可靠性試驗介紹
可靠性試驗介紹
1 發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計、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、減少維修人力費用和保障費用提供信息；
3 確認(rèn)是否符合可靠性定量要求。
為實現(xiàn)上述目的，根據(jù)情況可進(jìn)行實驗室試驗或現(xiàn)場試驗。
實驗室試驗是通過一定方式的模擬試驗，試驗剖面要盡量符合使用的環(huán)境剖面，但不受場地的制約，可在產(chǎn)品研制、開發(fā)、生產(chǎn)、使用的各個階段進(jìn)行。具有環(huán)境應(yīng)力的典型性、數(shù)據(jù)測量的準(zhǔn)確性、記錄的完整性等特點。通過試驗可以不斷地加深對產(chǎn)品可靠性的認(rèn)識，并可為改進(jìn)產(chǎn)品可靠性提供依據(jù)和驗證。
現(xiàn)場試驗是產(chǎn)品在使用現(xiàn)場的試驗，試驗剖面真實但不受控，因而不具有典型性。因此，必須記錄分析現(xiàn)場的環(huán)境條件、測量、故障、維修等因素的影響，即便如此，要從現(xiàn)場試驗中獲得及時的可靠性評價信息仍然困難，除非用若干臺設(shè)備置于現(xiàn)場使用直至用壞，忠實記錄故障信息后才有可能確切地評價其可靠性。當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模龐大、在實驗室難以進(jìn)行試驗時，則樣機及小批產(chǎn)品的現(xiàn)場可靠性試驗有重要意義。
2 可靠性試驗的分類
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（隨機或偶然）失效段、耗損失效段?？蓞㈤唸D2.1。
早期失效段，也稱早期故障階段。早期失效出現(xiàn)在產(chǎn)品壽命的較早時期，產(chǎn)品裝配完成即進(jìn)入早期失效期，其特點是故障率較高，且隨工作時間的增加迅速下降。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。早期失效可通過加強原材料和元器件的檢驗、工藝檢驗、不同級別的環(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、零部件的隨機性失效引起，其特點是故障率低，比較穩(wěn)定，因此是裝備主要工作時段。
耗損失效段，其特點是故障率迅速上升，導(dǎo)致維修費用劇增，因而報廢。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 試驗類型及其分布曲線的變化
針對電子裝備壽命期失效分布的三個階段，人們在設(shè)計制造和使用裝備時便有針對地采取措施，以提高可靠性和降低壽命周期的費用。在設(shè)計制造階段，要盡量減少設(shè)計缺陷和制造缺陷，即便如此仍然會存在早期失效和隨機失效。為此，承制方需要運用工程試驗的手段來暴露和消除早期失效，降低隨機失效的固有水平。通過這些措施，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，用戶可通過維修和局部更新的手段延長裝備的使用壽命。
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，因為B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)過了可靠性增長試驗，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
時間
圖2.2 裝備可靠性試驗結(jié)果對失效分布曲線形狀影響
2.3 裝備可靠性試驗分類
2.3.1 裝備可靠性試驗項目分類
由裝備可靠性試驗的目的出發(fā)，我們把它分為可靠性工程試驗和可靠性驗證試驗兩大類，每類試驗又包括幾種試驗項目。
1 可靠性工程試驗，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，試驗樣品從研制樣機中取得。可靠性工程試驗包括環(huán)境應(yīng)力篩選和可靠性增長試驗。從試驗性質(zhì)來分析，現(xiàn)行的老煉也屬于工程試驗項目；由環(huán)境應(yīng)力篩選發(fā)展起來的可靠性保證試驗也可歸納于此。工程試驗的出發(fā)點是：盡量*地暴露產(chǎn)品的問題、缺陷，并采取措施糾正，再驗證問題得到解決、缺陷得到消除與否。經(jīng)過工程試驗的產(chǎn)品，其可靠性自然會提高，滿足用戶要求的可能性也必然增大。可見，可靠性工程試驗是產(chǎn)品的可靠性基礎(chǔ)工作，是產(chǎn)品研制生產(chǎn)的工藝過程。
2 可靠性驗證試驗，從試驗原理來說，要應(yīng)用統(tǒng)計抽樣理論，因此又稱統(tǒng)計試驗。其目的是為了驗證產(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)度制訂方案和計劃，經(jīng)定購方認(rèn)可；重點型號裝備的驗證試驗方案還需報上級領(lǐng)導(dǎo)機關(guān)批準(zhǔn)，由有關(guān)各方組織聯(lián)合試驗小組。驗證試驗包括產(chǎn)品研制的可靠性鑒定試驗和批量生產(chǎn)的可靠性驗收試驗。這類試驗必須能夠反映裝備的可靠性定量水平，因此試驗條件要盡量接近使用的環(huán)境應(yīng)力；試驗結(jié)果要作出接收或拒收的判斷，因此對試驗時間和發(fā)生的故障應(yīng)作詳細(xì)記錄，經(jīng)過與失效判據(jù)的對比分析后，試驗各方統(tǒng)一認(rèn)識后才能作出zui后的結(jié)論。
2.3.2 裝備可靠性試驗項目的區(qū)別
產(chǎn)品研制生產(chǎn)過程除進(jìn)行可靠性試驗之外,一般還要進(jìn)行環(huán)境（鑒定）試驗，各種試驗的目的不同，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、可靠性統(tǒng)計試驗區(qū)別
項目 環(huán)境應(yīng)力篩選 環(huán)境鑒定試驗 可靠性統(tǒng)計試驗
應(yīng)用目的 將產(chǎn)品潛在缺陷加速發(fā)展成故障并排除 驗證產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性 驗證產(chǎn)品的可靠性水平
典型應(yīng)力 隨機振動、
溫度循環(huán)、電應(yīng)力 溫度、濕度、鹽霧、淋雨、霉菌、振動、沖擊、低氣壓、加速度 溫度、濕度、振動、
電應(yīng)力
應(yīng)力水平 加強應(yīng)力，既能暴露故障又不損壞產(chǎn)品 環(huán)境條件的值 動態(tài)模擬真實環(huán)境條件
應(yīng)力程序 按效果組合，一般：振動－溫度－振動 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，故障不影響產(chǎn)品的接收 有，故障影響對產(chǎn)品的接收 有，故障數(shù)超出規(guī)定時拒收
3 試驗安排
在安排試驗計劃時，應(yīng)將可靠性試驗與性能試驗、環(huán)境應(yīng)力和耐久性試驗盡可能地結(jié)合起來，構(gòu)成比較全面的可靠性綜合試驗計劃。這樣可避免重復(fù)試驗，保證不漏掉在單獨試驗中易疏忽的問題和缺陷，可提率節(jié)省費用。 www.可靠性．com
1 產(chǎn)品的性能試驗應(yīng)在樣機制造出來后即進(jìn)行，試驗暴露的缺陷應(yīng)成為改進(jìn)措施的直接依據(jù)。評定產(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)行性能測量，以獲得重現(xiàn)結(jié)果和所需的精度。
要分別測量記錄試驗前（標(biāo)準(zhǔn)條件）、試驗中（試驗條件）、試驗后（標(biāo)準(zhǔn)條件）的性能，以便進(jìn)行比較。
2 環(huán)境應(yīng)力的種類要按照實際情況進(jìn)行綜合。環(huán)境應(yīng)力至少應(yīng)包括熱、振動、潮濕等應(yīng)力；溫度循環(huán)中的濕度等級應(yīng)足以產(chǎn)生明顯的冷凝和霜凍；振動應(yīng)力應(yīng)考慮振動類型、頻率范圍、應(yīng)力大小和使用方法及振動方位等因素。這一切應(yīng)能類似于現(xiàn)場使用環(huán)境和任務(wù)剖面所產(chǎn)生的情況。
3 耐久性試驗一般包括環(huán)境試驗、過負(fù)荷試驗、模擬或接近環(huán)境剖面的循環(huán)試驗。試驗中發(fā)生的問題都要作出分析并采取糾正措施。然后對改進(jìn)后的產(chǎn)品再作試驗，以證明問題是否已經(jīng)解決。
4 試驗評估
4.1 試驗條件的評估
試驗條件和步驟、方法都要盡可能模擬產(chǎn)品的壽命剖面和任務(wù)剖面，使試驗具有真實性。試驗的目的是暴露在使用環(huán)境下才能發(fā)生的問題、故障和缺陷。如果試驗只能暴露一部分問題，這是在浪費時間和資源。試驗?zāi)M的程度，取決于試驗?zāi)康摹?br />1 試驗真實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)壽命試驗時忽略了振動應(yīng)力，致使現(xiàn)場使用時故障頻繁。
2 暴露缺陷的試驗，施加的應(yīng)力高于使用應(yīng)力也是合適的。“過應(yīng)力”試驗一般用于工程可靠性試驗，如老煉試驗、篩選、研制階段的可靠性增長試驗等。這些屬于加速試驗特性，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，希望試驗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，效果不好。因此要設(shè)計綜合應(yīng)力的循環(huán)周期的試驗剖面，使之比較接近使用條件。
4.2 裝備可靠性評估
測定產(chǎn)品可靠性定量指標(biāo)，提供各種信息，作出產(chǎn)品的可靠性評估，是管理工作所要求的?？煽啃灾笜?biāo)的點估計值和置信區(qū)間估計，是產(chǎn)、購雙方對產(chǎn)品壽命期費用決策的重要信息?？煽啃灾笜?biāo)的點估計值和置信區(qū)間估計的依據(jù)是試驗數(shù)據(jù)。試驗數(shù)據(jù)的具體處理方法在有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定。只憑試驗結(jié)果就對裝備的可靠性水平進(jìn)行評估,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)行綜合評價，才能使用戶放心。
5 試驗管理
從研制生產(chǎn)到交付*使用，要進(jìn)行多項與可靠性有關(guān)的試驗。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，加強管理是十分必要的。試驗管理的目的是為了提高試驗成效、確保產(chǎn)品可靠性大綱的效果，管理的任務(wù)主要是制訂和落實試驗計劃，因此要多安排綜合試驗，常用的方法是組織、協(xié)調(diào)、督促。試驗管理工作要圍繞研制生產(chǎn)的產(chǎn)品確定試驗項目、明確在何時進(jìn)行、由何部門組織哪些人參加和實施、采用何種試驗手段、試驗方案和計劃由誰制訂和批準(zhǔn)，試驗情況的記錄和處置，試驗結(jié)果的處理等。
綜合的可靠性試驗計劃一般包括以下內(nèi)容：
1 確定裝備的可靠性要求；
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