關于GJB 899A-2009中地面固定設備可靠性試驗剖面的探討

譚金，李勝紅，羅江濤，何曉妍，張銳

（1.中國電子科技集團公司第三十研究所，成都 610041； 2.中央軍委裝備發展部軍事代表局駐成都地區第一軍事代表室，成都 610041；3.成都三零嘉微電子有限公司，成都 610095）

引言

可靠性是武器裝備的通用質量特性之一，武器裝備的可靠性是發揮作戰效能的關鍵[1]。可靠性試驗是為了評估產品在規定壽命期間內，在預期的使用、運輸或存儲等環境下完成規定功能的能力而進行的活動。試驗剖面的確定是進行可靠性試驗的基礎，試驗剖面的合理性決定了可靠性試驗的有效性。GJB 899A-2009《可靠性鑒定和驗收試驗》作為一部詳細闡述可靠性試驗剖面確定方法的軍用標準，為軍用設備提供了統一的、具有再現性的通用試驗剖面確定方法[2]。

GJB 899A-2009規定的確定應力的優先次序如下[3]：實測應力第一優先級,估計應力第二優先級,參考應力最末。王學孔[4]等利用實測數據制定可靠性試驗剖面方法中，通過實測數據獲得產品實際的環境應力剖面，然后將這些數據進行工程化處理得到試驗剖面，再使用得到試驗剖面進行可靠性試驗，可以更加真實地模擬產品實際的使用環境狀態。但在實際執行過程中，存在獲得實測數據有較大困難，獲得的實測數據有效性和典型性難以評估，實測數據處理與分析難度大、成本高、時間周期長，論證單位或研制單位往往不具備實測數據的條件等問題，導致無法獲得實測應力。對于新研產品往往無相似產品，或者相似產品也無實測應力，故估計應力亦無法獲得。在研制總要求或研制合同中一般只給出定量指標MTBF值，未給出任務剖面或環境剖面，故在制定可靠性試驗剖面時就只能使用參考應力。然而，在實際引用GJB 899A-2009地面固定設備規定的參考應力時發現：其振動應力、溫度應力和濕度應力規定不夠詳細具體，具有一定局限性，本文針對上述情況進行探討。

1 地面固定設備試驗應力局限性分析

可靠性試驗應在振動應力、溫度應力、濕度應力、電應力和其它有關試驗應力綜合條件下進行，根據產品的任務剖面和環境剖面確定可靠性試驗應力的量值。

GJB 899A-2009中地面固定設備試驗剖面規定了振動應力、溫度應力、濕度應力和電應力，其地面固定設備的合成試驗剖面如圖1所示。本文分別從振動應力、溫度應力和濕度應力方面對GJB 899A-2009中地面固定設備試驗應力的局限性進行分析。

圖1 GJB 899A中地面固定設備的合成試驗剖面

1.1 振動應力

GJB 899A-2009[3]規定“對設備不采取特別的包裝，其綜合環境條件和要求可按GJB 150.16中有關章節進行。若運輸的距離短，路面良好，則可以從（20～60）Hz的頻帶內任選一個非共振頻率進行正弦耐振振動試驗。”

采用正弦振動模擬運輸環境不真實，運輸振動環境應是寬帶隨機振動，且GJB 150.16-86已被GJB 150.16A-2009代替。

1.2 溫度應力

GJB 899A-2009[3]規定冷浸溫度為-54 ℃，熱浸溫度為85 ℃，有空調室內工作環境溫度取為20 ℃，無空調室內工作環境溫度取為40 ℃，無空調熱帶室內50 %試驗時間的工作環境溫度為60 ℃，25 %試驗時間為40 ℃，其余25 %試驗時間內為20 ℃。

冷浸是用于考核產品的抗寒性，熱浸是用于考核產品的耐熱性，絕大數產品的室內環境溫度沒有如此嚴酷，直接引用GJB 899A-2009中冷浸溫度值和熱浸溫度值有局限性，會對產品產生過試驗，不利于考核產品真實的可靠性值，且GJB 899A-2009中未規定冷浸和熱浸的持續時間，可操作性不強。

產品在預期壽命期內往往會經歷低溫工作環境和高溫工作環境，試驗剖面中未考核到產品在低溫工作和高溫工作的情況，且GJB 899A-2009中未規定溫度變化速率，可操作性不強。

1.3 濕度應力

GJB 899A-2009[3]規定“合同中若無規定，則不必進行濕度試驗”，但產品在預期壽命期內往往會經歷高濕環境，缺少濕度應力導致試驗剖面不夠全面。

2 地面固定設備試驗剖面的改進方案

2.1 試驗應力確定原則

可靠性是指產品在規定條件下和規定時間內完成規定功能的能力[5]。環境適應性是指裝備（產品）在其壽命期預計可能遇到的各種環境試驗的作用下能實現其所有預定功能和性能不被破壞的能力，是裝備的重要的質量特性之一[6]，即指產品適應其運輸、存儲及使用環境的能力。環境適應性試驗考核產品耐受極限應力的能力，可靠性試驗考核產品在預期壽命期內所應承受的環境應力，故可靠性試驗應力不應高于環境適應性試驗應力。

為了使研制和生產的產品具備耐受極限應力的能力，在產品的立項論證階段就應明確這種能力并作為戰術指標納入研制總要求和研制合同中，故研制總要求、研制合同或試驗總案等技術文件中明確規定環境適應性的指標要求，其規定的工作溫度為產品的極限工作溫度，其規定的存儲溫度為產品的極限存儲溫度，故可靠性的工作溫度不應超過環境適應性的工作溫度，可靠性的冷浸溫度和熱浸溫度不應超過環境適應性的存儲溫度。

2.2 試驗剖面的改進

2.2.1 振動應力

地面固定設備在壽命環境期內需從制造工廠運輸到倉庫或用戶安裝場地，故在可靠性試驗前，應先完成運輸振動試驗。產品通常使用貨車/卡車進行運輸，振動環境按照GJB 150.16A-2009[7]中高速公路卡車振動環境進行試驗，振動暴露持續時間每1 600 km的公路運輸為60 min（每個軸向），每個軸向振動時間按照運輸距離進行計算。若產品使用包裝箱包裝完好后進行運輸，則振動試驗過程中應帶包裝且不加電。

2.2.2 溫度應力

1）冷浸溫度和熱浸溫度

地面固定設備試驗剖面的冷浸溫度采用環境適應性指標中低溫存儲溫度，其熱浸溫度采用環境適應性指標中高溫存儲溫度。

2）冷浸和熱浸的持續時間

冷浸和熱浸的持續時間至少應將產品冷透或熱透，其持續時間應不低于產品的溫度穩定時間，可以采用實測法或重量法來確定產品的溫度穩定時間。

①實測法

實測法是指在產品上安裝溫度傳感器來實際測量溫度穩定時間。將產品正確安裝在溫度試驗箱內，并將溫度傳感器緊貼在產品具有最大溫度滯后效應的功能部件上，將溫度試驗箱調至T溫度，當溫度試驗箱達到T溫度開始計時，測量到溫度傳感器達到T溫度所需的時間即為該產品的溫度穩定時間。實測法適用于具備實測環境條件的情況。

②重量法

依據GJB 1621.7A-2006[8]中規定，按照產品重量分為4個等級，分別規定了對應的溫度穩定時間，詳見表1。若產品是由幾個分機組成，應以最重分機重量決定溫度穩定時間。重量法適用于不具備實測環境條件的情況。

表1 產品的溫度穩定時間

3）工作溫度

當產品安裝在有空調室內或無空調室內時，其試驗剖面中工作環境溫度均為恒溫，應在試驗剖面中加入低溫工作和高溫工作情況，全面考核產品的可靠性。在冷浸結束后，將溫度調節到低溫工作溫度，在進行熱浸之前，將溫度調節至高溫工作溫度，低溫工作和高溫工作的溫度分別采用環境適應性試驗指標中低溫工作溫度和高溫工作溫度，低溫工作和高溫工作的持續時間至少為溫度穩定時間+2 h，試驗剖面如圖2所示。

圖2 改進后的地面固定設備試驗剖面圖

當產品安裝在無空調熱帶室內時，若環境適應性試驗指標中高溫工作溫度高于60 ℃，試驗剖面應設計指標溫度點高溫工作情況，其持續時間至少為溫度穩定時間+2 h；若環境適應性指標中高溫工作低于60 ℃，試驗剖面的高溫工作溫度采用環境適應性試驗指標中高溫工作溫度；地面固定設備的環境適應性指標中低溫工作溫度均低于20 ℃，試驗剖面應設計指標溫度點的低溫工作情況，其持續時間至少為溫度穩定時間+2 h。

4）溫度變化速率

產品應用場所為室內固定環境中，其壽命周期環境內共經歷春夏秋冬四個季節環境，其溫度變化速率不宜過高，GJB 150.3A-2009[9]中規定“溫度變化速率應不超過3 ℃/min，以免造成溫度沖擊”，建議地面固定設備的溫度變化速率不超過3 ℃/min。

2.2.3 濕度應力

為模擬產品在高濕環境的情況，在熱浸階段注入濕氣，相對濕度為（75～95）%，可靠性試驗的濕度應力不應超過環境適應性試驗的濕度應力，其余階段不注入濕度，試驗箱不應烘干。

2.2.4 電應力

產品通電工作時間應不低于試驗時間的90 %，隨機選取不超過10 %的試驗時間斷電。標稱電壓占通電時間的50 %，上限電壓和下限電壓各占通電時間的25 %。若無其他規定，則輸入電壓的變化范圍應為標稱電壓的±10 %，應按設備使用情況確定工作持續時間[10]。在低溫工作、恒溫工作和高溫工作階段均應對產品功能性能進行加電檢測，冷浸和熱浸期間產品應斷電。

綜合振動應力、溫度應力、濕度應力和電應力情況，改進后的地面固定設備試驗剖面圖如圖2所示，圖2中字母指標說明如表2所示。

表2 關于圖2中字母指標說明

3 結語

通過對GJB 899A-2009中地面固定設備的振動應力、溫度應力和濕度應力的局限性進行分析，根據引用其它相關標準、工程經驗和分析產品使用環境特點提出地面固定設備試驗剖面的改進方案，并給出改進后地面固定設備試驗剖面圖，使其更具有可操作性和更符合實際環境情況，對制定地面固定設備的試驗剖面具有一定借鑒意義。