什么是可靠性試驗？

可靠性試驗是對產品進行可靠性調查、分析和評價的一種手段。試驗結果為故障分析、研究采取的糾正措施、判斷產品是否達到指標要求提供依據。具體目的有：　1 發現產品的設計、元器件、零部件、原材料和工藝等方面的各種缺陷；　2 為改善產品的完好性、提高任務成功性、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。為實現上述目的，根據情況可進行實驗室試驗或現場試驗。　　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境剖面，但不受場地的制約，可在產品研制、開發、生產、使用的各個階段進行。具有環境應力的典型性、數據測量的準確性、記錄的完整性等特點。通過試驗可以不斷地加深對產品可靠性的認識，并可為改進產品可靠性提供依據和驗證。　　現場試驗是產品在使用現場的試驗，試驗剖面真實但不受控，因而不具有典型性。因此，必須記錄分析現場的環境條件、測量、故障、維修等因素的影響，即便如此，要從現場試驗中獲得及時的可靠性評價信息仍然困難，除非用若干臺設備置于現場使用直至用壞，忠實記錄故障信息后才有可能確切地評價其可靠性。當系統規模龐大、在實驗室難以進行試驗時，則樣機及小批產品的現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。可參閱圖2.1。早期失效段，也稱早期故障階段。早期失效出現在產品壽命的較早時期，產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計缺陷暴露產生，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。早期失效可通過加強原材料和元器件的檢驗、工藝檢驗、不同級別的環境應力篩選等嚴格的質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構件、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 示意了兩組產品壽命失效率分布曲線，圖中表明產品B的可靠性水平比產品A的優良，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是同一種產品的不同階段的失效率分布，則表明該產品經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，環境應力篩選所需的資源也可較少。失效率產品A的壽命失效分布B’B 產品B的壽命失效分布 時間圖2.2 裝備可靠性試驗結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，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。可靠性工程試驗包括環境應力篩選和可靠性增長試驗。從試驗性質來分析，現行的老煉也屬于工程試驗項目；由環境應力篩選發展起來的可靠性保證試驗也可歸納于此。工程試驗的出發點是：盡量徹底地暴露產品的問題、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。經過工程試驗的產品，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品的可靠性基礎工作，是產品研制生產的工藝過程。2 可靠性驗證試驗，從試驗原理來說，要應用統計抽樣理論，因此又稱統計試驗。其目的是為了驗證產品是否符合規定的可靠性要求，由承制方根據有關標準和研制生產進度制訂方案和計劃，經定購方認可；重點型號裝備的驗證試驗方案還需報上級領導機關批準，由有關各方組織聯合試驗小組。驗證試驗包括產品研制的可靠性鑒定試驗和批量生產的可靠性驗收試驗。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境應力；試驗結果要作出接收或拒收的判斷，因此對試驗時間和發生的故障應作詳細記錄，經過與失效判據的對比分析后，試驗各方統一認識后才能作出最后的結論。2.3.2 裝備可靠性試驗項目的區別產品研制生產過程除進行可靠性試驗之外,一般還要進行環境（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 環境應力篩選、環境鑒定試驗、可靠性統計試驗區別項目 環境應力篩選 環境鑒定試驗 可靠性統計試驗應用目的 將產品潛在缺陷加速發展成故障并排除 驗證產品的環境適應性 驗證產品的可靠性水平典型應力 隨機振動、溫度循環、電應力 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、電應力應力水平 加強應力，既能暴露故障又不損壞產品 環境條件的極端值 動態模擬真實環境條件應力程序 按效果組合，一般：振動－溫度－振動 按使用次序或能最大響應環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，故障不影響產品的接收 有，故障影響對產品的接收 有，故障數超出規定時拒收3 試驗安排 　　在安排試驗計劃時，應將可靠性試驗與性能試驗、環境應力和耐久性試驗盡可能地結合起來，構成比較全面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，可提高效率節省費用。 www.可靠性．com　　1 產品的性能試驗應在樣機制造出來后即進行，試驗暴露的缺陷應成為改進措施的直接依據。評定產品性能和可靠性是否滿足用戶要求，必須在標準環境條件下使用規定容限值進行性能測量，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，以便進行比較。2 環境應力的種類要按照實際情況進行綜合。環境應力至少應包括熱、振動、潮濕等應力；溫度循環中的濕度等級應足以產生明顯的冷凝和霜凍；振動應力應考慮振動類型、頻率范圍、應力大小和使用方法及振動方位等因素。這一切應能類似于現場使用環境和任務剖面所產生的情況。3 耐久性試驗一般包括環境試驗、過負荷試驗、模擬或接近環境剖面的循環試驗。試驗中發生的問題都要作出分析并采取糾正措施。然后對改進后的產品再作試驗，以證明問題是否已經解決。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品的壽命剖面和任務剖面，使試驗具有真實性。試驗的目的是暴露在使用環境下才能發生的問題、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。試驗模擬的程度，取決于試驗目的。　　1 試驗真實性不高的原因可能是忽視了某些應力。如接插件作靜態壽命試驗時忽略了振動應力，致使現場使用時故障頻繁。2 暴露缺陷的試驗，施加的應力高于使用應力也是合適的。“過應力”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試驗等。這些屬于加速試驗特性，可盡早暴露產品潛藏的薄弱環節，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品可靠性定量指標，提供各種信息，作出產品的可靠性評估，是管理工作所要求的。可靠性指標的點估計值和置信區間估計，是產、購雙方對產品壽命期費用決策的重要信息。可靠性指標的點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標準中規定。只憑試驗結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 從研制生產到交付部隊使用，要進行多項與可靠性有關的試驗。為了確保達到用戶提出的要求，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、確保產品可靠性大綱的效果，管理的任務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、協調、督促。試驗管理工作要圍繞研制生產的產品確定試驗項目、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 受試產品的說明和性能監測要求；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，為保證研制工作進度和避免追加費用，試驗工作的重點應放在工程試驗上。綜合了較多試驗內容的計劃，還應包括每項試驗的方案、決策風險、試驗條件、試驗程序、在壽命周期的計劃等。