什么是可靠性試驗

貝爾試驗設備有限公司

   可靠性試驗是對產(chǎn)品進(jìn)行可靠性調查、分析和評價(jià)的一種手段。試驗結果為故障分析、研究采取的糾正措施、判斷產(chǎn)品是否達到指標要求提供依據。具體目的有：

　(1) 發(fā)現產(chǎn)品的設計、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) 確認是否符合可靠性定量要求。

為實(shí)現上述目的，根據情況可進(jìn)行實(shí)驗室試驗或現場(chǎng)試驗。

　　實(shí)驗室試驗是通過(guò)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(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)境應力的典型性、數據測量的準確性、記錄的完整性等特點(diǎn)。通過(guò)試驗可以不斷地加深對產(chǎn)品可靠性的認識，并可為改進(jìn)產(chǎn)品可靠性提供依據和驗證。

　　現場(chǎng)試驗是產(chǎn)品在使用現場(chǎng)的試驗，試驗剖面真實(shí)但不受控，因而不具有典型性。因此，必須記錄分析現場(chǎng)的環(huán)境條件、測量、故障、維修等因素的影響，即便如此，要從現場(chǎng)試驗中獲得及時(shí)的可靠性評價(jià)信息仍然困難，除非用若干臺設備置于現場(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價(jià)其可靠性。當系統規模龐大、在實(shí)驗室難以進(jìn)行試驗時(shí)，則樣機及小批產(chǎn)品的現場(chǎng)可靠性試驗有重要意義。

2 可靠性試驗的分類(lèi)

2.1 電子裝備壽命期的失效分布

目前我們認為電子裝備壽命期的典型失效分布符合“浴盆曲線(xiàn)”，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(chēng)早期故障階段。早期失效出現在產(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計缺陷暴露產(chǎn)生，例如原材料缺陷引起絕緣**，焊接缺陷引起虛焊，裝配和調整不當引起參數漂移，元器件缺陷引起性能失效等。早期失效可通過(guò)加強原材料和元器件的檢驗、工藝檢驗、不同級別的環(huán)境應力篩選等嚴格的質(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(xiàn)示意

恒定失效段，也稱(chēng)偶然失效段，其故障由裝備內部元器件、零部件的隨機性失效引起，其特點(diǎn)是故障率低，比較穩定，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，導致維修費用劇增，因而報廢。其故障原因主要是結構件、元器件的磨損、疲勞、老化、損耗等引起。

2.2 試驗類(lèi)型及其分布曲線(xiàn)的變化

針對電子裝備壽命期失效分布的三個(gè)階段，人們在設計制造和使用裝備時(shí)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。在設計制造階段，要盡量減少設計缺陷和制造缺陷，即便如此仍然會(huì )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(lái)暴露和消除早期失效，降低隨機失效的固有水平。通過(guò)這些措施，可以改變產(chǎn)品的壽命分布曲線(xiàn)的形狀，可參閱圖2.2。在耗損階段，用戶(hù)可通過(guò)維修和局部更新的手段延長(cháng)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(xiàn)，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(xiàn)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(cháng)試驗，取得成效，因此曲線(xiàn)B的恒定失效率大為降低。曲線(xiàn)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 裝備可靠性試驗結果對失效分布曲線(xiàn)形狀影響

2.3 裝備可靠性試驗分類(lèi)

2.3.1 裝備可靠性試驗項目分類(lèi)

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(lèi)，每類(lèi)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?？煽啃怨こ淘囼灠ōh(huán)境應力篩選和可靠性增長(cháng)試驗。從試驗性質(zhì)來(lái)分析，現行的老煉也屬于工程試驗項目；由環(huán)境應力篩選發(fā)展起來(lái)的可靠性保證試驗也可歸納于此。工程試驗的出發(fā)點(diǎn)是：盡量徹底地暴露產(chǎn)品的問(wèn)題、缺陷，并采取措施糾正，再驗證問(wèn)題得到解決、缺陷得到消除與否。經(jīng)過(guò)工程試驗的產(chǎn)品，其可靠性自然會(huì )提高，滿(mǎn)足用戶(hù)要求的可能性也必然增大?？梢?jiàn)，可靠性工程試驗是產(chǎn)品的可靠性基礎工作，是產(chǎn)品研制生產(chǎn)的工藝過(guò)程。

(2) 可靠性驗證試驗，從試驗原理來(lái)說(shuō)，要應用統計抽樣理論，因此又稱(chēng)統計試驗。其目的是為了驗證產(chǎn)品是否符合規定的可靠性要求，由承制方根據有關(guān)標準和研制生產(chǎn)進(jìn)度制訂方案和計劃，經(jīng)定購方認可；重點(diǎn)型號裝備的驗證試驗方案還需報上級領(lǐng)導機關(guān)批準，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(lèi)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)境應力；試驗結果要作出接收或拒收的判斷，因此對試驗時(shí)間和發(fā)生的故障應作詳細記錄，經(jīng)過(guò)與失效判據的對比分析后，試驗各方統一認識后才能作出*后的結論。

2.3.2 裝備可靠性試驗項目的區別

產(chǎn)品研制生產(chǎn)過(guò)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，它們的區別可參閱表2-1。

表2-1 環(huán)境應力篩選、環(huán)境鑒定試驗、可靠性統計試驗區別

項目 環(huán)境應力篩選 環(huán)境鑒定試驗可靠性統計試驗

應用目的將產(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)境適應性 驗證產(chǎn)品的可靠性水平

典型應力 隨機振動(dòng)、

溫度循環(huán)、電應力溫度、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)、

電應力

應力水平加強應力，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*大響應環(huán)境應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不許出故障 故障數有限制

接收判據 無(wú)，故障不影響產(chǎn)品的接收有，故障影響對產(chǎn)品的接收 有，故障數超出規定時(shí)拒收

3 試驗安排

　　在安排試驗計劃時(shí)，應將可靠性試驗與性能試驗、環(huán)境應力和耐久性試驗盡可能地結合起來(lái)，構成比較**的可靠性綜合試驗計劃。這樣可避免重復試驗，保證不漏掉在單獨試驗中易疏忽的問(wèn)題和缺陷，可提高效率節省費用。www.可靠性．com

　　(1)產(chǎn)品的性能試驗應在樣機制造出來(lái)后即進(jìn)行，試驗暴露的缺陷應成為改進(jìn)措施的直接依據。評定產(chǎn)品性能和可靠性是否滿(mǎn)足用戶(hù)要求，必須在標準環(huán)境條件下使用規定容限值進(jìn)行性能測量，以獲得重現結果和所需的精度。

　　要分別測量記錄試驗前（標準條件）、試驗中（試驗條件）、試驗后（標準條件）的性能，以便進(jìn)行比較。

(2) 環(huán)境應力的種類(lèi)要按照實(shí)際情況進(jìn)行綜合。環(huán)境應力至少應包括熱、振動(dòng)、潮濕等應力；溫度循環(huán)中的濕度等級應足以產(chǎn)生明顯的冷凝和霜凍；振動(dòng)應力應考慮振動(dòng)類(lèi)型、頻率范圍、應力大小和使用方法及振動(dòng)方位等因素。這一切應能類(lèi)似于現場(chǎng)使用環(huán)境和任務(wù)剖面所產(chǎn)生的情況。

(3) 耐久性試驗一般包括環(huán)境試驗、過(guò)負荷試驗、模擬或接近環(huán)境剖面的循環(huán)試驗。試驗中發(fā)生的問(wèn)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(wèn)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(shí)性。試驗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。如果試驗只能暴露一部分問(wèn)題，這是在浪費時(shí)間和資源。試驗模擬的程度，取決于試驗目的。

　　(1)試驗真實(shí)性不高的原因可能是忽視了某些應力。如接插件作靜態(tài)壽命試驗時(shí)忽略了振動(dòng)應力，致使現場(chǎng)使用時(shí)故障頻繁。

(2) 暴露缺陷的試驗，施加的應力高于使用應力也是合適的?！斑^(guò)應力”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(cháng)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，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(shí)條件總是有差異的。在多數情況下，用恒定應力條件作壽命試驗，效果不好。因此要設計綜合應力的循環(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，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?？煽啃灾笜说狞c(diǎn)估計值和置信區間估計，是產(chǎn)、購雙方對產(chǎn)品壽命期費用決策的重要信息?？煽啃灾笜说狞c(diǎn)估計值和置信區間估計的依據是試驗數據。試驗數據的具體處理方法在有關(guān)標準中規定。只憑試驗結果就對裝備的可靠性水平進(jìn)行評估,信息量可能不夠，往往要結合制造和使用的其它信息進(jìn)行綜合評價(jià)，才能使用戶(hù)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。為了確保達到用戶(hù)提出的要求，遵守交付周期，節省資源，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(shí)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、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(shí)進(jìn)行、由何部門(mén)組織哪些人參加和實(shí)施、采用何種試驗手段、試驗方案和計劃由誰(shuí)制訂和批準，試驗情況的記錄和處置，試驗結果的處理等。

綜合的可靠性試驗計劃一般包括以下內容：

(1) 確定裝備的可靠性要求；

(2) 規定可靠性試驗的應力條件；

(3) 規定試驗進(jìn)度計劃；

(4) 詳細的可靠性試驗方案；

(5) 試驗操作程序；

(6) 受試產(chǎn)品的說(shuō)明和性能監測要求；

(7) 試驗設備和監測儀器；

(8) 試驗記錄和試驗數據的處理方法；

(9) 試驗報告的內容。

試驗管理除了計劃管理之外，還包括試驗費用的管理，為保證研制工作進(jìn)度和避免追加費用，試驗工作的重點(diǎn)應放在工程試驗上。綜合了較多試驗內容的計劃，還應包括每項試驗的方案、決策風(fēng)險、試驗條件、試驗程序、在壽命周期的計劃等。