第11讲 可靠性试验

1、11.1 可靠性试验目的及分类可靠性试验目的及分类可靠性试验是为了评价产品可靠性而进行的试验，是对产品的可靠性进行调查、分析和评价的可靠性试验是为了评价产品可靠性而进行的试验，是对产品的可靠性进行调查、分析和评价的一种手段。一种手段。主要目的主要目的: :对产品在试验中发现的每一个故障原因和后果都要进行细致分析，研究采取有效纠正措施（发对产品在试验中发现的每一个故障原因和后果都要进行细致分析，研究采取有效纠正措施（发现产品在设计、元器件、零部件、原材料和工艺方面的各种缺陷）；现产品在设计、元器件、零部件、原材料和工艺方面的各种缺陷）；为改善产品完好性、提高任务成功性、减少维修及保障费用提供信息

2、；为改善产品完好性、提高任务成功性、减少维修及保障费用提供信息；确认是否符合可靠性定量要求。确认是否符合可靠性定量要求。可靠性试验可分为工程试验与统计试验两大类可靠性试验可分为工程试验与统计试验两大类: :(1) (1) 工程试验的目的在于暴露产品的可靠性缺陷并采取纠正措施加以排除。工程试验包括环境应工程试验的目的在于暴露产品的可靠性缺陷并采取纠正措施加以排除。工程试验包括环境应力筛选试验（力筛选试验（ESSEnvironmental Stress Screening TestESSEnvironmental Stress Screening Test）及可靠性增长试验）及可靠性增长试验（Re

3、liability Growth TestReliability Growth Test）。）。(2) (2) 统计试验包括可靠性测定试验（统计试验包括可靠性测定试验（Reliability Determination TestReliability Determination Test）及可靠性验证试验）及可靠性验证试验（Reliability Compliance TestReliability Compliance Test）。）。 可靠性验证试验又可分为可靠性鉴定试验（可靠性验证试验又可分为可靠性鉴定试验（Reliability Qualification TestReliabilit

4、y Qualification Test）与可靠性）与可靠性验收试验（验收试验（Reliability Acceptance TestReliability Acceptance Test）。）。 可靠性测定试验是在事先没有规定产品可靠性指标的条件下，用来测定产品可靠性特征量。可靠性测定试验是在事先没有规定产品可靠性指标的条件下，用来测定产品可靠性特征量。可靠性验证试验的目的要确定产品的可靠性标是否达到规定的要求。而寿命试验或加速寿命试可靠性验证试验的目的要确定产品的可靠性标是否达到规定的要求。而寿命试验或加速寿命试验则作为可靠性验证或测定的基本方法。验则作为可靠性验证或测定的基本方法。11.

5、2 试验综合安排试验综合安排试验计划安排应将可靠性试验与性能试验、环境应力和耐久性试验尽试验计划安排应将可靠性试验与性能试验、环境应力和耐久性试验尽可能结合起来，构成一个比较全面的可靠性综合试验计划。可能结合起来，构成一个比较全面的可靠性综合试验计划。产品性能试验应在样机制造出来之后立即进行。在性能试验过程中暴产品性能试验应在样机制造出来之后立即进行。在性能试验过程中暴露出来缺陷应该成为改进产品所采取措施直接依据。包括：露出来缺陷应该成为改进产品所采取措施直接依据。包括：（1 1）试验前性能）试验前性能（2 2）试验中性能）试验中性能（3 3）试验后性能）试验后性能环境应力种类要按照实际情况进

6、行综合。试验中所用环境试验条件，环境应力种类要按照实际情况进行综合。试验中所用环境试验条件，以及它随时间的变化应能够代表受试设备的使用现场和任务的环境。以及它随时间的变化应能够代表受试设备的使用现场和任务的环境。如果采用综合环境试验条件，则所规定各种应力应按照规定应力等级如果采用综合环境试验条件，则所规定各种应力应按照规定应力等级和变化率进行组合。和变化率进行组合。耐久性试验一般应该包括正常试验、过负载试验、模拟试验或接近预耐久性试验一般应该包括正常试验、过负载试验、模拟试验或接近预期使用环境的任务剖面的循环试验。试验中应对样品中发生的故障进期使用环境的任务剖面的循环试验。试验中应对样品中发生

7、的故障进行分析，并采取纠正措施，然后对改进过的产品再次进行试验。行分析，并采取纠正措施，然后对改进过的产品再次进行试验。11.3 可靠性试验要素可靠性试验要素1 试验条件：工作条件和维修条件试验条件：工作条件和维修条件2 试验时间：工作次数、工作周期和距离试验时间：工作次数、工作周期和距离3 故障判据故障判据4 样品抽取：确定生产方、使用方风险及受试样样品抽取：确定生产方、使用方风险及受试样品数和合格标准品数和合格标准5 试验剖面试验剖面6 性能监测点及监测周期性能监测点及监测周期7 数据分析处理数据分析处理8 可靠性试验计划可靠性试验计划11.4 环境应力筛选试验环境应力筛选试验p环境应力筛

8、选试验的效果主要取决于施加的环境应力、电应力水平和检环境应力筛选试验的效果主要取决于施加的环境应力、电应力水平和检测仪表的能力。施加应力大小测仪表的能力。施加应力大小决定能否将潜在缺陷变为故障；检测决定能否将潜在缺陷变为故障；检测能力大小能力大小决定能否将已被应力加速变成故障的潜在缺陷找出来并准决定能否将已被应力加速变成故障的潜在缺陷找出来并准确加以排除。确加以排除。p环境应力筛选可看作是质量控制检查和测试过程的延伸，是一个问题析环境应力筛选可看作是质量控制检查和测试过程的延伸，是一个问题析出、识别、分析和纠正的闭环系统。出、识别、分析和纠正的闭环系统。p筛选剔除率筛选剔除率Q Qpnn剔除产

9、品数；剔除产品数；NN参与筛选的产品总数。应规定剔除率上限值，因为参与筛选的产品总数。应规定剔除率上限值，因为剔除率过大，就没有理由认为剩下的产品是可靠的。但是也不能简单地剔除率过大，就没有理由认为剩下的产品是可靠的。但是也不能简单地以剔除率高低来评价筛选方法优劣，剔除率太高，有可能是产品存在着以剔除率高低来评价筛选方法优劣，剔除率太高，有可能是产品存在着严重缺陷，但也可能筛选应力过高。剔除率很低，说明产品缺陷少，但严重缺陷，但也可能筛选应力过高。剔除率很低，说明产品缺陷少，但也可能是筛选应力太小和试验时间不足所致。也可能是筛选应力太小和试验时间不足所致。p筛选效果系数筛选效果系数p筛选前、后

10、产品失效率。设计良好工艺筛选程序的产品和未经筛选相比，筛选前、后产品失效率。设计良好工艺筛选程序的产品和未经筛选相比，其失效率大致可有半个至一个数量级的改善，个别可达其失效率大致可有半个至一个数量级的改善，个别可达2 2个数量级。个数量级。(1)(1)气候条件包括温度、湿度、气压、风、雨、水、露、霜雪、沙尘、盐气候条件包括温度、湿度、气压、风、雨、水、露、霜雪、沙尘、盐雾、油雾、游离气体及其它害气体等因素。它们能导致产品电性能改雾、油雾、游离气体及其它害气体等因素。它们能导致产品电性能改变、材料腐蚀和机械损伤。变、材料腐蚀和机械损伤。(2)(2)力学条件包括振动、冲击、离心、碰撞、跌落、静力负

11、荷、失重、声力学条件包括振动、冲击、离心、碰撞、跌落、静力负荷、失重、声振、爆炸、冲击波等。它们能导致产品结构损伤、材料断裂或疲劳、振、爆炸、冲击波等。它们能导致产品结构损伤、材料断裂或疲劳、引线断开等。引线断开等。(3)(3)生物条件包括霉菌、昆虫、啮齿动物等。霉菌吞啮、殖、吸附水分和生物条件包括霉菌、昆虫、啮齿动物等。霉菌吞啮、殖、吸附水分和分泌酶使所有有机材料和部分无机材料强度降低，介质损耗增大。金分泌酶使所有有机材料和部分无机材料强度降低，介质损耗增大。金属、白蚁、木蜂、老鼠咬坏电缆，排出粪便造成短路。属、白蚁、木蜂、老鼠咬坏电缆，排出粪便造成短路。(4)(4)辐射条件包括太阳紫外线辐

12、射引起材料老化，核爆炸环境的中子辐射辐射条件包括太阳紫外线辐射引起材料老化，核爆炸环境的中子辐射引起永久性损伤，辐射引起瞬时效应造成电子元器失效，空间带电粒引起永久性损伤，辐射引起瞬时效应造成电子元器失效，空间带电粒子可使卫星用电子元器件损坏。子可使卫星用电子元器件损坏。(5)(5)电磁条件包括电场、磁场、闪电、雷击、电晕、核爆炸产生的电磁波，电磁条件包括电场、磁场、闪电、雷击、电晕、核爆炸产生的电磁波，以及电子设备内部、外部的电磁干扰等。以及电子设备内部、外部的电磁干扰等。1.1.现场使用试验现场使用试验现场使用试验可真实地反映产品在实际使用条件下的可靠性，同时，也是检验人工模拟试验准确性的

13、现场使用试验可真实地反映产品在实际使用条件下的可靠性，同时，也是检验人工模拟试验准确性的依据。因此，现场使用试验可以作为设计制造过程中一个环节。例如，战术电台在样机研制完成后，依据。因此，现场使用试验可以作为设计制造过程中一个环节。例如，战术电台在样机研制完成后，应经一年至一年半时间现场使用考验，才允许大批生产。飞机也要经应经一年至一年半时间现场使用考验，才允许大批生产。飞机也要经10001000小时试飞，才能正式投产。小时试飞，才能正式投产。2.2.天然暴露试验天然暴露试验把样品长期暴露于天然气候环境把样品长期暴露于天然气候环境( (如热带、亚热带、温带、高原地带等如热带、亚热带、温带、高原

14、地带等) )，样品处于工作负荷状态或贮，样品处于工作负荷状态或贮存状态，通过定期观测，可以了解产品电参数、机械性能和外观的变化。存状态，通过定期观测，可以了解产品电参数、机械性能和外观的变化。3.3.人工模拟试验人工模拟试验人工控制条件下试验，是在试验箱内或试验台上进行的。目的是在短时间内观察产品所能承受环境应人工控制条件下试验，是在试验箱内或试验台上进行的。目的是在短时间内观察产品所能承受环境应力大小。常用环境模拟试验项目力大小。常用环境模拟试验项目: :低温、高温、热冲击、温度循环、潮热、低气压、盐雾、霉菌、沙尘、低温、高温、热冲击、温度循环、潮热、低气压、盐雾、霉菌、沙尘、振动、冲击、碰

15、撞、离心、运输、声振、爆炸、真空冷热浸、真空冷焊试验等。振动、冲击、碰撞、离心、运输、声振、爆炸、真空冷热浸、真空冷焊试验等。11.6 寿命试验和加速寿命试验寿命试验和加速寿命试验寿命试验：摸清产品的寿命分布、估计产品的各项可靠性指标、研究产品的失效机理。寿命试验：摸清产品的寿命分布、估计产品的各项可靠性指标、研究产品的失效机理。现场试验、模拟寿命试验。现场试验、模拟寿命试验。加速寿命试验的方法，就是在不改变产品失效机理、不引入新的失效因子的前提下，提加速寿命试验的方法，就是在不改变产品失效机理、不引入新的失效因子的前提下，提高试验应力，加速产品失效进程，再根据加速试验结果，预计正常应力下的产

16、品寿命。高试验应力，加速产品失效进程，再根据加速试验结果，预计正常应力下的产品寿命。根据应力施加的方式，分类为恒定应力、步进应力、序进应力加速寿命试验三种。根据应力施加的方式，分类为恒定应力、步进应力、序进应力加速寿命试验三种。恒加试验恒加试验恒定应力加速寿命试验是将一定数量的试样分几组，每组固定一个应力水恒定应力加速寿命试验是将一定数量的试样分几组，每组固定一个应力水平进行试验。特点：试验因素单一，数据容易处理，外推精度较高，故最常用。平进行试验。特点：试验因素单一，数据容易处理，外推精度较高，故最常用。步加试验步加试验步进应力加速寿命试验是以积累损伤失效物理模型为理论依据，试验时，步进应力

17、加速寿命试验是以积累损伤失效物理模型为理论依据，试验时，每组样品固定一个逐级升高应力时间，直至足够数量的样品失效为止。这种试验一般假每组样品固定一个逐级升高应力时间，直至足够数量的样品失效为止。这种试验一般假定前面低一级试验对本级试验的影响可以忽略不计，实际上往往不可忽略，所以试验的定前面低一级试验对本级试验的影响可以忽略不计，实际上往往不可忽略，所以试验的预计精度较低。特点：试验周期较短，通常用于工艺对比、筛选摸底定性分析场合。预计精度较低。特点：试验周期较短，通常用于工艺对比、筛选摸底定性分析场合。序加试验序加试验序进应力加速寿命试验可近似看作步进应力的每级应力差很小的极限情况。序进应力加

18、速寿命试验可近似看作步进应力的每级应力差很小的极限情况。特点：进行这种试验需要专门程序控制，一般很少采用。特点：进行这种试验需要专门程序控制，一般很少采用。寿命试验准备与实施寿命试验准备与实施1明确寿命试验的对象和目的明确寿命试验的对象和目的（1）了解产品寿命分布。可靠性测定即确定产品的寿命分布和失效率、）了解产品寿命分布。可靠性测定即确定产品的寿命分布和失效率、平均寿命等参数。平均寿命等参数。（2）求得产品可靠性指标。通过寿命试验来判断某批产品能否符合规定）求得产品可靠性指标。通过寿命试验来判断某批产品能否符合规定的可靠性要求。的可靠性要求。（3）可靠性鉴定，就是鉴定产品的设计和生产工艺是否

19、能生产出符合可）可靠性鉴定，就是鉴定产品的设计和生产工艺是否能生产出符合可靠性要求的产品。靠性要求的产品。（4）研究产品的失效机理。通过寿命试验，可以找出产品失效的原因、）研究产品的失效机理。通过寿命试验，可以找出产品失效的原因、搞清失效机理，从而建立起失效的物理和数学模型，并据此进行寿命搞清失效机理，从而建立起失效的物理和数学模型，并据此进行寿命的预测。的预测。寿命试验准备与实施寿命试验准备与实施2 2应力类型选择及应力水平确定应力类型选择及应力水平确定试验条件试验条件了解产品工作寿命需施加一定环境应力和电应力。试验条件要严格控制在误差很小了解产品工作寿命需施加一定环境应力和电应力。试验条件要严格控制在误差很小范围内，对保证试验一致性、正确分析试验结果有重要意义。范围内，对保证试验一致性、正确分析试验结果有重要意义。3 3试验截止