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什么是可靠性試驗?

可靠性試驗是對產(chǎn)品進行可靠性調(diào)查、分析和評價的一種手段。試驗結(jié)果為故障分析、研究采取的糾正措施、判斷產(chǎn)品是否達到指標要求提供依據(jù)。具體目的有:
 (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)、使用的各個階段進行。具有環(huán)境應(yīng)力的典型性、數(shù)據(jù)測量的準確性、記錄的完整性等特點。通過試驗可以不斷地加深對產(chǎn)品可靠性的認識,并可為改進產(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。當系統(tǒng)規(guī)模龐大、在實驗室難以進行試驗時,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**,焊接缺陷引起虛焊,裝配和調(diào)整不當引起參數(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,由承制方進行,試驗樣品從研制樣機中取得??煽啃怨こ淘囼灠ōh(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:盡量徹底地暴露產(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??梢姡煽啃怨こ淘囼炇钱a(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)標準和研制生產(chǎn)進度制訂方案和計劃,經(jīng)定購方認可;重點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)一認識后才能作出*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)過程除進行可靠性試驗之外,一般還要進行環(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)境條件的極端值 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*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 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**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題和缺陷,可提高效率節(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行,試驗暴露的缺陷應(yīng)成為改進措施的直接依據(jù)。評定產(chǎn)品性能和可靠性是否滿足用戶要求,必須在標準環(huán)境條件下使用規(guī)定容限值進行性能測量,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(標準條件)、試驗中(試驗條件)、試驗后(標準條件)的性能,以便進行比較。
(2) 環(huán)境應(yīng)力的種類要按照實際情況進行綜合。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?/span>
  (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?!斑^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,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??煽啃灾笜说狞c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)標準中規(guī)定。只憑試驗結(jié)果就對裝備的可靠性水平進行評估,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,要進行多項與可靠性有關(guān)的試驗。為了確保達到用戶提出的要求,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,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;
(2) 規(guī)定可靠性試驗的應(yīng)力條件;
(3) 規(guī)定試驗進度計劃;
(4) 詳細的可靠性試驗方案;
(5) 試驗操作程序;
(6) 受試產(chǎn)品的說明和性能監(jiān)測要求;
(7) 試驗設(shè)備和監(jiān)測儀器;
(8) 試驗記錄和試驗數(shù)據(jù)的處理方法;
(9) 試驗報告的內(nèi)容。
試驗管理除了計劃管理之外,還包括試驗費用的管理,為保證研制工作進度和避免追加費用,試驗工作的重點應(yīng)放在工程試驗上。綜合了較多試驗內(nèi)容的計劃,還應(yīng)包括每項試驗的方案、決策風險、試驗條件、試驗程序、在壽命周期的計劃等。 
 
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