT

高加速壽命試驗（Highly Accelerated Life Testing，簡稱HALT試驗），HALT一詞是Gregg K. Hobbs 於1988年提出的，是一種利用階梯應力加諸於測試樣品，可於早期發現產品缺陷、操作設計邊際及結構強度極限的一種方法。

HALT測試最大特點：在測試時間上的壓縮，意即在短短的幾天內模擬出一個產品壽命期間可能遇到的情況。透過試驗過程將產品的潛在缺陷暴露出來，並提供客戶即早發現問題與改善設計，降低後續可能衍伸的風險與處理代價。但是，此流程很貴且具破壞性，可能需耗時4個月之久，而且每個設計平均花費約3萬美元或更多的成本。業界統計顯示，電子產品第一年的現場故障率高達15~20%。在惡劣的環境中，疲勞可能佔這些故障的20%。大多數的設計團隊都依靠物理測試來確定可靠性問題。

→但在前期設計變更階段，不適合投入HALT。

提升可靠度的方法3：設計階段導入模擬

那模擬軟體百百種，在ansys 產品架構當中，最多人知道的有：

結構部分：Ansys Mechanical、Ansys LS-DYNA

流體部分：Ansys Fluent、Ansys Icepak

→這些軟體，都只能求解出應力(Stress)、應變(Strain)值…等，但這些值無法讓使用者用來判斷產品的可靠度。

提升可靠度的方法4：設計階段導入”可靠度物理分析”模擬

可靠性物理分析(RPA)，將失效物理(PoF)模型和方法的科學原理用於工程應用。RPA不僅需要強大的計算能力和計算技能，還需要準確的基於PoF（失效物理）且需要隨著電子元件技術的快速發展而不斷更新的失效機制模型和資料，使用軟體是成功開展可靠性物理分析的一種切合實際的做法。特別是對AADHP行業的用戶而言，有必要建立 “標準”方法，以便將RPA應用到EEE設備、模組和元件上，而SAE J3168制定了滿足這一需求的標準。

左圖為SAE J3168中所記載之RPA流程圖。

SAE J3168為”電氣、電子、機電設備、模組和元件的可靠性物理分析” 是由SAE汽車電子系統可靠性標準委員會與SAE航空電子工藝管理委員會聯合制定，是目前首套也是唯一一套專門針對航空航太、汽車、國防及其他高性能(AADHP)行業制定的可靠性物理分析(RPA)標準。
SAE J3168為電子硬體設計和分析帶來重大優勢，包括：
(1)它是基於科學的方法
(2)它比之前採用基於手冊的方法更準確
(3)與測試相比，它效率更高、成本更低，從而縮短產品研發時間，降低成本。

SAE J3168標準中確立的RPA流程可用於實現下列流程的標準化：