可靠性试验及加速寿命试验技术

可靠性试验及加速寿命试验技术 航天一院702所李宪珊研究员 第一讲可靠性试验航天一院702所李宪珊研究员 一 可靠性基本概念 定义 一 有关可靠性的定义及表示可靠性工作是从质量管理发展来的 产品的质量是什么 一般说包括内在质量 性能 可靠性 包括维修性 安全性 适应性 包含外观 和外延质量 经济性和时间性 粗略的说可靠性就是性能的稳定性 这种稳定性使产品在其寿命周期内具有在规定的条件下和规定的时间内完成规定任务的能力 一 可靠性基本概念 定义 一 有关可靠性的定义及表示这种能力以概率 可能性 表示 即可靠性 可靠度 它由两部分组成 在执行 完成 任务过程中 结构 如元器件或材料 不出故障的可能性 称为 结构可靠性 性能不出故障 例如偏差过大 的可能性 称为 性能可靠性 总称窄义可靠性 一 可靠性基本概念 定义 一 有关可靠性的定义及表示在规定的维护修理使用条件下产品在某一 随机抽取 时刻开始执行任务之前处于良好状态 可以执行任务 的概率称为产品的有效性 可用性 显然 就武器而言 如果不能在接到命令时执行任务 对作战来说是无效的或无用的 但它不包括任务时间 一 可靠性基本概念 定义 一 有关可靠性的定义及表示产品长期贮存 其材料等将会老化变质 因此 有在规定的贮存条件下 产品从开始贮存到丧失其规定的功能的时间称为贮存寿命 把上述的狭义可靠性 有效性和贮存寿命合起来 就可以全面描述产品寿命期内的性能稳定性 被定义为广义可靠性 一 可靠性基本概念 定义 一 有关可靠性的定义及表示产品可靠性 概率 的真值 是理论上的数值 从统计学上说是得不到的 而能获得的仅仅是他观测数据的点估计值或区间估计值 或由观测数据作合理的外推得到 或由非直接观测数据间接推得或综合得到 前两种需要观测数据满足统计要求 一 可靠性基本概念 定义 一 有关可靠性的定义及表示通常由于观测时间的限制 也就是使用任务时间的限制 所以观测值 也就是点估计值 与真值有一定的误差 一 可靠性基本概念 定义 一 有关可靠性的定义及表示产品可靠性 概率 是表示产品总体可靠性高低的一种可靠性数量指标 还有其它指标 可靠性特征量 也可以表示产品总体可靠性高低 对指数分布的产品 如电子产品 来说 其可靠性特征量MTBF是最常用的 称为 平均寿命 或平均故障间隔时间 一 可靠性基本概念 定义 一 有关可靠性的定义及表示对指定的时刻t而言 把开始工作 或修复后开始工作 的时刻记为t o 则产品寿命T等于或超过t t为规定的时间 的概率P T t 即产品的可靠度R 显然 R是某个t的函数 记为R R t P T t 据此 有 p F t P T t 1 R t 称p为产品的 不可靠性 即产品在时间t内的累积故障概率 一 可靠性基本概念 定义 二 有关故障的定义及描述通常我们把故障理解成产品丧失规定功能 对于不可修复的产品称 失效 但是仔细的推敲 这样的定义与基本可靠性定义对应不上 因为对于有冗余或替代工作的设计 允许内部的基本部分失效或出故障而仍然能完成规定功能 一 可靠性基本概念 定义 二 有关故障的定义及描述因此 严格的定义如GJB451 2 2 1条 故障 产品或产品的一部分不能或将不能完成预定功能的事件和状态 加进产品的一部分 就把基本可靠性的要求包含进去 一 可靠性基本概念 定义 二 有关故障的定义及描述可靠性工程离不开故障 如果换一个角度讲 可靠性工程就是 故障工程 也就是说如果没有故障就不存在可靠性 故障的表现形式 称其为 故障模式 引起故障的物理 化学变化等内在原因 称其为 故障机理 一 可靠性基本概念 定义 二 有关故障的定义及描述根据故障发生的原因 可以有如下三种情况 a 不是由于别的产品出故障而引起的故障称为 独立故障 由别的产品出故障引起的故障称为 从属故障 在计算故障数时 从属故障是不计入的 一 可靠性基本概念 定义 二 有关故障的定义及描述b 产品在规定条件下使用 由于产品本身的固有弱点 或缺陷 引起的故障称为 本质故障 由于未按规定条件使用产品引起的故障为 误用故障 由于故障的性质不同 所以采用的措施也不相同 前者要在工艺 材料 设计上 加以改进 一 可靠性基本概念 定义 二 有关故障的定义及描述而后者主要是需要对使用者加强培训 这里用 主要是 的意思是指不排除 误用 是由设计的问题引起的 如大家都知道的三向电源插座型式的改动 就是一个例证 其它操作上的更改更多 所以说是主要的 一 可靠性基本概念 定义 二 有关故障的定义及描述c 有一些产品的某特性随时间逐步蜕变 蜕变到一定程度就出故障 若蜕变程度可以测定 则这种通过事前测试或监控可以预测到的故障称为 渐变故障 一般来说 采取措施是可以防止的 不能预测的故障叫 突然故障 一 可靠性基本概念 定义 二 有关故障的定义及描述故障的分类可根据目的进行 如可靠性试验中 将故障分成 关联与非关联 责任与非责任等 产品在规定条件下和规定的时间内出故障的概率称其为产品的 累积故障概率 由定义可知 若产品的可靠性为R 则产品累积故障概率p 1 R 若在时间T内观察到r个故障 则观察值 一 可靠性基本概念 定义 二 有关故障的定义及描述设某产品的批量为N 在t o时刻出厂并投入工作 到t时刻 大体上还有NR t 个产品还在正常工作 到时刻 大体上还有个产品还在正常工作 亦即在时间间隔内出故障的产品有个 一 可靠性基本概念 定义 二 有关故障的定义及描述所以在t时刻还在工作的NR t 个产品中 于单位时间内出故障的有个 其故障率为这叫作产品 瞬时故障率 记为现以习惯称为 故障率 或 失效率 一 可靠性基本概念 定义 三 寿命的定义及描述可靠性中的寿命与平常人们说的产品寿命周期中的寿命不尽相同 寿命的定义 若产品是可修复的 则一个产品相继两故障的工作时间称为产品的寿命 显然 只有产品是不可修复的 可靠性定义的寿命才与平常人们理解的寿命相同 而 时间 这一含义是广义的 它既包括通常的 时间 也包括如 循环次数 工作次数 工作里程 等等内容 一 可靠性基本概念 定义 三 寿命的定义及描述为了避免与平常的寿命概念相混 在可靠性工作中 把寿命称之 故障间隔时间 或 无故障间隔时间 一般的产品 在开始时 其故障率呈较快的下降现象 这叫 早期故障期 其后一段时期内 基本稳定 有的微微下降 有的则微微上升 这叫 偶发故障期 有时称此为 随机故障期 一 可靠性基本概念 定义 三 寿命的定义及描述经过一定时间后 由于蜕化 磨损 老化等原因 很快上升 产品迅速报废 这叫 耗损故障期 如果画出故障率和时间的关系曲线 就可以得到一条大家熟悉的 浴盆曲线 因此 对可修复的产品而言 在规定的使用条件下 产品具有可接受的故障的时间区间叫作 有效寿命 或 使用寿命 这也就是 偶发故障期 的长度 一 可靠性基本概念 定义 三 寿命的定义及描述若产品的寿命T不到某一时刻的概率为 是一个百分数 即 称为产品的 寿命 这里并不是说到 寿命 有产品都坏了 而是说有产品的特性参数不满足规定要求 当然 也有可能个别的坏了 一 可靠性基本概念 定义 三 寿命的定义及描述在偶发故障期限内 基本上为常数 令 常数 利用初始条件t 0时 R t 0 1 解微方程 得 亦即可靠性为指数分布 一 可靠性基本概念 定义 三 寿命的定义及描述 平均寿命 为 即平均寿命与故障率互为倒数 这是具有指数分布寿命的特点 平均寿命 简写为MTBF 一 可靠性基本概念 定义 三 寿命的定义及描述MTBF只代表偶发故障或随机失效 并不代表老化或耗损现象 指数分布与正态分布有很多特性的不同 不要混淆 如上述的平均寿命0对正态分布而言 有50 概率可以达到 平均寿命 而指数分布 则仅有36 8 由于指数分布 寿命 的失效率是常数 所以不存在 累积损伤 即无记忆 如十个新产品工作1h和一个产品工作10h 其中可靠性是一样的 一 可靠性基本概念 定义 三 寿命的定义及描述从以上所述可以有如下的关系 即可靠性R和其特征量 故障率 平均故障 间隔时间MTBF 的关系 t为规定的任务时间 对使用单位 如部队 他们要求的是可靠性 可靠度 R 便于作战时对武器需求的分析 但对于研制生产单位 在设计和验证指标时难以使用 需换算成 平均故障间隔 MTBF或 一 可靠性基本概念 定义 四 寿命剖面和任务剖面寿命剖面和任务剖面是产品在研制 生产期间设计 包括可靠性设计 分析 试验 后勤保障分析等的依据 剖面 一词是profile的直译 其含义是对所发生的事件 过程 状态 功能及所处环境的描述 显然 事件 状态 功能及所处环境都与时间有关 因此 这种描述事实上 应该 是一种时序描述 一 可靠性基本概念 定义 四 寿命剖面和任务剖面寿命剖面的定义 产品从制造到寿命终结或退出使用这段时间内所经历的全部事件和环境的时序描述 它包括一个或几个任务剖面 也可以称其为寿命历程 见GJB451 2 1 29条 任务剖面的定义 产品在完成规定任务这段时间内所经历的事件和环境的时序描述 其中包括任务成功或致命故障 即失败 的判断准则 也可以称其为任务历程 一 可靠性基本概念 定义 四 寿命剖面和任务剖面 剖面 一般应由订购方提出 它是招标 选择承制方以及签订合同或任务书的技术依据 承制方根据寿命剖面 任务剖面而确定产品的功能要求和外界诱发的环境条件 此要求和条件其中还包括保障和使用的因素是该产品成本及其零部件 组件的设计要求 设计方案应包含它们 二 各类可靠性试验 一 工程试验1 环境应力筛选环境应力筛选是利用环境效应 作用 发现和排除不良另件 元器件 工艺缺陷和防止出现早期故障 失效 的试验 通常产品包含有早期故障期 它是由另件 元器件中难免存在的次品 加工过程中偶然因素引入的缺陷 如虚焊造成的 这些潜在的问题 若在产品出厂前不予以剔除 二 各类可靠性试验 一 工程试验1 环境应力筛选那么经过一段时间以后 就会暴露 出现故障 失效 这一点在过去生产中人们就有经验 产品经过一段使用期之后性能更加稳定好用 有的产品如汽车 到现在有时还能看到 买到新车后要进行一段时间的行驶磨合 目前大部分厂家出厂之前已解决该问题 对于武器装备 如果让它存在 将会大大降低战斗力 如果是家用电器 就会影响开箱合格率 增加返修量 二 各类可靠性试验 一 工程试验1 环境应力筛选环境应力筛选就是为解决这个问题产生的 为了在实验室里 在产品出厂前把混入的不良另件 元器件和工艺缺陷找到并剔除 而且要求在短时间内 相对使用时间 完成 故该试验必须具有加速性的要求 通过外界的统计 发现由温度 振动 湿度引起的故障占80 以上 而温度和振动二项约占 1971年 美国对机载电子设备全年的故障进行剖析 52 7 的故障是由各种环境所致 其中温度 振动 湿度三项占43 58 二 各类可靠性试验 一 工程试验1 环境应力筛选因此 决定用温度循环应力和随机振动来暴露早期故障 不用湿度应力的原因是经过湿度环境作用后 会出现锈蚀 这是产品不允许的 这一点要求反映在目前环境应力筛选中 要求温箱里的空气是干燥的 二 各类可靠性试验 一 工程试验1 环境应力筛选产品经历环境应力筛选后是要出厂的 因此 对环境应力筛选提出这样的要求 即不影响使用寿命或对寿命的影响可忽略 这个要求看起来和加速要求是矛盾的 但工程实践中可用步进的方法予以解决 即有条件的 一直做到产品出故障或破坏为止 然后决定筛选量级 这一点将在强化试验中讲 二 各类可靠性试验 一 工程试验1 环境应力筛选此外 也有理论分析根据 因为这些不合格 有缺陷 的另件 元器件特别是工艺缺陷 在温度和随机振动作用下 引起的应力 响应 比正常的另件 元器件高的应力集中和或寿命低得多 因此 只要筛选出是各种缺陷 就不用担心试验过了头 二 各类可靠性试验 一 工程试验1 环境应力筛选其次是温度变化率的考虑 GJB1032的温度率为5 min 并要求不要使产品受到温度冲击 目前已经不提 并把温变率提高至10 min 提高温变率的是为增加产品的温差 从而产生更大的 应力 但是由于产品结构等的影响 其温差产生的应力并不是与温度变化率的增加成比例 即再增加温变率而产品产生的温度应力将趋于 稳定 二 各类可靠性试验 一 工程试验1 环境应力筛选此外 温度循环的环境效应取决于循环的次数 而不是试验的总时间 这一点也是新的要求 经过环境应力筛选后的产品通常虽会留有少量的早期故障 但是已处于偶然 随机 故障期 从而使产品在使用时 可靠性大大提高 作为商品将使开箱合格率大大提高 首返率大大降低 如一院的运载火箭在靶场的故障率大大降低 缩短了发射前的准备时间 二 各类可靠性试验 一 工程试验1 环境应力筛选请注意 这里讲使用时可靠性提高 是由于产品处于偶然故障期 它比早期故障期可靠性高引起的 并没有真正意义上的提高 因此 国外有的资料把这些效果称之 开箱合格率 提高 从以上叙述可知 针对不同的具体产品 其筛选的应力量级会有不同 标准的值只是一个建议性的 二 各类可靠性试验 一 工程试验2 研制增长试验其定义 为暴露产品的薄弱环节 并证明改进措施能防止薄弱环节再现而进行的一系列试验 从这个定义可知 一切对设计和工艺的修改 薄弱环节的克服 均会反映到可靠性提高中 这一点很重要 也是可靠性增长所需要收集的信息 从这一点 我们也可以了解到可靠性增长是贯穿在整个设计 生产 使用的全过程 但这个定义和可靠性工作中的 可靠性增长试验 有点差别 所以在其前加了一个研制 二 各类可靠性试验 一 工程试验2 研制增长试验从产品的研制到定型生产的整个过程中 特别是军品 其设计上和工艺方案选取上均会有不少的改正 且有一系列的试验 如性能 功能 耐环境 电磁等试验 它们与可靠性的关系只能是定性的 且要仔细的分析 如人们已熟知的 金属材料焊接的静强度和动强度并不一致 前者认为焊接处的焊料堆积高度高为有利 而后者则要求高度适当 要求有平滑的过度以降低应力集中系数 为此 应注意以下几点 二 各类可靠性试验 一 工程试验2 研制增长试验 产品可靠性增长的获得必须是针对整个产品的设计和工艺方案 只修复失效的产品或更换失效的元器件 另件等的如环境应力筛选中采取的措施 并不能促使整批产品的固有可靠性的提高 只能使该产品的可靠性接近或达到其固有可靠性 二 各类可靠性试验 一 工程试验2 研制增长试验 不是所有的设计更改 工艺方案的改变都能提高可靠性 即使是针对消除某种故障而采取的纠正措施 这种纠正措施也可能带来新的乃至更为严重的故障 从而降低产品的可靠性 因此 必须进行试验的验证 用以证明其有效且无害 二 各类可靠性试验 一 工程试验2 研制增长试验 验证试验首选是在模拟现场使用环境下进行 这也是可靠性增长试验中环境 二 各类可靠性试验 一 工程试验2 研制增长试验 1 HALT 高加速寿命试验 又称之为可靠性强化试验RET 该试验用于产品的健壮设计 其目的是采用步进的试验方法用以发现产品存在的缺陷并加以改正 从而使其对环境载荷的适应性得以提高 产品由此变得壮实 这是一种工程的处理办法 但得不到定量结果即无法获得具体的加速性 加速系数 二 各类可靠性试验 一 工程试验2 研制增长试验 1 HALT 高加速寿命试验 又称之为可靠性强化试验RET 该法以快捷手段暴露产品的缺陷和获得其工作 上 下 极限及 上 下 破坏极限 为合理的制订环境应力筛选提供可靠的试验依据 该法 在美国很快的被民用公司所采用 不过 从可靠性角度来分析 正如上面提到的 必须对出现的薄弱环节和设计 工艺的更改作出分析 是否与其相关 并由试验来验证 二 各类可靠性试验 一 工程试验2 研制增长试验 1 HALT 高加速寿命试验 又称之为可靠性强化试验RET若想通过该法达到可靠性增长的目标 那么事先必须知晓需要发现 多少个 与可靠性关联的故障 并以此来判断目标是否已达到 ESS应力与HALT应力限之间的关系图如下 二 各类可靠性试验 二 各类可靠性试验 一 工程试验 2 可靠性增长试验它是一项有特殊含义的试验 其目的在于有计划的激发故障 分析故障和改正设计 工艺 并证明这些改正的有效性即故障不会再出现 因此 它是有目的 有计划 有目标的试验 是 研制增长试验 中的一个特例或阶段 显然 该试验既可以是有阶段性 也可以一次性的 不过 在我国的具体实践中 严格按其定义或相关标准GJB1407要求进行的试验 只有原航空部在301所进行过的 平显仪 二 各类可靠性试验 2 可靠性增长试验其他的 如航天系统的可靠性增长试验 其本质上还是一个分阶段的鉴定试验 增长试验按其对故障采取的纠正措施方式可以分为三类 试验 暴露问题立即改正 再试验 试验 暴露问题延缓改正 再试验 试验 暴露问题 部分立即改正 部分延缓到一个试验结束后改正 再试验 二 各类可靠性试验 2 可靠性增长试验显然 不是对所有的产品均需进行增长试验的 这是由于按GJB1407标准进行的增长试验 最短的也是其指标的5倍 最长的是25倍 最初 在我国的航空部进行的办法是对所有的设备 先进行XXX小时 200 的预试验 用来发现薄弱的设备 然后再对少数薄弱的设备进行增长试验 这对可靠性工作刚刚开始的我国有其合理性 经过多年的实践 目前可以先对设备进行增长必要性和可能性的分析 二 各类可靠性试验 2 可靠性增长试验目前 在可靠性设计 分析中 必须有可靠性预计一项 由预计可知该设备的按现设计和工艺 其理想的可靠性 预计的 值 然后 根据以往的经验预估该设备的初始值是多少 若其值已大于指标值 目标值 如预计值是目标值的十倍 然后 这样的设备没有必要去做增长试验 只有初始值比目标值低的才有必要 二 各类可靠性试验 2 可靠性增长试验其次是可能性 若预计的值仅是目标值的二倍或低于二倍 此时 若想达到目标值 代价将是较大的 因此 经济的做法是先进行设计和工艺的改正 特别是设计 这是一个纸上的工作 比起用试验发现问题加以改正经济 使其达到目标值的三倍以上 然后再进行增长试验 二 各类可靠性试验 2 可靠性增长试验A 增长目标值的确定这个问题在GJB1407中并没有指出 在人们的认识中也有一定的混乱 通常 人们把它与合同中的指标等同起来 这样的做法是要商榷的 因为 在可靠性工作中 鉴定试验往往是不可缺的 当然 在现行的试验中 航天系统采用的增长试验中的无故障鉴定试验方案进行 因此 需与可靠性试验中的有关 因为只有设备的可靠性达到时 鉴定试验才能以高概率接收 通过 二 各类可靠性试验 2 可靠性增长试验B 理想 计划 增长曲线的制定 二 各类可靠性试验 2 可靠性增长试验B 理想 计划 增长曲线的制定制定理想的增长曲线必须知道 增长的目标 如 试验的总时间T 按经费和允许的时间来确定 估计开始时的MTBF 以及开始进行纠正措施的时间若 不清楚 可以采用GJB1407中的 二 各类可靠性试验 2 可靠性增长试验B 理想 计划 增长曲线的制定有了这些数据 就可以绘制出一条理想的增长曲线 求出增长率m 然后进行分析 评估该增长试验能否完成 如果评估的结果 发现要求的 求出 的增长率m比以往产品获得的高 而无法达到时 则应对此曲线作相应的调整 如对开始时的初始可靠性要求的提升等 有了理想的增长曲线之后 若是一次完成 则其就是一条计划的增长试验曲线 若是分几次完成 则把它分成几个阶段 并将它并入相应的研制生产阶段 二 各类可靠性试验 2 可靠性增长试验C 杜安曲线分析方法的介绍 图分析法 杜安方法 Duane 是用杜安模型描述可靠性增长的一种方法 这种方法适用于不断努力提高可靠性的试验过程 其含义为设备的累积故障率与累积试验时间呈函数关系 其数学表达式为 二 各类可靠性试验 2 可靠性增长试验C 杜安曲线分析方法的介绍 图分析法 为了观察上的方便 通常采用累积的MTBF与累积试验时间的函数关系表示 其数学表达式为 二 各类可靠性试验 C 杜安曲线分析方法的介绍 图分析法 杜安曲线的绘制程序 随着试验的进展 不断记录受试设备的累积故障数与相应的累积试验时间 对选定的各个t值 如对发生故障时的时刻t和或采取改进措施时刻的t 计算出相应的 如果t太大 不能绘制在双对数坐标纸上 应对t进行变换 方法是用一个系数d 其取值可以是10 100 二 各类可靠性试验 C 杜安曲线分析方法的介绍 图分析法 杜安曲线的绘制程序 二 各类可靠性试验 C 杜安曲线分析方法的介绍 图分析法 参数的估计 二 各类可靠性试验 C 杜安曲线分析方法的介绍 图分析法 参数的估计 二 各类可靠性试验 D AMSSA方法 可靠性增长试验的统计分析方法 当可靠性增长试验中的故障数有一定的数之后 可以采用统计方法 AMSSA方法 通过该法 可获得可靠增长形状数b的估计值 以便及时掌握设备当前的可靠性水平和预测将来的可靠性 控制设备可靠性增长的速率 AMSSA模型是杜安模型的改进型 假设累积故障数的数学期望值为双参数的威布尔分布 其数学表达式为 二 各类可靠性试验 D AMSSA方法 可靠性增长试验的统计分析方法 其数学表达式为 二 各类可靠性试验 D AMSSA方法 可靠性增长试验的统计分析方法 试验趋势分析 二 各类可靠性试验 D AMSSA方法 可靠性增长试验的统计分析方法 试验趋势分析 二 各类可靠性试验 D AMSSA方法 可靠性增长试验的统计分析方法 试验趋势分析 二 各类可靠性试验 D AMSSA方法 可靠性增长试验的统计分析方法 增长形状参数b和尺度参数a的估计 二 各类可靠性试验 D AMSSA方法 可靠性增长试验的统计分析方法 拟合优度检验 二 各类可靠性试验 D AMSSA方法 可靠性增长试验的统计分析方法 拟合优度检验 二 各类可靠性试验 D AMSSA方法 可靠性增长试验的统计分析方法 MTBF的估计 二 各类可靠性试验 D AMSSA方法 可靠性增长试验的统计分析方法 MTBF的估计当前的MTBF的估计为 二 各类可靠性试验 E 试验中的监控图分析法 若采用杜安模型 可将观察的累积MTBF点估计值画在双对数坐标纸上 作出拟合曲线并与试验计划曲线相比较 只要实际可靠性增长曲线与试验计划曲线之间呈现下列三种特性之一 就可以认为可靠性增长试验是有效果的 能达到预期的目的 二 各类可靠性试验 E 试验中的监控图分析法 a 画出的MTBF观测值处于试验曲线上或上方 b 最佳拟合线与试验计划曲线吻合或在试验计划曲线的上方 c 最佳拟合前段低于试验计划曲线 但最佳拟合线从试验计划曲线与要求的MTBF水平线的交点左侧穿过要求的MTBF的水平线 二 各类可靠性试验 E 试验中的监控图分析法 否则 就可以认为试验不可能达到计划的可靠性增长目标 就应制订一个改正措施方案 上述的前两条应对应当前的MTBF的试验计划曲线 应注意不要因为现在或将来的计划变更可以消除过去的故障而对该曲线进行调整 二 各类可靠性试验 E 试验中的监控统计分析方法在试验过程中或试验结束时 可用AMSSA模型对增长趋势进行统计分析 对试验中的MTBF进行评估 杜安方法和AMSSA方法实属于一种模型 互为补充 杜安方法直观简单明了 对增长趋势一目了然 一次拟合优变检验可能会拒绝AMSSA模型 却无法指出拒绝理由 而一条由相同数据绘成的杜安曲线却可能指出拒绝的某种理由 如在双对数轴的一条折线 但AMSSA方法估计参数却比杜安方法好 前者能给出置信区间 而后者仅是点估计 二 各类可靠性试验 二 统计 验证 试验1 一些符号的含义 定义 a MTBF的观察值 点估计 设备总工作时间除以关联故障数 按GJB1407中的用法是在样本量超过20时的最大似然估计值 是样本量小于20的估计值 按此定义 GJB899中的相当于GJB1407中的 二 各类可靠性试验 二 统计 验证 试验1 一些符号的含义 定义 b MTBF 平均故障间隔时间 的验证区间在试验条件下真实MTBF的可能范围 即在规定的置信度下对MTBF的区间估计 二 各类可靠性试验 二 统计 验证 试验1 一些符号的含义 定义 c MTBF的检验下限 二 各类可靠性试验 二 统计 验证 试验1 一些符号的含义 定义 d MTBF的检验上限 二 各类可靠性试验 二 统计 验证 试验1 一些符号的含义 定义 e 判决风险 决策风险 使用方风险 二 统计 验证 试验 1 一些符号的含义 定义 e 判决风险 决策风险 二 统计 验证 试验 1 一些符号的含义 定义 e 判决风险 决策风险 二 统计 验证 试验 1 一些符号的含义 定义 二 统计 验证 试验 2 鉴定试验统计 验证 试验包括鉴定试验和验收试验 目前 国内主要进行的是鉴定试验 而验收试验是属产品的质量控制 根据以往的工程经验并不需要 可以由已行的其他试验来保证 而鉴定试验 它是合同中可靠性指标的验证 是其他试验不可替代的 二 统计 验证 试验 2 鉴定试验因此 可靠性鉴定试验目的是向订购方提供合格证明 即产品在批准投产之前已经符合最低可接受的可靠性要求 它是具有代表性的产品在规定条件下进行的 是检验产品与设计要求 合同的指标 是否完成的手段 可靠性工程中有大量的管理工作 人们称可靠性是设计 生产 试验出来的 也是管理出来的 所以可靠性的每项工作均离不开管理 二 统计 验证 试验 2 鉴定试验这是可靠性标准与其他标准 如环境试验标准 的主要差别 而它的环境条件施加的方法要求 即试验要求 均来自相应的环境试验标准 美军来自MIL STD 810 而我国来自相应GJB150 因此 在讲 验证 统计试验标准时 尽是一些与技术相关的管理要求 就这一点而言 也是当时国防科工委计量局领导批准标准编组进行 标准验证试验 的原因 二 统计 验证 试验 2 鉴定试验通过该试验验证了标准的适用性 细化了执行标准时的具体内容 由于鉴定试验是一次定量的产品是否达标的验证 如果试验结果产品达不到合同的要求 不但试验要重新进行 造成人力 经费上的损失 同时也会延误产品投产 交付的时间 因此在试验开始前 必须做到心中有数 使试验通过 指标达到合同要求 由此 引出了如下的试前的工作要求 用以判断产品是否可以进行鉴定试验 二 统计 验证 试验 2 鉴定试验由于它是检验性质的试验 所以 在试验前必须加以管理 监督 保证试验数据的可靠 故试验时 必须按试前的约定有序的进行 而试后必须对产品作出合格与否的判决 以及试验中发生的问题和试验产品的处理建议 二 统计 验证 试验 2 鉴定试验 1 试前工作A 设计和生产方的工作内容 产品的可靠性分析 根据GJB450A的要求进行包括可靠性的预计 采用的是对比法 计数法还是应力分析法 FMECA和FFT分析 潜通路分析 二 统计 验证 试验 2 鉴定试验A 设计和生产方的工作内容 产品应完成的试验包括 性能试验 环境试验 应力筛选 环境强化试验 可靠性研制增长试验 测定试验 温度 振动 试验前的技术评审内容包括 试验剖面的形成 选取的方案 故障的判据及检测 试验中的一些约定 包括定期维护 故障出现时的策略 试验室的选取 联合小组成员组成等 2 鉴定试验B 试验承担方的工作内容 试验设备的调试 校验 包括环境条件的监控点设置 试验剖面的预调 试验流程的设计 针对试件数量及试验总循环数 如何保证每个试件的试验时间不少于平均试验时数的一半 出现故障时的现场操作 如何满足定期维护约定 二 统计 验证 试验 二 统计 验证 试验 2 鉴定试验B 试验承担方式工作内容 设备事故的预想及防止措施 如监控点出现问题时的分析 特别是振动环境控制点的开路引起的问题的分析 温度对振动传感器的影响分析 场地及人员的安排 试验前的评审 试验承担方的上述工作获得认可 允许开机试验 二 统计 验证 试验 2 鉴定试验 2 试验期间的工作试验承担方 根据试前评审中认可的内容 按照GJB150A标准中的相关要求对被试产品进行综合环境条件下的试验 若试验时间长 如400h以上 建议在时间过半后 召开一次联合小组成员会议 分析试验的进展 趋势 是否需要做些调整的建议等 二 统计 验证 试验 2 鉴定试验 2 试验期间的工作若出现了故障 则召开分析会 研讨具体的措施及相关的处理建议 试验结束前2 3个循环 召开一次联合小组成员会议 最后确认试验的有效性 二 统计 验证 试验 2 鉴定试验 3 试验后的工作试验结束后召开一次评审会 对产品的可靠性作出评价 若有故障 对故障处理提出相应的处理建议 以及试件的处理建议 若试验结果 产品被判为不合格 则该试验就被降为可靠性增长试验的 补课 试验 并被要求重新作鉴定试验 此外 还需对重鉴定试验时 产品应进行的工作和具有的状态作出具体的建议 以供重鉴定试验开始前评审时参考 二 统计 验证 试验 3 举例 GJB899验证试验 也是全国首例执行该标准的鉴定试验 介绍GJB899可靠性鉴定和验收试验标准是90年10月3日发布的 编制时尚未进行过类似标准中可靠性鉴定或验收试验 因此 对标准中引用的美军标内容是否适用需进行验证试验 经国防科工委计量局领导的批准 在可靠性技术委员会秘书处的支持下 标准编制组负责对GJB899进行验证试验 这也是迄今为止对军标进行的唯一的一次验证试验 二 统计 验证 试验 3 举例 GJB899验证试验 也是全国首例执行该标准的鉴定试验 介绍通过这次试验 验证了标准中引用的美军标内容对我国不但适用而且很必要 在随后开展的可靠性试验工作中得到广泛的应用 推动和促进了我国可靠性试验工作 其社会效益是明显的 下面对验证试验作简要的介绍 二 统计 验证 试验 3 举例 GJB899验证试验 也是全国首例执行该标准的鉴定试验 介绍 试前的准备工作标准验证试验由编制组提出 经国防科工委计量局批准 并提供经费上的支持 在试验中 标准编制组执行订购方的任务 3 举例 GJB899验证试验 也是全国首例执行该标准的鉴定试验 介绍 试前的准备工作A 试验对象的选择验证试验的产品要具有典型性 因此 在选择上曾出现反复 开始时 选取的是320厂生产的预警装置 考虑到它在整个试验过程中不是处于通电工作状态 仅仅是出现问题时 才工作发出预警讯号 故改而选取上海航空615所的212雷达作为试验对象 3 举例 GJB899验证试验 也是全国首例执行该标准的鉴定试验 介绍 试前的准备工作B 试验对象状态分析可靠性鉴定试验是一项费钱的试验 若试验失败 拒收 对研制方经费损失大 故需对试验对象进行分析评估 它是否满足进行鉴定试验的条件 即预计它被接受的概率有多大 力求把风险降至最低 这些均是GJB899标准正文所要求的 3 举例 GJB899验证试验 也是全国首例执行该标准的鉴定试验 介绍 B 试验对象状态分析a 现场使用状态的评估首先 该产品已提交部队使用 在现场使用中 飞行了337次 出现故障4次 成功333次 累计飞行小时数410h 点估计102 5h 在置信水平80 其90 的下限该产品的补课指标MTBF 50h 因此 当时编制组认为已经达到该指标 3 举例 GJB899验证试验 也是全国首例执行该标准的鉴定试验 介绍 B 试验对象状态分析a 现场使用状态的评估这里要说明的是地面状态的故障 即起飞前的故障 编制组把它们归为早期故障 因为 该产品提供使用时未进行应力筛选 若进行应力筛选 则认为这些故障可以排除 此外 也可以认为MTBF指标是飞行 任务 可靠性 所以地面状态的故障可以不计 3 举例 GJB899验证试验 也是全国首例执行该标准的鉴定试验 介绍 B 试验对象状态分析b 预计的评估 3 举例 GJB899验证试验 也是全国首例执行该标准的鉴定试验 介绍 B 试验对象状态分析c 其他情况该产品已提交部队使用 因此 产品的性能已能满足战术技术要求 环境试验也已通过 目前的可靠性试验只是一种补课 补充 形式的试验 为此 该产品的有些可靠性工作应补充进行 615所对212雷达除了上述预计评估外 还进行了FMEA的分析 对产品进行应力筛选等工作 由于编制组根据外场统计认为已达到MTBF 50h 所以没有提出补充可靠性增长试验 3 举例 GJB899验证试验 也是全国首例执行该标准的鉴定试验 介绍 C 统计方案的选取根据经费条件 希望试验时间尽量长 以利于尽量多的暴露试验中的问题a MTBF检验下限的选择根据歼轰七的补课要求 212雷达指标是50h 编制组把它理解成平均故障间飞行小时 任务可靠性 鉴定合格的212雷达 其平均故障间飞行小时下限不能低于50h即MTHBF 50h 根据经验 把MTHBF变成试验中的MTBF检验下限应乘以系数1 25 即 1 25 50 62 5h 3 举例 GJB899验证试验 也是全国首例执行该标准的鉴定试验 介绍 C 统计方案的选取 3 举例 GJB899验证试验 也是全国首例执行该标准的鉴定试验 介绍 C 统计方案的选取 3 举例 GJB899验证试验 也是全国首例执行该标准的鉴定试验 介绍 D 试验地点的选择根据优选独立于承制方的试验室的原则 考虑到试验设备条件及便于编制组的工作 选取在北京航天702所进行 3 举例 GJB899验证试验 也是全国首例执行该标准的鉴定试验 介绍 E 故障判据准则和检测设备由于该产品已交付使用 因此 原来用于检测产品技术性指标的合格判据和设备 可作为此次试验中的故障判据准则和检测设备 F 综合环境试验剖面的确定虽然歼轰七飞机已装备部队 但是还没有其设备的环境条件实测数据 因此 本次试验只能用GJB899中的参考应力 即根据航空603所提供的典型任务剖面 用GJB899中的公式计算获得 3 举例 GJB899验证试验 也是全国首例执行该标准的鉴定试验 介绍 G 评审点的设置a 试验前的准备工作评审按标准的要求 仅对试验准备工作进行评审 编制组考虑到可靠性鉴定试验前有很多技术准备工作 应对这些工作进行一次评审 故将它分设成二个评审点 3 举例 GJB899验证试验 也是全国首例执行该标准的鉴定试验 介绍 技术准备工作评审GJB899标准中5 1 3条并没有要求进行此项评审 但编制组认为 此次验证试验在国内尚属首例 产品能否进行鉴定试验 其试验前可靠性工作是否均已完成 应请国内这方面的专家进行评审 避免编制组考虑不同 因此 在制定可靠性试验评审点时 增设这一评审点 3 举例 GJB899验证试验 也是全国首例执行该标准的鉴定试验 介绍 试验准备工作评审这是标准中5 1 3 1条所要求的 其目的是评审试验条件是否具备 包括备用元器件准备情况 已批准的试验方案及试验程序中规定的所有试验要求得以满足 并为各方面所理解 只有该评审通过后 试验才能正式开始 3 举例 GJB899验证试验 也是全国首例执行该标准的鉴定试验 介绍 b 过程评审这是标准中5 1 3 2条所要求 其目的是便于联合试验小组成员及时审查试验的进展情况和最新的试验结果 对于试验总时间超过400h的可靠性鉴定试验 建议联合试验小组召开一次试验过程评审 即在试验时间过半时进行一次过程评审 本次试验总时间超过500h 所以在试验进行了290 300h时 设置一个评审点 其目的为检查以前的试验情况 分析趋势 处理已出现的问题和后面的试验工作 3 举例 GJB899验证试验 也是全国首例执行该标准的鉴定试验 介绍 b 过程评审在试验结束前的2 3个循环 应进行一次试验结束前的评审 这在一般的大型试验中均有规定 其目的是审查做过的试验是否有效 是否达到了预期的目的 能否按时结束 以免试验结束后在试验完成情况评审中提出需要补充试验等问题 3 举例 GJB899验证试验 也是全国首例执行该标准的鉴定试验 介绍 c 试验完成情况评审试验结束后 应对试验结果进行评审 包括从试验结果获得的MTBF尚未解决的问题和故障情况 有关预防和纠正措施方面的情况 包括给设计带来的潜在问题 评审结论等 3 举例 GJB899验证试验 也是全国首例执行该标准的鉴定试验 介绍 H 测定试验这项任务 在MIL STD 781D以前版本中是没有的 其目的为制定测定试验程序 验证试验前用一台样机进行温度和振动测定试验 确定受试设备的热稳定性 产生共振的条件和设计的薄弱环节 除非订购方批准 用于可靠性验证的受试设备不能用于测定试验 3 举例 GJB899验证试验 也是全国首例执行该标准的鉴定试验 介绍 H 测定试验a 温度测定综合环境试验条件中的温度应力指的是试验箱内的空气温度 为了使被试设备的温度满足最终热设计分析中预计的温度 或可靠性预计中用作降额使用的温度 需在可靠性试验规定的温度和工作循环下进行温度测定试验 确定设备的过热点和最大热惯量的零部件 若上述要求不能满足 则在验证试验开始前采取经验证 且得到批准的相应纠正措施 3 举例 GJB899验证试验 也是全国首例执行该标准的鉴定试验 介绍 H 测定试验b 振动测定若无其他规定 则用综合环境试验条件中的振动应力进行 试验时的安装方式和验证试验时相同 其目的 对被试设备是找出发生共振条件和设计薄弱环节对安装支架 则是验证其设计的合理性 如果采用了非金属材料的减振措施 试验时的温度要分别取综合环境试验条件中的温度应力上 下限 验证温度对其特性的影响 3 举例 GJB899验证试验 也是全国首例执行该标准的鉴定试验 介绍 H 测定试验b 振动测定若测定试验期间出现故障 则在验证试验开始前采取经验证 且得到批准的相应纠正措施 在通常的情况下 上述两项测定要求可以综合到环境试验中的温度和振动环境试验中去 212雷达仅对振动支架设计的合理性作了测定试验 编制组在完成了上述各项工作后 编写了可靠性试验计划和可靠性试验方案 作为技术准备工作的文件提交评审 3 举例 GJB899验证试验 也是全国首例执行该标准的鉴定试验 介绍 2 标准的验证过程A 试验前的技术准备工作评审军标中心室聘请了国内可靠性工作方面的专家 如航空系统的专家杨为民 航天系统的专家何国伟等 对212雷达试验前的技术准备工作进行了一次评审 其内容包括 3 举例 GJB899验证试验 也是全国首例执行该标准的鉴定试验 介绍 其内容包括 可靠性的预计 212雷达FMEA的结果 现场使用情况 212雷达已达到的MTBF的评估 环境试验情况的评估 应力筛选的评估 故障判据 检测方法和设备 统计试验方案的选择 任务剖面 环境剖面 综合环境试验条件的制订 可靠性鉴定试验计划和方案 3 举例 GJB899验证试验 也是全国首例执行该标准的鉴定试验 介绍 A 试验前的技术准备工作评审此次评审的结论 212雷达可以进行可靠性鉴定试验 其计划和方案合理可行 但按GJB899确定的综合环境试验条件中的振动应力可能偏低 建议在最后两个循环中加大应力级 此外 对212雷达的指标规定最低温度为 40 而冷浸的温度为55 如何处理提出建议 即冷浸之后将温度升至 45 后再通电 3 举例 GJB899验证试验 也是全国首例执行该标准的鉴定试验 介绍 A 试验前的技术准备工作评审编制组接受此评审结果 对综合环境剖面作了修改 并把最后两个循环的振动应力级加大 通过这次评审 与会专家一致认为 对试验前的技术作准备工作进行评审的方法很好 这一点是对GJB899的一个补充 在以后开展的可靠性试验中应予以推广 3 举例 GJB899验证试验 也是全国首例执行该标准的鉴定试验 介绍 B 试验准备工作的评审在这次评审中 突出的一个问题是湿度 按标准中附录B3 4 4 4 3条的规定 热天时的湿度为露点温度31 或以上 其他阶段湿度不加控制 对箱内的空气不能烘干 其目的是在被试设备上要出现凝露现象 但承制方提出要求希望在试验过程中采取去湿措施 由于编制组的坚持 维持不去湿的要求 3 举例 GJB899验证试验 也是全国首例执行该标准的鉴定试验 介绍 B 试验准备工作的评审另一个问题也是标准中留给制订方案时自行处理的MTBF点估计用的是试验总时间 还是被试设备的工作总时间 这是由于试验剖面中有冷 热浸被试设备不工作的问题 这两个值在本次试验中可达15 左右 冷 热浸温度是一种极值温度 它考虑的是储存和执行任务前的准备 是一种加速的工程处理方法 试验时 冷 热浸的一半时间如飞机上设备为30min不通电 另一半则通电 并且要求连续启动三次 3 举例 GJB899验证试验 也是全国首例执行该标准的鉴定试验 介绍 B 试验准备工作的评审考虑到本次试验时已乘了1 25系数 所以大家同意用试验的总时间 目前 国内的可靠性试验中用的大部分是试验的总时间 其中一个原因是用工作的总时间或通电总时间 若故障出现在非通电的冷 热浸期间 怎样处理 因此 这个问题在具体执行本标准时要加以注意 此外 据我的了解 目前在验证合同中的最低指标时 均没有乘以某个系数 而用的是总试验时间 会上 宣布了联合试验小组成员的名单 成立了联合试验小组 并开始工作 3 举例 GJB899验证试验 也是全国首例执行该标准的鉴定试验 介绍 C 试验过程 第一次试验 试验准备工作评审一结束 212雷达鉴定试验就开始 由于防湿问题没有解决 在试验循环中 由于凝露现象的出现 导致被试设备的短路 出现故障 二台被试设备出现的故障模式完全一样 因此 联合试验小组召开临时会议 由于试验中出现了 系统性故障 再试验下去已毫无意义 故作出212雷达可靠性鉴定试验通不过 拒收 的决定 提前结束了此次试验 3 举例 GJB899验证试验 也是全国首例执行该标准的鉴定试验 介绍 C 试验过程 第一次试验 通过此次试验 GJB899标准的验证任务已基本完成 由于615所的要求 编制组也想使该产品获得通过 因此 同意把此次试验作为212雷达的可靠性增长试验补课的开始 希望他们回上海后继续进行增长试验 使212雷达的可靠性水平达到指标要求后再返回702所进行鉴定试验 3 举例 GJB899验证试验 也是全国首例执行该标准的鉴定试验 介绍 D 第二次试验615所返回上海后 对212雷达进行了可靠性研制增长补课试验 解决了试验中出现的设计上 工艺处理上和个别元器件的失效问题 使212雷达的可靠性得到增长 最终完成了一台设备5次循环测试数据全部合格的试验 3 举例 GJB899验证试验 也是全国首例执行该标准的鉴定试验 介绍 D 第二次试验编制组针对上述情况 认为目前的212雷达可靠性已经得到增长 但没有按照可靠性增长试验的有关规定进行 其值没法评估 因此 作出了在验证试验前进行 增长试验 验收的决定 即二台设备均进行七个循环试验 若不出现问题 试验时间为有效 若出现故障 则试验时间无效 按增长试验处理 分析故障 可以采取改正措施 然后再正式开始试验 3 举例 GJB899验证试验 也是全国首例执行该标准的鉴定试验 介绍 D 第二次试验验证试验前 又召开了一次评审会 其目的是评审经研制增长后的212雷达是否具备进行鉴定试验条件 通过上次的试验 需要对那些内容进行修改 会上 专家们同意编制组有关增长试验的处理 由于一台已完成5个循环 所以本次试验需补做9个循环 考虑到经费的原因 统计方案作了调整 取方案17 此方案的试验总时间为 3 举例 GJB899验证试验 也是全国首例执行该标准的鉴定试验 介绍 D 第二次试验第二次试验开始后 先补做9个循环 当试验进行到最后一个循环时 出现了故障 是一个模块损坏引起的 分析原因可能是模块质量问题 经联合试验小组讨