可靠性试验技术第五章_W

1、内容提要 概述可靠性增长摸底试验可靠性强化试验概述概述 概念 可靠性研制试验(Reliability Development Test)是通过向受试产品施加应力，将产品中存在的材料、元器件、设计和工艺缺陷激发成为故障，进行故障分析定位后，采取纠正措施加以排除，是一个试验、分析、改进的过程(Test Analysis and Fix)，即TAAF过程。概述 目的 可靠性研制试验的目的是通过对产品施加适当的环境应力、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，使产品尽快达到规定的可靠性要求。概述 目的 试验的目的在研制阶段前后期有所不同，应根据试验的目的和所处阶段选择并

2、确定适宜的试验条件。研制阶段前期，试验目的侧重于充分地暴露缺陷，通过采取纠正措施，以提高可靠性。因此，大多采用加速的环境应力，以识别薄弱环节并激发故障或验证设计余量。研制后期，试验目的侧重于了解产品可靠性与规定要求的接近程度，并通过对发现的问题采取纠正措施，进一步提高产品的可靠性。因此，试验条件应尽可能模拟实际使用条件，大多采用综合环境条件。概述 基本要求 1) 承制方在研制阶段应尽早开展可靠性研制试验，通过试验、分析、改进(TAAF)过程来提高产品的可靠性。2) 可靠性研制试验是产品研制试验的组成部分，应尽可能与产品的研制试验结合进行。3) 承制方应制定可靠性研制试验方案，并对可靠性关键产品

3、，尤其是新技术含量较高的产品实施可靠性研制试验。必要时，可靠性研制试验方案应经订购方认可。4) 可靠性研制试验可采用加速应力进行，以识别薄弱环节并诱发故障或验证设计余量。5) 对试验中发生的故障均应纳入FRACAS，并对试验后产品的可靠性状况作出说明。概述 可靠性研制试验与可靠性增长试验的区别 虽然两者都是为了提高产品的可靠性，但在目的、方法和开展时机等方面还是有一些差别。首先，可靠性研制试验一般在研制阶段初期或中期前开展，且应尽早进行，而可靠性增长试验则在研制阶段后期，可靠性鉴定试验前实施；其次，可靠性研制试验主要是通过试验暴露缺陷，进行分析，并采取更改设计等措施提高产品可靠性，其核心理念是

4、使产品更加“健壮”，一般没有定量要求。而可靠性增长试验则有增长目标的要求， 还要根据试验结果定量评估试验结束时产品的可靠性水平，确定是否达到增长目标。概述 可靠性研制试验的分类 可靠性研制试验包括：可靠性增长摸底试验(或可靠性摸底试验)可靠性强化试验（RET）或高加速寿命试验（HALT） GJB1407规定的可靠性增长试验也可视为一种特殊的可靠性研制试验可靠性增长摸底试验可靠性增长摸底试验 可靠性增长摸底试验 可靠性增长摸底试验是根据我国国情开展的一种可靠性研制试验。它是一种以可靠性增长为目的，无增长模型，也不确定增长目标值的短时间可靠性增长试验。其试验目的是在模拟实际使用的综合应力条件下，用

5、较短的时间、较少的费用，暴露产品的潜在缺陷，并及时采取纠正措施，使产品的可靠性水平得到增长，保证产品具有一定的可靠性和安全性水平，同时为产品以后的可靠性工作提供信息。可靠性增长摸底试验 试验对象及其应具备的状态 试验对象的选取原则应以较为复杂的、重要度较高的、无继承性的新研或改型产品为主要对象。具体选取原则为：1) 主要是电子产品。对于部分电气、机电、光电等产品，如果试验条件允许，也可安排可靠性增长摸底试验。2) 重要度较高的A、B类关键产品。3) 大量采用新技术、新材料、新工艺，技术跨度大、技术含量高，缺乏继承性等技术特点的新研产品。4) 含电子元器件数量和种类较多的关键复杂产品。可靠性增长

6、摸底试验 试验对象及其应具备的状态 受试产品技术状态可靠性增长摸底试验的受试产品一般为研制阶段初期的试样或称之为“S”型件的产品。受试产品应具备产品规范要求的功能和性能，在设计、材料、结构与布局及工艺等方面应能基本反映将来生产的产品的技术状态。试验前受试产品应完成FMECA和可靠性预计，且必须经过全面的功能、性能试验，以确认产品技术状态已经满足可靠性增长摸底试验的要求。应通过环境应力筛选，同批产品完成规定的环境试验项目。可靠性增长摸底试验受试产品一般为1至2件。可靠性增长摸底试验 试验时机 可靠性增长摸底试验时机无明确要求，但一般应安排在研制阶段初期或中期。对航空机载产品一般安排在首飞装机前或

7、调整试飞初期进行，并应尽可能与产品研制阶段的其它试验结合进行。对影响首飞安全的关键产品，必须在首飞前完成可靠性增长摸底试验。可靠性增长摸底试验 试验时间 根据工程经验，通常可靠性增长摸底试验的试验时间取100200小时较为合适。可以统一规定，也可以根据产品复杂程度、重要度、技术特点、可靠性要求等因素对各种产品分别确定试验时间。若分别确定试验时间，通常可取该产品MTBF设计定型最低可接受值的10%20%左右可靠性增长摸底试验 试验剖面 一般可靠性试验应模拟产品实际的使用条件制定试验剖面，包括环境条件、工作条件和使用维护条件。制定可靠性试验剖面应尽可能采用实测数据。但由于可靠性增长摸底试验是在产品

8、研制阶段的初期实施，一般不会有实测数据，因此一般按GJB 899A2009可靠性鉴定和验收试验提供的方法确定试验剖面。在不破坏产品且不改变产品失效机理前提下，也可使用加速应力。可靠性增长摸底试验 故障处理 在有效的试验时间中，产品出现故障，必须进行分析，采取纠正措施后，可继续试验，但必须经过一定的试验时间来验证纠正措施的有效性(可根据具体情况来定，一般选3050小时)。如果故障定位为元器件故障，必须对元器件进行失效分析，找出元器件失效机理，并落实纠正措施。可靠性增长摸底试验 应用实例 某受试电子产品的技术状态属于S型件，即产品的设计、材料、结构、布局与工艺等方面基本反映将来设计定型产品的技术状

9、态。在综合权衡产品的结构特点、重要度、技术特点、复杂程度及经费等因素后确定可靠性增长试验的试验时间为160h。按照试验剖面每个循环为8h，共进行20个循环。可靠性增长摸底试验 应用实例 试验前，受试产品已具备技术规范所要求的功能和性能；按GJB 299B和GJB 813的应力分析法，进行了可靠性预计，其预计值大于成熟期设计目标值；按GJB 1391进行了故障模式影响及性分析(FMECA)；按GJB 1032进行了环境应力筛选，剔除了早期故障；同批产品按装备的研制要求完成了规定的环境试验项目。本次试验按照综合环境试验条件进行，综合环境试验条件的应力包括：温度应力、湿度应力、振动应力。试验剖面如图

10、 5-1所示。可靠性增长摸底试验 应用实例 图 5-1某电子产品可靠性增长摸底试验剖面图可靠性增长摸底试验 应用实例 试验过程中，受试产品分别在11、19、21、29、89、122.5、146小时各出现一次责任故障，对每次故障进行分析，并采取纠正措施，并都经过后续不低于30小时的试验，验证了纠正措施的有效性。产品的固有可靠性得到了增长。可靠性强化试验可靠性强化试验 概述 基本概念可靠性强化试验(Reliability Enhancement Testing，RET)是一种通过系统地施加逐步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，以便改进设计和工艺，提高产品可靠性的试验，又称加

11、速应力试验(AST)、高加速寿命试验(HALT)等。可靠性强化试验 概述 特点1) 可靠性强化试验不要求模拟环境的真实性，而是强调环境应力的激发效应，从而实现研制阶段产品可靠性的快速增长；2) 可靠性强化试验采用步进应力试验方法，施加的环境应力是变化的， 而且是递增的，应力超出技术规范极限甚至到破坏极限；3) 可靠性强化试验可以对产品施加三轴六自由度振动(以下简称全轴振动) 应力，也可以对产品施加单轴随机振动应力，以及高温变率应力；4) 为了试验的有效性，可靠性强化试验必须在能够代表设计、元器件、材料和生产中所使用的制造工艺都已基本落实的样件上进行，并且应尽早进行，以便进行改进。可靠性强化试验

12、 概述 试验设备可靠性强化试验使用的试验设备（以下简称强化试验设备）采用液氮制冷并且通过风管直接将气流吹向产品来实现超高降温的高温变速率的温度循环环境；以气锤连续冲击的多向激励技术来实现三轴六自由度的全轴振动环境；以上述两种环境应力与湿度应力综合来实现强化应力的综合环境。 可靠性强化试验 概述 试验设备若没有能提供全轴振动和高温变率的强化试验设备，也可以利用常规试验设备进行可靠性强化试验，但应尽量提高温变速率。电动振动台原理简图可靠性强化试验表 5-1 强化试验设备与常规试验设备技术参数 强化试验设备 常规试验设备 振动 激励方向 六轴激励，3个线性，3个旋转 单轴激励 激振方式 气锤连续冲击

13、多向激励 电动激振 控制方式 均方根值控制。频谱不可控、低频能量小、位移小 功率谱控制。频谱可控、在给定的带宽能量可控、位移较大 频率范围 2Hz 10KHz5Hz 2KHz(小激振器可达5KHz)台面载荷 推力较小，载荷轻 载荷相对较大，可根据产品的重量选择不同吨位的振动台 温度 制冷方式 液氮制冷 机械或机械+液氮制冷 温变率 温变率大，可达60/min，甚至更高 温变率小，一般机械制冷不超过15/min，机械+液氮制冷可达到30/min控制范围 100+200 70+200，通常使用55+70 有无风管 有 无 控制传感器 非固定式传感器，安装在产品上表面 固定式传感器，安装在温度箱出风

14、口附近 适用范围 适用于重量较轻、对高频敏感的电子产品，例如模块级或电路板级等产品 适用范围大，例如设备级和系统级等产品 可靠性强化试验 概述 试验对象的选取可靠性强化试验的主要对象为较为复杂的、重要度较高的、无继承性的新研或改型电子产品，同时类似的电气、机电及光电产品也可适当考虑。可靠性强化试验 概述 试验对象的选取实施可靠性强化试验时，试验样本量的确定原则如下：1) 如不寻找产品的破坏极限，那么至少应投入2个试验样本。其中一个进行低、高温步进应力试验和快速温度循环试验，另一个进行振动步进应力试验和综合环境应力试验；2) 若寻找产品的破坏极限，那么至少应投入45个试验样本。其中，每项步进应力

15、试验(低温、高温和振动)的样本量各为1个，其余12个进行快速温变循环和综合环境应力试验；3) 若试验样本量充足，考虑产品的质量一致性问题，那么应至少保证每个试验项目投入2个以上的试验样本。可靠性强化试验 可靠性强化试验技术特点 应力极限可靠性强化试验 可靠性强化试验技术特点 应力组合以步进方式增加步进应力试验步进应力试验可靠性强化试验 可靠性强化试验技术特点 应力强度干涉模型与产品健壮度应力强度干涉模型中的应力和强度都是广义的应力和强度概念，即应力代表引起失效的因素，强度则是抵抗失效的能力。可靠性强化试验 可靠性强化试验实施方法 可靠性强化试验实施方案可靠性强化试验 可靠性强化试验实施方法 试

16、验设备应力控制能力测试可靠性强化试验前，应该先测试试验设备对应力的控制能力。图 5-12试验设备 温控能力测试剖面可靠性强化试验 可靠性强化试验实施方法 产品温度分布测试温度分布测试过程中需要注意以下几个问题：1) 此过程在室温下进行，测试前拆下产品外壳；2) 重点考察试件中发热量大的关键元器件（模块）的温度特性， 利用温度传感器重点监测这些重要的元器件；3) 测量受试产品中最大热惯性部件达到设定温度后的温度稳定时间。可靠性强化试验 可靠性强化试验实施方法 低温步进应力施加方法图 5-13 典型低温步进试验剖面图可靠性强化试验 可靠性强化试验实施方法 高温步进应力施加方法图 5-14 典型高温

17、步进试验剖面图可靠性强化试验 可靠性强化试验实施方法 快速温变循环应力施加方法温度()规定的温变率 高温破坏极限80%时间 (min)低温破坏极限80%On 5 次Off通断电 时间 (min)上限值 1 5 标称值 2 46 下限值 3 7 图 5-15 典型快速温变循环试验剖面图可靠性强化试验 可靠性强化试验实施方法 振动步进应力施加方法图 5-16 典型振动步进试验剖面图可靠性强化试验 可靠性强化试验实施方法 综合环境应力施加方法温度()规定的温变率 高温破坏极限80%时间 (min)s)振 动(Grm低温破坏极限80%工作极限4/5工作极限 3/5工作极限 2/5工作极限 通断 电 1

18、/5工作极限 On5 次 Off时间 (min)时间 (min)上限值 1 5 标称值 2 46 下限值 3 7 可靠性强化试验 故障处理及回归验证 故障处理1) 当确认发生故障时，应立即停止试验，现场人员应详细记录故障现象、发现时机、试验应力等情况。可以使用GJB 841提供的故障报告表、故障分析报告表和故障纠正措施报告表，也可以按装备统一要求重新制定有关表格；2) 故障发生后，注意保护故障现场，进行故障定位。故障定位后应尽量利用试验现场条件验证定位的正确性；3) 故障分析清楚并准确定位后，应进行故障机理分析。若确认故障是由元器件引起的，应进行元器件失效分析；4) 根据故障机理分析结果和产品实际情况，确定是否对已定位的故障采取纠正措施。若采取纠正措施，应对纠正措施的有效性进行回归验证；若由于当前技术水平限制，或出现故障的应力水平远高于产品的设计极限且确保已有足够的安全余量，或者确认试验出现的故障在产品的实际使用中不可能出