電工電子產品質量提升

【摘要】隨著電工電子產品廣泛應用于現代社會，產品質量的提升就體現在其性能和可靠性方面的高要求。產品質量的提升依托粵品通技術服務平臺，充分發揮“工業產品醫院”機構的技術性、服務性，不斷提高產品可靠性。環境可靠性試驗是評估產品在不同環境條件下的穩定性和可靠性的一種試驗方法，是產品質量提升的關鍵步驟。本論文旨在提出電工電子產品環境可靠性試驗剖面圖設計的方法。傳統的環境適應性試驗往往采用固定的試驗剖面圖來模擬特定環境條件，如溫度、濕度、振動等。然而，由于電工電子產品在實際使用中可能會遇到復雜多變的環境條件，傳統的試驗剖面圖設計無法全面覆蓋所有可能的工作條件和應力場景，導致試驗結果可能不準確或不可靠。因此，設計出環境可靠性綜合試驗剖面極為重要，為日后電工電子產品的可靠性提供大力支持。

【關鍵詞】綜合試驗剖面；電工電子產品；可靠性；粵品通；工業產品醫院

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.06.033

Improvement of Quality of Electrical and Electronic Products—Research on the Design of Environmental Reliability Test Profile

CHEN Haifeng， WU Junchun， GUAN Weibin

（Guangdong Institute of Product Quality Supervision and Inspection， Guangzhou 510670， China）

Abstract： With the widespread application of electrical and electronic products in modern society， the improvement of product quality is reflected in the high requirements for their performance and reliability. The improvement of product quality relies on the Yuepintong technical service platform， fully leveraging the technical and service capabilities of the "Industrial Product Hospital" institution， and continuously improving product reliability. Environmental reliability testing is a testing method for evaluating the stability and reliability of products under different environmental conditions， and is a key step in improving product quality. The purpose of this paper is to propose a cross-sectional design for environmental reliability testing of electrical and electronic products. Traditional environmental adaptability tests often use fixed test profiles to simulate specific environmental conditions， such as temperature， humidity， vibration， etc. However， due to the complex and ever-changing environmental conditions that electrical and electronic products may encounter in practical use， traditional test profile design cannot fully cover all possible working conditions and stress scenarios， resulting in inaccurate or unreliable test results. Therefore， designing a comprehensive test profile for environmental reliability is extremely important， providing strong support for the reliability of electrical and electronic products in the future.

Keywords： comprehensive experimental profile； electrical and electronic products； reliability； yuepintong； industrial products hospital

0引言

為貫徹落實習近平總書記關于推進新型工業化的重要指示和發展新質生產力的重要論述，助力實體經濟發展，服務制造業商家。廣東省市場監督管理局成立粵品通技術服務平臺，致力于產品質量提升，充分發揮“工業產品醫院”機構的技術性、服務性，不斷提高產品可靠性。隨著電工電子產品廣泛應用于現代社會，產品質量的提升就體現在其性能和可靠性方面的高要求。電工電子產品不僅存在于日常生活中，還在工業、軍事、醫療等領域中發揮著至關重要的作用。為了確保電工電子產品在各種環境條件下能夠正常工作并且具備足夠的可靠性，環境可靠性試驗成了不可或缺的一環。環境可靠性試驗旨在模擬產品可能遇到的各種環境應力，并通過對產品進行系統性的測試和評估，以發現潛在的問題和缺陷，從而提前采取措施進行改進和優化。而在進行環境可靠性試驗時，試驗剖面圖的設計起著至關重要的作用。

試驗剖面圖是環境可靠性試驗的核心之一，它包括了在試驗過程中要模擬的環境條件和應力場景的描述，如溫度曲線、濕度曲線、振動頻率、電磁場強度等?，F在綜合試驗剖面設計主要以GJB 899A—2009《可靠性鑒定和驗收試驗》的標準為基礎，根據不同產品的任務和環境設計出綜合試驗剖面。下面對電工電子產品（以下簡稱“產品”）環境可靠性試驗剖面圖設計展開全面的介紹。

1產品壽命剖面到試驗剖面的過程

壽命剖面是對產品在從其接收到其壽命終結或退出使用這段時間內所要經歷的各種事件和狀態（包括環境條件、工作方式及其延續情況）的一種時序描述。它涉及壽命期內的每個重要事件，例如運輸、貯存、試驗與檢驗、備用與待命狀態、運行使用或任務剖面以及其他可能事件。壽命剖面是確定產品將會遇到的環境條件的基礎。

產品的環境剖面與其任務剖面有密切的聯系，因此進行試驗剖面分析設計時，除了要了解產品任務時，還需要了解所在的環境條件，對產品環境剖面中的環境應力進行數據分析與信息獲取，建立環境參數值與試驗時間的對應關系。

每種產品的任務剖面和環境剖面不完全相同，可以有多種情況。因此，可以合理調整任務剖面和環境剖面的組合，以任務剖面為基礎，綜合確定其實驗室環境可靠性試驗剖面圖。然而，并不是每項任務剖面都需要進行有對應的環境剖面，而是依據參數量值計算加權合成，將已知的環境參數以及作用時間關系進行處理，將每項任務剖面和環境剖面合成一個環境可靠性試驗剖面圖，具體合成規則如圖1所示。

3產品環境可靠性試驗剖面

3.1試驗剖面設計

試驗剖面一般經歷以下步驟：1）確定產品任務剖面。2）確定產品每種任務的環境剖面。3）根據產品的環境剖面確定每項任務的試驗剖面。4）將每個任務的試驗剖面合成一個試驗剖面，從而繪制試驗剖面圖。

3.2環境剖面

環境剖面是產品在貯存、運輸、使用中將會遇到的各種主要環境參數和時間的關系圖，它主要根據任務剖面繪制。每個任務剖面對應于一個環境剖面，因此環境剖面可以是一個，也可以有許多個。任何產品在設計上應能正常使用且功能正常，在產品的壽命期內，可能遇到的嚴酷貯存和運輸環境，產品應具有保持正常使用且不損壞其功能的能力。設計產品的環境剖面，其目的是控制產品的設計和試驗的成功性，評估產品的可靠性。在論證過程中，確定產品環境剖面的工作難度較大，因為一個新產品可能遇到的外界環境與它所準備替代的產品或相似產品所遇到的環境有較大差異。

產品所經歷的正常使用環境條件一般包括以下幾方面：1）誘發環境應力。公路運輸：路面顛簸、振動（隨機）、緊急制動（沖擊）、電磁干擾、搬運時的跌落或傾倒、堆碼。鐵路運輸：緊急制動（沖擊）、鐵路軌道的振動、電磁干擾、搬運時的跌落或傾倒、堆碼。航空運輸：振動（飛行時）、沖擊、傾斜和搖擺、電磁干擾、運輸時的跌倒、堆碼。船舶運輸：水面顛震、振動、傾斜和搖擺、沖擊、電磁干擾、水面上的油污、搬運時的跌落或傾倒。公路上的人工搬運：顛簸、隨機振動、搬運時的跌落或傾倒、堆碼。2）自然環境應力。溫度（高低溫）、高溫高濕、振動、太陽輻射、低氣壓、高氣壓、凝露、紫外老化、淋雨、大風雨、溫度沖擊、霉菌、積冰凍雨、混合氣體腐蝕、鹽霧、沙塵、雷電、磁場等。

3.3任務剖面

任務剖面是對產品在完成規定任務這段時間內所要經歷的全部重要事件和狀態的一種時序描述。它僅是壽命剖面的一部分。一種產品可用于執行單一任務，也可用于執行多項任務，因此任務剖面可以有一個，也可以有許多個。任務剖面是決定產品在使用中將會遇到的主要環境條件的基礎，它取決于產品的使用要求和產品設計特性。任務剖面一般應包括：產品運行時的狀態、產品運行每個階段任務的時間與順序和產品所處環境（自然的與誘發的）時間與順序。任務剖面能夠決定產品在使用中將會遇到的主要環境條件，它取決于產品的使用要求（例如功能不同，使用條件不同）。產品壽命剖面和任務剖面應由購買方或總體設計單位給出。

3.4試驗剖面

3.4.1環境應力

在確定試驗剖面之前，首先要確定環境應力。環境應力通過可靠性試驗來表現，可靠性試驗通過采用綜合環境條件且其試驗所采用的環境應力及其隨時間的變化，從而確定環境應力的大小?？煽啃栽囼灥沫h境應力具體條件參數取值的方法不同于環境適應性試驗取最值條件的方法，它是通過模擬實際環境得出來的。

確定試驗環境條件，第一步要確定環境應力。針對產品可能會經歷的環境條件進行全面的理論分析，并判斷哪些環境應力對產品的可靠性影響最大。對于電工電子產品而言，施加的環境應力主要有溫度（溫度沖擊/速率、高低溫）、濕度（通常伴隨著高溫）、振動等，這是因為上述環境應力對產品的可靠性影響最大。據統計分析，上述環境應力分別占環境引起故障數的39%、28%和18%。因此，著重考慮這三個因素，這三個環境因素對產品可靠性影響概率占了85%以上；剩下的環境應力，可以通過可靠性鑒定試驗去檢驗其對產品可靠性的影響。對于在使用中會經受多種環境應力的產品，試驗時應考慮對其施加綜合的環境應力。根據產品所處的使用環境及所需驗證的可靠性要求的不同，可以根據實際情況，增加別的環境應力，如鑒定掃地機器人的零部件連接件是否會松動，試驗中就應施加更大的振動負荷。

第二步，在確定試驗環境條件的同時，還需確定試驗應力等級。以下是確定環境試驗應力等級的依據及順序。1）實測應力。在確定環境試驗剖面應力等級之前，首先要實測應力，即產品在執行典型的任務時所處的條件所經受的應力。因此，在產品研發初期，應盡可能取得產品的環境實測應力，為接下來的研發做基礎。2）估計應力。有些產品難以去實測到具體的應力，這時可利用估計應力方法來確定可試驗的環境應力的范圍。即選擇功能以及用途相似的產品，將其放在產品根據處于相似位置，執行相似任務和功能時測得的實際數據，經過分析后確定可以作為可靠性試驗的環境應力。3）參考應力。如果實測應力以及估計應力都無法得到的情況下，可參考相關產品標準、產品設計規范或者國家軍事標準GJB899A—2009《可靠性鑒定與驗收試驗》中的附錄B提供的應力或提供的方法確定可靠性試驗的環境應力。

在確定環境應力的過程中應遵照如下幾條基本原則：①具有代表性的環境量值應盡量接近產品實際的使用環境，因此應包括最值和中間值，參數量值大小與施加應力的持續時間相關聯，其施加順序盡量模擬任務中的順序。②對于簡單性量值，其確定的方法必須簡單，易于在實驗室實施。③因資金有限，采用經濟性處理得來環境應力值，在試驗剖面中所帶來的風險要與可靠性試驗中有關風險相協調。試驗剖面不應超過現有試驗設備能力范圍，且實施容易，費用合理可控。

3.4.2試驗剖面的組成

試驗剖面是直接供試驗用的環境參數與時間的關系圖，將所確定的環境應力及其按時間的變化趨勢進行確定。這種坐標軸應能反映產品現場使用時的運行狀態、所處的環境條件以及變化趨勢。試驗剖面還考慮了任務剖面以外的環境條件，如飛機起飛前地面停機和開機的溫度環境。對設計用于執行一種任務的產品，試驗剖面與環境剖面和任務剖面之間呈一一對應關系，對設計用于執行多項任務的產品，則應按照一定的規則將多個試驗剖面合并為一個合成試驗剖面。另外，試驗時間的確定是根據產品壽命期間內可能會出現的各種環境條件以及各種任務的持續時間的比例。

產品的可靠性試驗剖面，如無特殊要求，一般由以下內容組成：根據任務剖面分別確定高低溫的環境條件以及高低溫之間的交替循環。每一任務前應有低溫、高溫時間（根據產品特點而定），在此期間產品不工作。選取環境應力（一般為溫度、濕度、振動）、電應力以及產品所在的環境。而確定的其他應力時，應明確選取幾種應力種類及參數量值的大??；應力值作用的持續時間；每種應力的施加順序。

3.4.3試驗剖面的確定過程

環境適應性試驗剖面制定的一般過程如圖3所示。

1）確定任務剖面。任務剖面確定步驟如下：第1步，應對產品所執行的任務進行全面分析，從中選取對產品可靠性影響較大或者有代表性的任務剖面。對于不同的任務剖面，應列出詳細的任務特性數據。如：掃地機器人執行清掃地面的任務時，則應該給出清掃的任務特性參數圖；執行噴水的任務時則應該給出清掃的任務特性參數圖等。第2步，對于單個任務，則直接對應單個任務剖面；對于綜合任務剖面，則是按每種任務出現的時間比例合成。詳細數據表按階段給出，如掃地機器人在道路上工作的總時間、各個任務的執行時間、執行任務的速率、工作電壓和功率等。

2）確定環境剖面。環境剖面往往根據確定好的任務剖面來定。根據已經制定好的任務剖面、產品的運行環境、工作模式、利用以往的經驗和現場實測數據計算出環境參數，從而確定環境剖面。另外，可編制環境剖面數據表和圖，這樣便于更加精確描述環境剖面。

環境剖面確定步驟如下：①通過產品的設計制造文件分析。正常情況下，設計制造文件包含了一些產品的壽命和產品所能經受最大的環境條件信息，有些數據可以在環境剖面中使用。例如，為了獲得環境條件時間則需對設計制造文件中關于該產品任務的描述進行分析，一般只要求分析到可以評估產品設計方案可行性所需要的程度。②參考相似的產品。環境應力可以通過分析取得，但環境應力的詳細數據很難直接獲得。當設計制造文件未提供相應的參數數據，又得不到實測應力時，可以選擇相似產品的環境參數，也可以是直接采用自然環境條件相似的數據。③參考文獻。如果缺少實測環境數據和相似產品環境數據，也可以查閱相關文獻的數據（GJB 899A—2009《可靠性鑒定與驗收試驗》附錄B或者是某科學研究成果），將其作為環境剖面中的數據。若無特殊要求，可大量采用文獻中的數據。④初始的環境剖面可以從定性和定量的角度上制定，通過尋找影響產品可靠性的關鍵環境，這種關鍵環境的誘發應力對產品可靠性有很大影響。⑤根據所得的初始環境剖面去分析產品的環境條件，應分析產品的每一個部件在執行每項任務時所處的環境以及每個環境應力與持續時間，分析時應優先使用實測應力，其次是估算應力，最后參考應力（如有關標準規范規定的應力），進而得出產品的環境剖面。

正常來說，軟件不受環境影響，不需要進行環境條件分析。但是軟件的儲存媒介（如磁盤）或其他存儲器經常要受到自然環境（如溫度、濕熱等）和誘發環境（如機械負荷）的影響，如果對儲存媒介保護不當，嚴酷的環境有可能銷毀軟件程序，這時就被視為部件問題。

3）確定試驗剖面。將所涉及的環境剖面進行計算，再適當地簡化，同時也要將任務剖面的時間進行加權，將環境剖面轉化為試驗剖面。最后，根據試驗設備能力等因素確定最終的綜合環境可靠性試驗剖面。現本方案只列舉主要環境應力（溫度、濕度、振動、電應力）條件，試驗剖面如圖4所示。

5結束語

本剖面設計適用于電工電子產品，主要包括戶內戶外電器、道路用電氣設備、軌道交通設備、飛行器設備等產品。電工電子產品環境可靠性試驗剖面圖設計的研究具有重要的應用價值。它可以為電工電子產品的設計、生產和維護提供指導，提高產品的競爭力和市場份額，并為相關行業的發展和創新提供支持。

【參考文獻】

[1]可靠性鑒定和驗收試驗：GJB 899A—2009[S].

【作者簡介】

關衛斌，男，1976年出生，高級工程師，學士，研究方向為環境可靠性及照明電器。

陳海鋒，男，1995年出生，工程師，學士，研究方向為環境可靠性。

吳俊純，男，1996年出生，工程師，學士，研究方向為電磁兼容。

（編輯：李鈺雙）