可靠性試驗(yàn)與評(píng)價(jià)論述

劉宗華 王章梅 董達(dá)

(紅林公司,湖北孝感 432000)

可靠性試驗(yàn)與評(píng)價(jià)論述

劉宗華 王章梅 董達(dá)

(紅林公司,湖北孝感 432000)

可靠性試驗(yàn)與評(píng)價(jià)是實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證產(chǎn)品設(shè)計(jì)可靠性、提高使用可靠性的重要手段。本文對(duì)可靠性試驗(yàn)進(jìn)行了分類,對(duì)其內(nèi)容、方法及應(yīng)用進(jìn)行了論述,并對(duì)在應(yīng)用中的注意事項(xiàng)、實(shí)施要點(diǎn)等進(jìn)行了簡(jiǎn)述。

可靠性試驗(yàn) 評(píng)價(jià)

可靠性試驗(yàn)與評(píng)價(jià)是產(chǎn)品可靠性工作中不可缺少的重要組成部分，涉及研制全過程。它的作用是通過各種試驗(yàn)使得產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、材料、制造、工藝中的缺陷得到盡早暴露并予以消除，從而達(dá)到提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)可靠性和使用可靠性的目的。

1 基本概念

1.1 定義

可靠性試驗(yàn)與評(píng)價(jià)：為了解、分析、提高、評(píng)價(jià)產(chǎn)品的可靠性而進(jìn)行的試驗(yàn)與評(píng)價(jià)工作。

評(píng)價(jià)：是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯組合、分析并與期望的性能進(jìn)行比較以幫助做出系統(tǒng)性決策的過程。

1.2 方法分類

按試驗(yàn)場(chǎng)地分類，可分為：自然暴露試驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)如表1。[1]

2 環(huán)境應(yīng)力篩選

2.1 環(huán)境應(yīng)力篩選定義及意義

環(huán)境應(yīng)力篩選(英文簡(jiǎn)稱ESS)，就是將適當(dāng)?shù)沫h(huán)境應(yīng)力施加給產(chǎn)品，使其存在的各種缺陷(主要是工藝和元器件缺陷)能迅速以故障形式暴露出來，而又不影響正常產(chǎn)品的性能和壽命的工藝或工序。

2.2 環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)方法

環(huán)境應(yīng)力篩選采用的試驗(yàn)方法主要有13種，分別為：溫度循環(huán)、高溫老練、熱沖擊、低溫試驗(yàn)、組合環(huán)境、濕度試驗(yàn)、高度試驗(yàn)、隨機(jī)振動(dòng)、電應(yīng)力、定頻正弦、掃頻正弦、機(jī)械沖擊、加速度試驗(yàn)。[2]

圖1 常用的環(huán)境應(yīng)力篩選振動(dòng)圖譜

在這13種方法中溫度循環(huán)和隨機(jī)振動(dòng)是較有效的篩選方法，因此通常推薦采用溫度循環(huán)加隨機(jī)振動(dòng)組合的試驗(yàn)方法進(jìn)行。

2.3 實(shí)施要點(diǎn)

環(huán)境應(yīng)力篩選應(yīng)力與使用環(huán)境無關(guān)，一般所用的是強(qiáng)化應(yīng)力，但不超過產(chǎn)品設(shè)計(jì)的極限應(yīng)力。

(1)溫度范圍的確定：為提高篩選效率，篩選溫度變化幅度應(yīng)盡可能大，若通電篩選，則篩選溫度限應(yīng)取產(chǎn)品設(shè)計(jì)極限工作溫度，若篩選時(shí)產(chǎn)品不通電，則溫度限應(yīng)取產(chǎn)品的設(shè)計(jì)貯存溫度限。(2)文獻(xiàn)[2]規(guī)定溫度變化率不小于5℃/min，由于該標(biāo)準(zhǔn)的修訂版依據(jù)美軍標(biāo)MIL-HDBK-2164A，美軍標(biāo)已將溫變率增加至不小于10℃/min，因此修訂后的文獻(xiàn)可能將溫變率改為10℃/min。(3)保持時(shí)間的確定：保持時(shí)間是產(chǎn)品實(shí)測(cè)的溫度均值與溫箱之差：△Ts＜10℃所需的時(shí)間。(4)隨機(jī)振動(dòng)圖譜及量級(jí)：常用振動(dòng)圖譜見圖1。推薦單軸振動(dòng)篩選時(shí)間為10min，雙軸振動(dòng)每軸7.5min，三軸振動(dòng)每軸5min。(5)選取環(huán)境應(yīng)力對(duì)產(chǎn)品最為敏感的方向進(jìn)行試驗(yàn)。(6)產(chǎn)品通斷電狀態(tài)：具備通電監(jiān)測(cè)的產(chǎn)品應(yīng)通電并進(jìn)行電性能監(jiān)測(cè)，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和保證軟故障不漏檢，提高尋找故障效率。

3 可靠性研制試驗(yàn)

3.1 目的

通過對(duì)產(chǎn)品施加適當(dāng)環(huán)境應(yīng)力、工作載荷，尋找產(chǎn)品中的設(shè)計(jì)缺陷、以改進(jìn)設(shè)計(jì)、提高產(chǎn)品的固有可靠性水平。

3.2 試驗(yàn)分類

可靠性研制試驗(yàn)分為：可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)、高加速壽命試驗(yàn)以及可靠性增長(zhǎng)摸底試驗(yàn)三類。

可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)是通過系統(tǒng)地施加逐漸增大的環(huán)境應(yīng)力和工作應(yīng)力，激發(fā)和暴露產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的薄弱環(huán)節(jié)，予以改進(jìn)。

高加速壽命試驗(yàn)(HALT)是為得出產(chǎn)品設(shè)計(jì)裕度和極限承載能力而設(shè)計(jì)的一種試驗(yàn)。主要是通過強(qiáng)化應(yīng)力激發(fā)產(chǎn)品缺陷，暴露產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、工藝等方面存在的薄弱環(huán)節(jié)和潛在缺陷。

可靠性增長(zhǎng)摸底試驗(yàn)是為了暴露產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)，有計(jì)劃、有目標(biāo)地對(duì)產(chǎn)品施加模擬實(shí)際環(huán)境的綜合應(yīng)力及工作應(yīng)力，以激發(fā)故障、分析故障和改進(jìn)設(shè)計(jì)與工藝，并驗(yàn)證改進(jìn)措施有效性而進(jìn)行的試驗(yàn)。

表1 三種試驗(yàn)場(chǎng)地類型及優(yōu)缺點(diǎn)分析

4 可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)

4.1 目的

通過對(duì)產(chǎn)品施加真實(shí)的或模擬產(chǎn)品真實(shí)的使用環(huán)境應(yīng)力和工作應(yīng)力，暴露產(chǎn)品中潛在缺陷并采取糾正措施，使產(chǎn)品的可靠性在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)提高到規(guī)定的水平。

4.2 基本概念

可靠性是產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。

4.3 實(shí)施要點(diǎn)

(1)試驗(yàn)剖面制訂[5]：結(jié)合GJB899-1990制訂試驗(yàn)剖面時(shí)，考慮三種地面環(huán)境(冷天、標(biāo)準(zhǔn)天、熱天)條件，一個(gè)循環(huán)應(yīng)包括高溫-低溫和低溫-高溫的變溫過程。[5](2)電應(yīng)力的施加：一般拉偏電壓是標(biāo)稱電壓的10%，試驗(yàn)中，標(biāo)稱電壓占50%的通電時(shí)間，上下拉偏電壓各占25%的通電時(shí)間。(3)試驗(yàn)剖面應(yīng)盡可能模擬真實(shí)使用環(huán)境應(yīng)力和工作應(yīng)力。(4)試驗(yàn)中應(yīng)充分重視故障信息的搜集整理工作：可靠性試驗(yàn)中出現(xiàn)故障，不能只采取修復(fù)性措施，必須針對(duì)故障現(xiàn)象分析故障機(jī)理，對(duì)故障機(jī)理采取設(shè)計(jì)或工藝上切實(shí)可行的糾正措施，并且通過試驗(yàn)驗(yàn)證糾正措施的有效性，消除故障機(jī)理，這樣才能提高產(chǎn)品的可靠性，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品可靠性的增長(zhǎng)。

5 可靠性鑒定試驗(yàn)

可靠性鑒定試驗(yàn)是為驗(yàn)證產(chǎn)品設(shè)計(jì)是否達(dá)到規(guī)定的可靠性要求，由訂購方認(rèn)可的單位按照選定的抽樣方案，抽取有代表性的產(chǎn)品在規(guī)定條件下進(jìn)行試驗(yàn)。一般采用溫度、濕度、振動(dòng)的綜合環(huán)境影響，從GJB899-1990中選取統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方案。航天產(chǎn)品一般采用增長(zhǎng)試驗(yàn)和預(yù)鑒定試驗(yàn)相結(jié)合的可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)方案進(jìn)行，采取與可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)相同的試驗(yàn)剖面。[5]

6 可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)

可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)是檢查批產(chǎn)狀態(tài)下產(chǎn)品可靠性是否達(dá)到研制水平，以及產(chǎn)品可靠性控制的穩(wěn)定性。可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)原則上每一批均應(yīng)抽樣方式進(jìn)行，驗(yàn)收試驗(yàn)決定該批次產(chǎn)品能否出廠被使用方所接收。

可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)和可靠性鑒定試驗(yàn)采用相同的試驗(yàn)剖面，可采用相同的試驗(yàn)方案。與可靠性鑒定試驗(yàn)不同在于，可靠性鑒定試驗(yàn)是產(chǎn)品定型階段的工作，只進(jìn)行一次，決定產(chǎn)品能否定型。可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)是產(chǎn)品批生產(chǎn)階段的工作，原則上每一批次均要進(jìn)行，決定該批產(chǎn)品能否出廠。

7 壽命試驗(yàn)

7.1 目的

驗(yàn)證產(chǎn)品的壽命是否滿足規(guī)定的要求。

7.2 壽命試驗(yàn)方法

(1)廠內(nèi)壽命試驗(yàn)法：產(chǎn)品在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，按盡可能真實(shí)地模擬使用條件的試驗(yàn)剖面進(jìn)行的試驗(yàn)。(2)外場(chǎng)信息法：①外場(chǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)法：利用產(chǎn)品外場(chǎng)使用中得到的數(shù)據(jù)。如：殘存比率法、平均秩次法等。②檢查法：檢查產(chǎn)品的征候(泄露、銹蝕、磨損)或測(cè)量產(chǎn)品功能參數(shù)，作為定壽的依據(jù)。③類比分析法：根據(jù)相似產(chǎn)品(指：設(shè)計(jì)、制造、使用和維護(hù)條件等相似)壽命信息與水平，確定新產(chǎn)品的壽命。④薄弱環(huán)節(jié)法：用分析的方法找出待驗(yàn)證的產(chǎn)品中壽命最短又能決定產(chǎn)品壽命的零部件，按廠內(nèi)壽命試驗(yàn)法對(duì)該零部件進(jìn)行試驗(yàn)，給出該產(chǎn)品的壽命。適用于具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)，又難于進(jìn)行設(shè)備整機(jī)壽命試驗(yàn)的產(chǎn)品。

8 可靠性分析評(píng)價(jià)

8.1 可靠性分析評(píng)價(jià)目的

針對(duì)大型復(fù)雜裝備、高可靠性產(chǎn)品、小子樣產(chǎn)品的可靠性試驗(yàn)信息不足的情況，在定型階段采用可靠性分析評(píng)價(jià)進(jìn)行固有可靠性評(píng)價(jià)。

8.2 可靠性分析評(píng)價(jià)方式

兩種方式進(jìn)行可靠性分析評(píng)價(jià)，即定量可靠性評(píng)價(jià)與定性可靠性評(píng)價(jià)。

定量可靠性評(píng)價(jià)：主要基于相似產(chǎn)品試驗(yàn)數(shù)據(jù)、研制試驗(yàn)數(shù)據(jù)等相關(guān)信息單元產(chǎn)品可靠性平、系統(tǒng)可靠性綜合評(píng)估以及貯存期評(píng)估。

定性可靠性分析：主要對(duì)可靠性設(shè)計(jì)、分析、試驗(yàn)、管理等進(jìn)行評(píng)價(jià)。

9 結(jié)語

可靠性試驗(yàn)與評(píng)價(jià)是型號(hào)可靠性工作中不可缺少的重要組成部分，涉及研制全過程，要在型號(hào)研制早期就開始全面規(guī)劃，按階段進(jìn)行實(shí)施。做好可靠性試驗(yàn)與評(píng)價(jià)工作，能有效地提高產(chǎn)品的可靠性。

[1]GJB405A-2004《裝備可靠性工作通用要求》.

[2]GJB1032-1990《電子產(chǎn)品環(huán)境應(yīng)力篩選方法》.

[3]GJB1407-1992《可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)》.

[4]GJB/Z77-1995《可靠性增長(zhǎng)管理手冊(cè)》.

[5]GJB899-1990《可靠性鑒定與驗(yàn)收試驗(yàn)》.

劉宗華(1977-)，男，紅林公司可靠性試驗(yàn)工程師，主要研究方向?yàn)榄h(huán)境與可靠性試驗(yàn)技術(shù)及測(cè)試技術(shù)。

王章梅(1977-)，女，工程師。

董達(dá)(1978-)，男，研究生，紅林公司可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)試驗(yàn)員，主要研究方向?yàn)榭煽啃栽鲩L(zhǎng)試驗(yàn)。