可靠性試驗(yàn)介紹
可靠性試驗(yàn)介紹
1 發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、元器件、零部件、原材料和工藝等方面的各種缺陷；
2 為改善產(chǎn)品的完好性、提高任務(wù)成功性、減少維修人力費(fèi)用和保障費(fèi)用提供信息；
3 確認(rèn)是否符合可靠性定量要求。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)情況可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)或現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。
實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)是通過(guò)一定方式的模擬試驗(yàn)，試驗(yàn)剖面要盡量符合使用的環(huán)境剖面，但不受場(chǎng)地的制約，可在產(chǎn)品研制、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、使用的各個(gè)階段進(jìn)行。具有環(huán)境應(yīng)力的典型性、數(shù)據(jù)測(cè)量的準(zhǔn)確性、記錄的完整性等特點(diǎn)。通過(guò)試驗(yàn)可以不斷地加深對(duì)產(chǎn)品可靠性的認(rèn)識(shí)，并可為改進(jìn)產(chǎn)品可靠性提供依據(jù)和驗(yàn)證。
現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)是產(chǎn)品在使用現(xiàn)場(chǎng)的試驗(yàn)，試驗(yàn)剖面真實(shí)但不受控，因而不具有典型性。因此，必須記錄分析現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境條件、測(cè)量、故障、維修等因素的影響，即便如此，要從現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中獲得及時(shí)的可靠性評(píng)價(jià)信息仍然困難，除非用若干臺(tái)設(shè)備置于現(xiàn)場(chǎng)使用直至用壞，忠實(shí)記錄故障信息后才有可能確切地評(píng)價(jià)其可靠性。當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模龐大、在實(shí)驗(yàn)室難以進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，則樣機(jī)及小批產(chǎn)品的現(xiàn)場(chǎng)可靠性試驗(yàn)有重要意義。
2 可靠性試驗(yàn)的分類
2.1 電子裝備壽命期的失效分布
目前我們認(rèn)為電子裝備壽命期的典型失效分布符合“浴盆曲線”，可以劃分為三段：早期失效段、恒定（隨機(jī)或偶然）失效段、耗損失效段。可參閱圖2.1。
早期失效段，也稱早期故障階段。早期失效出現(xiàn)在產(chǎn)品壽命的較早時(shí)期，產(chǎn)品裝配完成即進(jìn)入早期失效期，其特點(diǎn)是故障率較高，且隨工作時(shí)間的增加迅速下降。早期故障主要是由于制造工藝缺陷和設(shè)計(jì)缺陷暴露產(chǎn)生，例如原材料缺陷引起絕緣不良，焊接缺陷引起虛焊，裝配和調(diào)整不當(dāng)引起參數(shù)漂移，元器件缺陷引起性能失效等。早期失效可通過(guò)加強(qiáng)原材料和元器件的檢驗(yàn)、工藝檢驗(yàn)、不同級(jí)別的環(huán)境應(yīng)力篩選等嚴(yán)格的質(zhì)量管理措施加以暴露和排除。
失效率
早期 耗損
失效 偶然失效段 失效
時(shí)間
圖2.1 電子裝備壽命期失效分布的浴盆曲線示意
恒定失效段，也稱偶然失效段，其故障由裝備內(nèi)部元器件、零部件的隨機(jī)性失效引起，其特點(diǎn)是故障率低，比較穩(wěn)定，因此是裝備主要工作時(shí)段。
耗損失效段，其特點(diǎn)是故障率迅速上升，導(dǎo)致維修費(fèi)用劇增，因而報(bào)廢。其故障原因主要是結(jié)構(gòu)件、元器件的磨損、疲勞、老化、損耗等引起。
2.2 試驗(yàn)類型及其分布曲線的變化
針對(duì)電子裝備壽命期失效分布的三個(gè)階段，人們?cè)谠O(shè)計(jì)制造和使用裝備時(shí)便有針對(duì)地采取措施，以提高可靠性和降低壽命周期的費(fèi)用。在設(shè)計(jì)制造階段，要盡量減少設(shè)計(jì)缺陷和制造缺陷，即便如此仍然會(huì)存在早期失效和隨機(jī)失效。為此，承制方需要運(yùn)用工程試驗(yàn)的手段來(lái)暴露和消除早期失效，降低隨機(jī)失效的固有水平。通過(guò)這些措施，可以改變產(chǎn)品的壽命分布曲線的形狀，可參閱圖2.2。在耗損階段，用戶可通過(guò)維修和局部更新的手段延長(zhǎng)裝備的使用壽命。
圖2.2 示意了兩組產(chǎn)品壽命失效率分布曲線，圖中表明產(chǎn)品B的可靠性水平比產(chǎn)品A的優(yōu)良，因?yàn)锽的恒定失效率比A的低，B的早期失效段比A的短。如果曲線A和B是同一種產(chǎn)品的不同階段的失效率分布，則表明該產(chǎn)品經(jīng)過(guò)了可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)，取得成效，因此曲線B的恒定失效率大為降低。曲線B的早期失效段示意了B和B’兩條，它們表明B比B’的早期失效率為低，顯示其工藝和元器件、原材料的缺陷比B’的少，環(huán)境應(yīng)力篩選所需的資源也可較少。
失效率
產(chǎn)品A的壽命失效分布
B’
B 產(chǎn)品B的壽命失效分布
時(shí)間
圖2.2 裝備可靠性試驗(yàn)結(jié)果對(duì)失效分布曲線形狀影響
2.3 裝備可靠性試驗(yàn)分類
2.3.1 裝備可靠性試驗(yàn)項(xiàng)目分類
由裝備可靠性試驗(yàn)的目的出發(fā)，我們把它分為可靠性工程試驗(yàn)和可靠性驗(yàn)證試驗(yàn)兩大類，每類試驗(yàn)又包括幾種試驗(yàn)項(xiàng)目。
1 可靠性工程試驗(yàn)，其目的在于暴露產(chǎn)品故障以便人們消除它，由承制方進(jìn)行，試驗(yàn)樣品從研制樣機(jī)中取得?？煽啃怨こ淘囼?yàn)包括環(huán)境應(yīng)力篩選和可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)。從試驗(yàn)性質(zhì)來(lái)分析，現(xiàn)行的老煉也屬于工程試驗(yàn)項(xiàng)目；由環(huán)境應(yīng)力篩選發(fā)展起來(lái)的可靠性保證試驗(yàn)也可歸納于此。工程試驗(yàn)的出發(fā)點(diǎn)是：盡量*地暴露產(chǎn)品的問(wèn)題、缺陷，并采取措施糾正，再驗(yàn)證問(wèn)題得到解決、缺陷得到消除與否。經(jīng)過(guò)工程試驗(yàn)的產(chǎn)品，其可靠性自然會(huì)提高，滿足用戶要求的可能性也必然增大?？梢?jiàn)，可靠性工程試驗(yàn)是產(chǎn)品的可靠性基礎(chǔ)工作，是產(chǎn)品研制生產(chǎn)的工藝過(guò)程。
2 可靠性驗(yàn)證試驗(yàn)，從試驗(yàn)原理來(lái)說(shuō)，要應(yīng)用統(tǒng)計(jì)抽樣理論，因此又稱統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)。其目的是為了驗(yàn)證產(chǎn)品是否符合規(guī)定的可靠性要求，由承制方根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和研制生產(chǎn)進(jìn)度制訂方案和計(jì)劃，經(jīng)定購(gòu)方認(rèn)可；重點(diǎn)型號(hào)裝備的驗(yàn)證試驗(yàn)方案還需報(bào)上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)機(jī)關(guān)批準(zhǔn)，由有關(guān)各方組織聯(lián)合試驗(yàn)小組。驗(yàn)證試驗(yàn)包括產(chǎn)品研制的可靠性鑒定試驗(yàn)和批量生產(chǎn)的可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)。這類試驗(yàn)必須能夠反映裝備的可靠性定量水平，因此試驗(yàn)條件要盡量接近使用的環(huán)境應(yīng)力；試驗(yàn)結(jié)果要作出接收或拒收的判斷，因此對(duì)試驗(yàn)時(shí)間和發(fā)生的故障應(yīng)作詳細(xì)記錄，經(jīng)過(guò)與失效判據(jù)的對(duì)比分析后，試驗(yàn)各方統(tǒng)一認(rèn)識(shí)后才能作出zui后的結(jié)論。
2.3.2 裝備可靠性試驗(yàn)項(xiàng)目的區(qū)別
產(chǎn)品研制生產(chǎn)過(guò)程除進(jìn)行可靠性試驗(yàn)之外,一般還要進(jìn)行環(huán)境（鑒定）試驗(yàn)，各種試驗(yàn)的目的不同，不能相互取代，它們的區(qū)別可參閱表2-1。
表2-1 環(huán)境應(yīng)力篩選、環(huán)境鑒定試驗(yàn)、可靠性統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)區(qū)別
項(xiàng)目 環(huán)境應(yīng)力篩選 環(huán)境鑒定試驗(yàn) 可靠性統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)
應(yīng)用目的 將產(chǎn)品潛在缺陷加速發(fā)展成故障并排除 驗(yàn)證產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性 驗(yàn)證產(chǎn)品的可靠性水平
典型應(yīng)力 隨機(jī)振動(dòng)、
溫度循環(huán)、電應(yīng)力 溫度、濕度、鹽霧、淋雨、霉菌、振動(dòng)、沖擊、低氣壓、加速度 溫度、濕度、振動(dòng)、
電應(yīng)力
應(yīng)力水平 加強(qiáng)應(yīng)力，既能暴露故障又不損壞產(chǎn)品 環(huán)境條件的值 動(dòng)態(tài)模擬真實(shí)環(huán)境條件
應(yīng)力程序 按效果組合，一般：振動(dòng)－溫度－振動(dòng) 按使用次序或能zui大響應(yīng)環(huán)境應(yīng)力的次序模擬使用的次序
樣本 抽樣 抽樣
故障限制 希望揭示故障樣品可修復(fù) 不許出故障 故障數(shù)有限制
接收判據(jù) 無(wú)，故障不影響產(chǎn)品的接收 有，故障影響對(duì)產(chǎn)品的接收 有，故障數(shù)超出規(guī)定時(shí)拒收
3 試驗(yàn)安排
在安排試驗(yàn)計(jì)劃時(shí)，應(yīng)將可靠性試驗(yàn)與性能試驗(yàn)、環(huán)境應(yīng)力和耐久性試驗(yàn)盡可能地結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成比較全面的可靠性綜合試驗(yàn)計(jì)劃。這樣可避免重復(fù)試驗(yàn)，保證不漏掉在單獨(dú)試驗(yàn)中易疏忽的問(wèn)題和缺陷，可提率節(jié)省費(fèi)用。 www.可靠性．com
1 產(chǎn)品的性能試驗(yàn)應(yīng)在樣機(jī)制造出來(lái)后即進(jìn)行，試驗(yàn)暴露的缺陷應(yīng)成為改進(jìn)措施的直接依據(jù)。評(píng)定產(chǎn)品性能和可靠性是否滿足用戶要求，必須在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境條件下使用規(guī)定容限值進(jìn)行性能測(cè)量，以獲得重現(xiàn)結(jié)果和所需的精度。
要分別測(cè)量記錄試驗(yàn)前（標(biāo)準(zhǔn)條件）、試驗(yàn)中（試驗(yàn)條件）、試驗(yàn)后（標(biāo)準(zhǔn)條件）的性能，以便進(jìn)行比較。
2 環(huán)境應(yīng)力的種類要按照實(shí)際情況進(jìn)行綜合。環(huán)境應(yīng)力至少應(yīng)包括熱、振動(dòng)、潮濕等應(yīng)力；溫度循環(huán)中的濕度等級(jí)應(yīng)足以產(chǎn)生明顯的冷凝和霜凍；振動(dòng)應(yīng)力應(yīng)考慮振動(dòng)類型、頻率范圍、應(yīng)力大小和使用方法及振動(dòng)方位等因素。這一切應(yīng)能類似于現(xiàn)場(chǎng)使用環(huán)境和任務(wù)剖面所產(chǎn)生的情況。
3 耐久性試驗(yàn)一般包括環(huán)境試驗(yàn)、過(guò)負(fù)荷試驗(yàn)、模擬或接近環(huán)境剖面的循環(huán)試驗(yàn)。試驗(yàn)中發(fā)生的問(wèn)題都要作出分析并采取糾正措施。然后對(duì)改進(jìn)后的產(chǎn)品再作試驗(yàn)，以證明問(wèn)題是否已經(jīng)解決。
4 試驗(yàn)評(píng)估
4.1 試驗(yàn)條件的評(píng)估
試驗(yàn)條件和步驟、方法都要盡可能模擬產(chǎn)品的壽命剖面和任務(wù)剖面，使試驗(yàn)具有真實(shí)性。試驗(yàn)的目的是暴露在使用環(huán)境下才能發(fā)生的問(wèn)題、故障和缺陷。如果試驗(yàn)只能暴露一部分問(wèn)題，這是在浪費(fèi)時(shí)間和資源。試驗(yàn)?zāi)M的程度，取決于試驗(yàn)?zāi)康摹?br />1 試驗(yàn)真實(shí)性不高的原因可能是忽視了某些應(yīng)力。如接插件作靜態(tài)壽命試驗(yàn)時(shí)忽略了振動(dòng)應(yīng)力，致使現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)故障頻繁。
2 暴露缺陷的試驗(yàn)，施加的應(yīng)力高于使用應(yīng)力也是合適的。“過(guò)應(yīng)力”試驗(yàn)一般用于工程可靠性試驗(yàn)，如老煉試驗(yàn)、篩選、研制階段的可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)等。這些屬于加速試驗(yàn)特性，可盡早暴露產(chǎn)品潛藏的薄弱環(huán)節(jié)，采取措施糾正之。
3 模擬壽命剖面的試驗(yàn)，希望試驗(yàn)得到的可靠性與使用中的可靠性相一致。然而模擬的條件與使用的真實(shí)條件總是有差異的。在多數(shù)情況下，用恒定應(yīng)力條件作壽命試驗(yàn)，效果不好。因此要設(shè)計(jì)綜合應(yīng)力的循環(huán)周期的試驗(yàn)剖面，使之比較接近使用條件。
4.2 裝備可靠性評(píng)估
測(cè)定產(chǎn)品可靠性定量指標(biāo)，提供各種信息，作出產(chǎn)品的可靠性評(píng)估，是管理工作所要求的?？煽啃灾笜?biāo)的點(diǎn)估計(jì)值和置信區(qū)間估計(jì)，是產(chǎn)、購(gòu)雙方對(duì)產(chǎn)品壽命期費(fèi)用決策的重要信息。可靠性指標(biāo)的點(diǎn)估計(jì)值和置信區(qū)間估計(jì)的依據(jù)是試驗(yàn)數(shù)據(jù)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)的具體處理方法在有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定。只憑試驗(yàn)結(jié)果就對(duì)裝備的可靠性水平進(jìn)行評(píng)估,信息量可能不夠，往往要結(jié)合制造和使用的其它信息進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，才能使用戶放心。
5 試驗(yàn)管理
從研制生產(chǎn)到交付*使用，要進(jìn)行多項(xiàng)與可靠性有關(guān)的試驗(yàn)。為了確保達(dá)到用戶提出的要求，遵守交付周期，節(jié)省資源，加強(qiáng)管理是十分必要的。試驗(yàn)管理的目的是為了提高試驗(yàn)成效、確保產(chǎn)品可靠性大綱的效果，管理的任務(wù)主要是制訂和落實(shí)試驗(yàn)計(jì)劃，因此要多安排綜合試驗(yàn)，常用的方法是組織、協(xié)調(diào)、督促。試驗(yàn)管理工作要圍繞研制生產(chǎn)的產(chǎn)品確定試驗(yàn)項(xiàng)目、明確在何時(shí)進(jìn)行、由何部門組織哪些人參加和實(shí)施、采用何種試驗(yàn)手段、試驗(yàn)方案和計(jì)劃由誰(shuí)制訂和批準(zhǔn)，試驗(yàn)情況的記錄和處置，試驗(yàn)結(jié)果的處理等。
綜合的可靠性試驗(yàn)計(jì)劃一般包括以下內(nèi)容：
1 確定裝備的可靠性要求；
