什么是可靠性試驗(yàn)

貝爾試驗(yàn)設(shè)備有限公司

   可靠性試驗(yàn)是對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行可靠性調(diào)查、分析和評(píng)價(jià)的一種手段。試驗(yàn)結(jié)果為故障分析、研究采取的糾正措施、判斷產(chǎn)品是否達(dá)到指標(biāo)要求提供依據(jù)。具體目的有：

　(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**，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(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)的手段來暴露和消除早期失效，降低隨機(jī)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?yàn)?span lang= "EN-US">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(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。可靠性工程試驗(yàn)包括環(huán)境應(yīng)力篩選和可靠性增長試驗(yàn)。從試驗(yàn)性質(zhì)來分析，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：盡量徹底地暴露產(chǎn)品的問題、缺陷，并采取措施糾正，再驗(yàn)證問題得到解決、缺陷得到消除與否。經(jīng)過工程試驗(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。可見，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)的工藝過程。

(2) 可靠性驗(yàn)證試驗(yàn)，從試驗(yàn)原理來說，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*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)境條件的極端值 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*大響應(yīng)環(huán)境應(yīng)力的次序模擬使用的次序

樣本 100% 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(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，構(gòu)成比較**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)中易疏忽的問題和缺陷，可提高效率節(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)生的問題、故障和缺陷。如果試驗(yàn)只能暴露一部分問題，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?/span>

　　(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。可靠性指標(biāo)的點(diǎn)估計(jì)值和置信區(qū)間估計(jì)，是產(chǎn)、購雙方對(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；

(2) 規(guī)定可靠性試驗(yàn)的應(yīng)力條件；

(3) 規(guī)定試驗(yàn)進(jìn)度計(jì)劃；

(4) 詳細(xì)的可靠性試驗(yàn)方案；

(5) 試驗(yàn)操作程序；

(6) 受試產(chǎn)品的說明和性能監(jiān)測(cè)要求；

(7) 試驗(yàn)設(shè)備和監(jiān)測(cè)儀器；

(8) 試驗(yàn)記錄和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法；

(9) 試驗(yàn)報(bào)告的內(nèi)容。

試驗(yàn)管理除了計(jì)劃管理之外，還包括試驗(yàn)費(fèi)用的管理，為保證研制工作進(jìn)度和避免追加費(fèi)用，試驗(yàn)工作的重點(diǎn)應(yīng)放在工程試驗(yàn)上。綜合了較多試驗(yàn)內(nèi)容的計(jì)劃，還應(yīng)包括每項(xiàng)試驗(yàn)的方案、決策風(fēng)險(xiǎn)、試驗(yàn)條件、試驗(yàn)程序、在壽命周期的計(jì)劃等。