可靠性增長試驗(yàn)與相關(guān)概念的關(guān)系及作用研究

葉奇 趙京 孫詩炎 王克成 張倬

摘 要

本文通過梳理可靠性增長試驗(yàn)相關(guān)的概念，闡述其與其他相關(guān)概念之間的關(guān)系，從而明確可靠性增長試驗(yàn)在整個(gè)可靠性工作中的位置，通過總結(jié)可靠性增長試驗(yàn)的作用，為后續(xù)可靠性工程工作是否選用可靠性增長試驗(yàn)提出了相關(guān)依據(jù)。

關(guān)鍵詞

可靠性增長試驗(yàn);可靠性工程

中圖分類號： TH-39 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 17 . 82

Abstract

This paper combed the related concepts of reliability-growth test and elaborated the relationship between them and other related concepts， so as to clarified the position of reliability-growth test in the whole reliability engineering. By summing up the function of reliability-growth test， it provided the relevant basis for the subsequent reliability engineering work whether to select reliability-growth test or not.

Key words

Reliability-growth test; Reliability engineering

0 引言

通過梳理可靠性增長試驗(yàn)與可靠性工程中其他相關(guān)概念之間的關(guān)系，可有效地區(qū)分可靠性增長試驗(yàn)與其他相關(guān)概率的不同，使相關(guān)從業(yè)人員在進(jìn)行工作時(shí)，可更好地運(yùn)用可靠性增長試驗(yàn)提升產(chǎn)品的可靠性。

1 可靠性增長試驗(yàn)

可靠性增長試驗(yàn)作為工程試驗(yàn)的一種，其功能是對試驗(yàn)對象進(jìn)行可靠性評價(jià)，通常是在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和開發(fā)階段執(zhí)行。在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)早期，通過執(zhí)行可靠性摸底試驗(yàn)與高加速極限試驗(yàn)（HALT），可有效地激發(fā)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)缺陷，其可靠性設(shè)計(jì)中存在的問題也能盡早暴露，為產(chǎn)品的改進(jìn)爭取更多的時(shí)間，節(jié)約開發(fā)成本，并通過分析總結(jié)可靠性摸底試驗(yàn)以及HALT所暴露出來的問題以及后續(xù)整改措施，可為后續(xù)可靠性增長試驗(yàn)奠定基礎(chǔ);在設(shè)計(jì)和開發(fā)后期，可進(jìn)行可靠性增長試驗(yàn)，以提高產(chǎn)品的固有可靠性;在產(chǎn)品制造和使用階段，針對暴露出來的可靠性問題，同樣可運(yùn)用可靠性增長試驗(yàn)中的TAAF分析方法，分析得到失效原因，給出糾正和預(yù)防措施，并反饋設(shè)計(jì)，進(jìn)行必要的變更，從而不斷地提升產(chǎn)品的固有可靠性。可靠性增長試驗(yàn)在可靠性工作中的位置如圖1所示。

2 可靠性增長試驗(yàn)與相關(guān)概念間的關(guān)系

2.1 可靠性增長試驗(yàn)與一般性可靠性增長的關(guān)系

兩者的最終目的是統(tǒng)一的：提高產(chǎn)品的可靠性。但具體還有差別。

一般可靠性增長并不明確可靠性增長的目標(biāo)，當(dāng)產(chǎn)品發(fā)生故障后，以可以投入可靠性增長的資源多少，選取全部或部分故障進(jìn)行改進(jìn)和糾正，使得產(chǎn)品獲得可靠性的提升;不制定可靠性增長的計(jì)劃曲線，也不跟蹤可靠性增長的過程，通過少量對產(chǎn)品發(fā)生的故障進(jìn)行集中的改進(jìn)和糾正，以此來提高產(chǎn)品的可靠性。

可靠性增長試驗(yàn)可暴露產(chǎn)品的故障，發(fā)現(xiàn)可靠性設(shè)計(jì)的缺陷，但并不能提高產(chǎn)品的固有可靠性。只有針對暴露的問題進(jìn)行分析并采用糾正或預(yù)防措施后，該問題不再重復(fù)出現(xiàn)，才能使產(chǎn)品獲得可靠性的提升。

從時(shí)間關(guān)系上而言，應(yīng)該首先開展可靠性增長試驗(yàn)，積累故障信息和數(shù)據(jù)，然后開展對積累的故障進(jìn)行綜合評估，對其中的部分或全部進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)（一般可靠性增長），這兩個(gè)步驟總稱為可靠性增長。

2.2 可靠性增長試驗(yàn)與可靠性增長管理的關(guān)系

可靠性增長管理是一種有計(jì)劃有目標(biāo)的可靠性增長工作項(xiàng)目，它是產(chǎn)品壽命周期中一項(xiàng)全局性的可靠性增長，是一項(xiàng)為了達(dá)到預(yù)期的可靠性指標(biāo)，對時(shí)間和其他資源進(jìn)行系統(tǒng)安排，合理分配，有效控制實(shí)際增長率的可靠性增長項(xiàng)目[1]。

可靠性增長管理貫穿整個(gè)產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計(jì)、制造生產(chǎn)、使用維修等全部過程，其通常可以分為以下幾個(gè)部分：可靠性增長規(guī)劃，可靠性增長計(jì)劃，可靠性增長試驗(yàn)，可靠性增長過程。可靠性增長試驗(yàn)是可靠性增長管理的基本內(nèi)容之一，主要是在產(chǎn)品的研制階段進(jìn)行。

可靠性增長過程通常稱為TAAF過程，即試驗(yàn)-分析-改進(jìn)-再試驗(yàn)-再分析的閉環(huán)過程，如圖2所示。一個(gè)TAAF循環(huán)的成功實(shí)現(xiàn)，可使產(chǎn)品得到一定的可靠性提升，若干個(gè)TAAF循環(huán)可使得產(chǎn)品的可靠性得到不斷地增長。

可靠性增長管理不僅是需要將可靠性增長試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行TAAF循環(huán)，更重要的是要將產(chǎn)品整個(gè)生命周期中所發(fā)生的故障納入TAAF循環(huán)，消除產(chǎn)品設(shè)計(jì)中存在的缺陷，從而提高產(chǎn)品的可靠性。

2.3 可靠性增長試驗(yàn)與可靠性設(shè)計(jì)的關(guān)系

可靠性設(shè)計(jì)是指在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，針對預(yù)估的隱患和薄弱環(huán)節(jié)，采用預(yù)防性的設(shè)計(jì)和改進(jìn)措施，減少或消除隱患和薄弱環(huán)節(jié)，避免產(chǎn)品在使用中出現(xiàn)故障，從而提高產(chǎn)品的固有可靠性。

可靠性設(shè)計(jì)是事前措施，而可靠性增長試驗(yàn)是事后試驗(yàn)評估。可靠性增長試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問題可以反饋到可靠性設(shè)計(jì)中，為其提供指導(dǎo)，兩者是提高產(chǎn)品可靠性的最重要的兩個(gè)環(huán)節(jié)。

2.4 可靠性增長試驗(yàn)與可靠性工程的關(guān)系

可靠性工程是指為了達(dá)到產(chǎn)品可靠性指標(biāo)的要求，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、研制、生產(chǎn)和試驗(yàn)以及應(yīng)用過程中，所采取的一系列有序而又相互聯(lián)系、彼此制約的工程管理、研究設(shè)計(jì)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析、試驗(yàn)研究與論證等工作的總稱[2]。

可靠性工程作為一個(gè)系統(tǒng)工程，其進(jìn)行的研究是為了防止產(chǎn)品失效，可靠性增長試驗(yàn)是其重要的組成部分，可靠性工程為可靠性試驗(yàn)提供方法論、分析手段等理論支持，可靠性增長試驗(yàn)為可靠性工程提供試驗(yàn)依據(jù)。

2.5 可靠性增長試驗(yàn)與可靠性鑒定試驗(yàn)的關(guān)系

可靠性鑒定試驗(yàn)是指在規(guī)定的條件下，使用具有代表性的產(chǎn)品，進(jìn)行經(jīng)過批準(zhǔn)的試驗(yàn)過程，并以此結(jié)果作為定型的依據(jù)。在進(jìn)行可靠性鑒定試驗(yàn)之前，為排除早期失效，必須通過環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)。對于復(fù)雜的新研制產(chǎn)品，通常需要進(jìn)行可靠性增長試驗(yàn)，以保證產(chǎn)品能夠順利通過可靠性鑒定試驗(yàn)。

可靠性鑒定試驗(yàn)不直接提高產(chǎn)品的可靠性，其作為產(chǎn)品工程研制階段對全部可靠性工作的考核，用于判斷產(chǎn)品的可靠性是否達(dá)到了設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。由于可靠性增長試驗(yàn)可以提高產(chǎn)品的可靠性，且可以通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法對產(chǎn)品進(jìn)行評估。因此，若產(chǎn)品訂購方同意，可采用可靠性增長試驗(yàn)代替可靠性鑒定試驗(yàn)。可靠性增長試驗(yàn)至少應(yīng)滿足以下條件的情況下，可代替可靠性鑒定試驗(yàn)：

（1）可靠性增長試驗(yàn)的環(huán)境工作條件滿足可靠性鑒定試驗(yàn)所規(guī)定。

（2）可靠性增長試驗(yàn)的過程進(jìn)行嚴(yán)格的跟蹤，且故障記錄完整。

（3）故障報(bào)告是閉環(huán)的，故障糾正過程被詳細(xì)記錄，可以追溯到源頭。

（4）可靠性增長試驗(yàn)的最終結(jié)果所采用的數(shù)理統(tǒng)計(jì)評估方法正確，置信水平滿足要求，評估結(jié)果高于或等于計(jì)劃的增長目標(biāo)。

2.6 可靠性增長試驗(yàn)與可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)的關(guān)系

兩者有著許多共同的地方，都屬與工程試驗(yàn)，其目的也是發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)的薄弱環(huán)節(jié)，并且在進(jìn)行試驗(yàn)之前，都需要排除早期失效，進(jìn)行環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)。同時(shí)，兩者也存在著明顯的區(qū)別，可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)一般在可靠性增長試驗(yàn)之前開展，可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)通常采用加速試驗(yàn)應(yīng)力的方式，沒有明確的目標(biāo)，試驗(yàn)周期短，費(fèi)用相對較低;而可靠性增長試驗(yàn)通常有著明確的增長目標(biāo)，試驗(yàn)周期長，費(fèi)用相對較高。

3 可靠性增長試驗(yàn)的作用

3.1 發(fā)現(xiàn)缺陷、提高可靠性、增強(qiáng)競爭力

對于可靠性工程而言，在產(chǎn)品的研制階段，最主要的任務(wù)是提高產(chǎn)品的固有可靠性。產(chǎn)品的固有可靠性與產(chǎn)品的設(shè)計(jì)技術(shù)，制造技術(shù)，所使用的零部件及材料的選材等產(chǎn)品完成的每個(gè)階段都有密切的關(guān)系。大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，產(chǎn)品在研制初期階段一般都存在某些設(shè)計(jì)缺陷，一開始的MTBF通常都低于目標(biāo)值，通過，可以暴露產(chǎn)品從設(shè)計(jì)方案、選材到樣機(jī)的研制生產(chǎn)等各個(gè)過程以及流程中的缺陷，通過對缺陷的分析研究，采用有效的措施改進(jìn)，對設(shè)計(jì)方案、選材、工藝等進(jìn)行改進(jìn)，防止故障再次出現(xiàn);通過可靠性增長試驗(yàn)TAAF的不斷循環(huán)來減少故障發(fā)生的概率，提高產(chǎn)品的固有可靠性，MTBF甚至可以提高5到25倍，從而增強(qiáng)產(chǎn)品競爭力。

3.2 降低全壽命周期費(fèi)用

通常，產(chǎn)品的可靠性在設(shè)計(jì)階段完成，制造階段固化，運(yùn)行階段體現(xiàn)。可靠性增長試驗(yàn)可以在設(shè)計(jì)、制造階段發(fā)現(xiàn)缺陷，將問題消滅在前期，改進(jìn)了產(chǎn)品的固有可靠性，既提高了制造階段的合格率，又減少了產(chǎn)品運(yùn)行階段的維護(hù)費(fèi)用，從而降低了整個(gè)產(chǎn)品生命周期的費(fèi)用。如圖 3所示。

3.3 縮短研發(fā)周期

可靠性增長試驗(yàn)是可靠性工程試驗(yàn)的工作項(xiàng)目，它能使產(chǎn)品可靠性得到確實(shí)的提高，并能用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法來進(jìn)行評估，成功的可靠性增長試驗(yàn)可以免去可靠性鑒定試驗(yàn)[3]。因此對于需要進(jìn)行可靠性鑒定或驗(yàn)收試驗(yàn)的產(chǎn)品，成功的可靠性增長試驗(yàn)可以代替可靠性鑒定試驗(yàn)，由此為工程節(jié)約鑒定或驗(yàn)收的試驗(yàn)費(fèi)用，縮短研發(fā)周期，加速產(chǎn)品上市。

4 結(jié)論

在產(chǎn)品的開發(fā)、研制、生產(chǎn)等決定性的壽命階段中，只有采用可靠性增長試驗(yàn)與可靠性增長的各項(xiàng)技術(shù)來進(jìn)行分析管理和實(shí)現(xiàn)各種可靠性工程改進(jìn)，才能將各項(xiàng)可靠性工程工作聯(lián)成一體，并貫穿于產(chǎn)品的整個(gè)壽命周期中。實(shí)踐證明，在可靠性工程中，通過可靠性增長試驗(yàn)、分析、管理來提高產(chǎn)品的可靠性，是節(jié)省試驗(yàn)時(shí)間，減少試驗(yàn)次數(shù)和加快研發(fā)進(jìn)度以及降低研制經(jīng)費(fèi)的有效辦法，研究與做好可靠性增長試驗(yàn)對可靠性工程有著十分重要的工程實(shí)踐意義。

參考文獻(xiàn)

[1]GJB/Z 77-1995 可靠性增長管理手冊.

[2]張相炎著，兵器系統(tǒng)可靠性與維修性，國防工業(yè)出版社，2016.02.

[3]MIL-STD-1635可靠性增長試驗(yàn).