可靠性试验与评价论述

2014-12-11刘宗华王章梅董达

中国科技纵横 2014年15期

关键词：寿命可靠性故障

刘宗华王章梅董达

(红林公司,湖北孝感 432000)

可靠性试验与评价论述

刘宗华王章梅董达

(红林公司,湖北孝感 432000)

可靠性试验与评价是实现和验证产品设计可靠性、提高使用可靠性的重要手段。本文对可靠性试验进行了分类,对其内容、方法及应用进行了论述,并对在应用中的注意事项、实施要点等进行了简述。

可靠性试验评价

可靠性试验与评价是产品可靠性工作中不可缺少的重要组成部分，涉及研制全过程。它的作用是通过各种试验使得产品的设计、材料、制造、工艺中的缺陷得到尽早暴露并予以消除，从而达到提高产品设计可靠性和使用可靠性的目的。

1 基本概念

1.1 定义

可靠性试验与评价：为了解、分析、提高、评价产品的可靠性而进行的试验与评价工作。

评价：是对数据进行逻辑组合、分析并与期望的性能进行比较以帮助做出系统性决策的过程。

1.2 方法分类

按试验场地分类，可分为：自然暴露试验、实验室试验与现场试验如表1。[1]

2 环境应力筛选

2.1 环境应力筛选定义及意义

环境应力筛选(英文简称ESS)，就是将适当的环境应力施加给产品，使其存在的各种缺陷(主要是工艺和元器件缺陷)能迅速以故障形式暴露出来，而又不影响正常产品的性能和寿命的工艺或工序。

2.2 环境应力筛选试验方法

环境应力筛选采用的试验方法主要有13种，分别为：温度循环、高温老练、热冲击、低温试验、组合环境、湿度试验、高度试验、随机振动、电应力、定频正弦、扫频正弦、机械冲击、加速度试验。[2]

图1 常用的环境应力筛选振动图谱

在这13种方法中温度循环和随机振动是较有效的筛选方法，因此通常推荐采用温度循环加随机振动组合的试验方法进行。

2.3 实施要点

环境应力筛选应力与使用环境无关，一般所用的是强化应力，但不超过产品设计的极限应力。

(1)温度范围的确定：为提高筛选效率，筛选温度变化幅度应尽可能大，若通电筛选，则筛选温度限应取产品设计极限工作温度，若筛选时产品不通电，则温度限应取产品的设计贮存温度限。(2)文献[2]规定温度变化率不小于5℃/min，由于该标准的修订版依据美军标MIL-HDBK-2164A，美军标已将温变率增加至不小于10℃/min，因此修订后的文献可能将温变率改为10℃/min。(3)保持时间的确定：保持时间是产品实测的温度均值与温箱之差：△Ts＜10℃所需的时间。(4)随机振动图谱及量级：常用振动图谱见图1。推荐单轴振动筛选时间为10min，双轴振动每轴7.5min，三轴振动每轴5min。(5)选取环境应力对产品最为敏感的方向进行试验。(6)产品通断电状态：具备通电监测的产品应通电并进行电性能监测，以及时发现和保证软故障不漏检，提高寻找故障效率。

3 可靠性研制试验

3.1 目的

通过对产品施加适当环境应力、工作载荷，寻找产品中的设计缺陷、以改进设计、提高产品的固有可靠性水平。

3.2 试验分类

可靠性研制试验分为：可靠性强化试验、高加速寿命试验以及可靠性增长摸底试验三类。

可靠性强化试验是通过系统地施加逐渐增大的环境应力和工作应力，激发和暴露产品设计中的薄弱环节，予以改进。

高加速寿命试验(HALT)是为得出产品设计裕度和极限承载能力而设计的一种试验。主要是通过强化应力激发产品缺陷，暴露产品在设计、工艺等方面存在的薄弱环节和潜在缺陷。

可靠性增长摸底试验是为了暴露产品的薄弱环节，有计划、有目标地对产品施加模拟实际环境的综合应力及工作应力，以激发故障、分析故障和改进设计与工艺，并验证改进措施有效性而进行的试验。

表1 三种试验场地类型及优缺点分析

4 可靠性增长试验

4.1 目的

通过对产品施加真实的或模拟产品真实的使用环境应力和工作应力，暴露产品中潜在缺陷并采取纠正措施，使产品的可靠性在预定的时间内提高到规定的水平。

4.2 基本概念

可靠性是产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。

4.3 实施要点

(1)试验剖面制订[5]：结合GJB899-1990制订试验剖面时，考虑三种地面环境(冷天、标准天、热天)条件，一个循环应包括高温-低温和低温-高温的变温过程。[5](2)电应力的施加：一般拉偏电压是标称电压的10%，试验中，标称电压占50%的通电时间，上下拉偏电压各占25%的通电时间。(3)试验剖面应尽可能模拟真实使用环境应力和工作应力。(4)试验中应充分重视故障信息的搜集整理工作：可靠性试验中出现故障，不能只采取修复性措施，必须针对故障现象分析故障机理，对故障机理采取设计或工艺上切实可行的纠正措施，并且通过试验验证纠正措施的有效性，消除故障机理，这样才能提高产品的可靠性，实现产品可靠性的增长。

5 可靠性鉴定试验

可靠性鉴定试验是为验证产品设计是否达到规定的可靠性要求，由订购方认可的单位按照选定的抽样方案，抽取有代表性的产品在规定条件下进行试验。一般采用温度、湿度、振动的综合环境影响，从GJB899-1990中选取统计试验方案。航天产品一般采用增长试验和预鉴定试验相结合的可靠性增长试验方案进行，采取与可靠性增长试验相同的试验剖面。[5]

6 可靠性验收试验

可靠性验收试验是检查批产状态下产品可靠性是否达到研制水平，以及产品可靠性控制的稳定性。可靠性验收试验原则上每一批均应抽样方式进行，验收试验决定该批次产品能否出厂被使用方所接收。

可靠性验收试验和可靠性鉴定试验采用相同的试验剖面，可采用相同的试验方案。与可靠性鉴定试验不同在于，可靠性鉴定试验是产品定型阶段的工作，只进行一次，决定产品能否定型。可靠性验收试验是产品批生产阶段的工作，原则上每一批次均要进行，决定该批产品能否出厂。

7 寿命试验

7.1 目的

验证产品的寿命是否满足规定的要求。

7.2 寿命试验方法

(1)厂内寿命试验法：产品在实验室内，按尽可能真实地模拟使用条件的试验剖面进行的试验。(2)外场信息法：①外场数据统计法：利用产品外场使用中得到的数据。如：残存比率法、平均秩次法等。②检查法：检查产品的征候(泄露、锈蚀、磨损)或测量产品功能参数，作为定寿的依据。③类比分析法：根据相似产品(指：设计、制造、使用和维护条件等相似)寿命信息与水平，确定新产品的寿命。④薄弱环节法：用分析的方法找出待验证的产品中寿命最短又能决定产品寿命的零部件，按厂内寿命试验法对该零部件进行试验，给出该产品的寿命。适用于具有复杂结构，又难于进行设备整机寿命试验的产品。