第11講 可靠性試驗

1、11.1 可靠性試驗?zāi)康募胺诸惪煽啃栽囼災(zāi)康募胺诸惪煽啃栽囼炇菫榱嗽u價產(chǎn)品可靠性而進行的試驗，是對產(chǎn)品的可靠性進行調(diào)查、分析和評價的可靠性試驗是為了評價產(chǎn)品可靠性而進行的試驗，是對產(chǎn)品的可靠性進行調(diào)查、分析和評價的一種手段。一種手段。主要目的主要目的: :對產(chǎn)品在試驗中發(fā)現(xiàn)的每一個故障原因和后果都要進行細致分析，研究采取有效糾正措施（發(fā)對產(chǎn)品在試驗中發(fā)現(xiàn)的每一個故障原因和后果都要進行細致分析，研究采取有效糾正措施（發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品在設(shè)計、元器件、零部件、原材料和工藝方面的各種缺陷）；現(xiàn)產(chǎn)品在設(shè)計、元器件、零部件、原材料和工藝方面的各種缺陷）；為改善產(chǎn)品完好性、提高任務(wù)成功性、減少維修及保障費用提供信息

2、；為改善產(chǎn)品完好性、提高任務(wù)成功性、減少維修及保障費用提供信息；確認是否符合可靠性定量要求。確認是否符合可靠性定量要求。可靠性試驗可分為工程試驗與統(tǒng)計試驗兩大類可靠性試驗可分為工程試驗與統(tǒng)計試驗兩大類: :(1) (1) 工程試驗的目的在于暴露產(chǎn)品的可靠性缺陷并采取糾正措施加以排除。工程試驗包括環(huán)境應(yīng)工程試驗的目的在于暴露產(chǎn)品的可靠性缺陷并采取糾正措施加以排除。工程試驗包括環(huán)境應(yīng)力篩選試驗（力篩選試驗（ESSEnvironmental Stress Screening TestESSEnvironmental Stress Screening Test）及可靠性增長試驗）及可靠性增長試驗（Re

3、liability Growth TestReliability Growth Test）。）。(2) (2) 統(tǒng)計試驗包括可靠性測定試驗（統(tǒng)計試驗包括可靠性測定試驗（Reliability Determination TestReliability Determination Test）及可靠性驗證試驗）及可靠性驗證試驗（Reliability Compliance TestReliability Compliance Test）。）。 可靠性驗證試驗又可分為可靠性鑒定試驗（可靠性驗證試驗又可分為可靠性鑒定試驗（Reliability Qualification TestReliabilit

4、y Qualification Test）與可靠性）與可靠性驗收試驗（驗收試驗（Reliability Acceptance TestReliability Acceptance Test）。）。 可靠性測定試驗是在事先沒有規(guī)定產(chǎn)品可靠性指標的條件下，用來測定產(chǎn)品可靠性特征量。可靠性測定試驗是在事先沒有規(guī)定產(chǎn)品可靠性指標的條件下，用來測定產(chǎn)品可靠性特征量?？煽啃则炞C試驗的目的要確定產(chǎn)品的可靠性標是否達到規(guī)定的要求。而壽命試驗或加速壽命試可靠性驗證試驗的目的要確定產(chǎn)品的可靠性標是否達到規(guī)定的要求。而壽命試驗或加速壽命試驗則作為可靠性驗證或測定的基本方法。驗則作為可靠性驗證或測定的基本方法。11.

5、2 試驗綜合安排試驗綜合安排試驗計劃安排應(yīng)將可靠性試驗與性能試驗、環(huán)境應(yīng)力和耐久性試驗盡試驗計劃安排應(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結(jié)合起來，構(gòu)成一個比較全面的可靠性綜合試驗計劃?？赡芙Y(jié)合起來，構(gòu)成一個比較全面的可靠性綜合試驗計劃。產(chǎn)品性能試驗應(yīng)在樣機制造出來之后立即進行。在性能試驗過程中暴產(chǎn)品性能試驗應(yīng)在樣機制造出來之后立即進行。在性能試驗過程中暴露出來缺陷應(yīng)該成為改進產(chǎn)品所采取措施直接依據(jù)。包括：露出來缺陷應(yīng)該成為改進產(chǎn)品所采取措施直接依據(jù)。包括：（1 1）試驗前性能）試驗前性能（2 2）試驗中性能）試驗中性能（3 3）試驗后性能）試驗后性能環(huán)境應(yīng)力種類要按照實際情況進

6、行綜合。試驗中所用環(huán)境試驗條件，環(huán)境應(yīng)力種類要按照實際情況進行綜合。試驗中所用環(huán)境試驗條件，以及它隨時間的變化應(yīng)能夠代表受試設(shè)備的使用現(xiàn)場和任務(wù)的環(huán)境。以及它隨時間的變化應(yīng)能夠代表受試設(shè)備的使用現(xiàn)場和任務(wù)的環(huán)境。如果采用綜合環(huán)境試驗條件，則所規(guī)定各種應(yīng)力應(yīng)按照規(guī)定應(yīng)力等級如果采用綜合環(huán)境試驗條件，則所規(guī)定各種應(yīng)力應(yīng)按照規(guī)定應(yīng)力等級和變化率進行組合。和變化率進行組合。耐久性試驗一般應(yīng)該包括正常試驗、過負載試驗、模擬試驗或接近預(yù)耐久性試驗一般應(yīng)該包括正常試驗、過負載試驗、模擬試驗或接近預(yù)期使用環(huán)境的任務(wù)剖面的循環(huán)試驗。試驗中應(yīng)對樣品中發(fā)生的故障進期使用環(huán)境的任務(wù)剖面的循環(huán)試驗。試驗中應(yīng)對樣品中發(fā)生

7、的故障進行分析，并采取糾正措施，然后對改進過的產(chǎn)品再次進行試驗。行分析，并采取糾正措施，然后對改進過的產(chǎn)品再次進行試驗。11.3 可靠性試驗要素可靠性試驗要素1 試驗條件：工作條件和維修條件試驗條件：工作條件和維修條件2 試驗時間：工作次數(shù)、工作周期和距離試驗時間：工作次數(shù)、工作周期和距離3 故障判據(jù)故障判據(jù)4 樣品抽?。捍_定生產(chǎn)方、使用方風險及受試樣樣品抽?。捍_定生產(chǎn)方、使用方風險及受試樣品數(shù)和合格標準品數(shù)和合格標準5 試驗剖面試驗剖面6 性能監(jiān)測點及監(jiān)測周期性能監(jiān)測點及監(jiān)測周期7 數(shù)據(jù)分析處理數(shù)據(jù)分析處理8 可靠性試驗計劃可靠性試驗計劃11.4 環(huán)境應(yīng)力篩選試驗環(huán)境應(yīng)力篩選試驗p環(huán)境應(yīng)力篩

8、選試驗的效果主要取決于施加的環(huán)境應(yīng)力、電應(yīng)力水平和檢環(huán)境應(yīng)力篩選試驗的效果主要取決于施加的環(huán)境應(yīng)力、電應(yīng)力水平和檢測儀表的能力。施加應(yīng)力大小測儀表的能力。施加應(yīng)力大小決定能否將潛在缺陷變?yōu)楣收?；檢測決定能否將潛在缺陷變?yōu)楣收?；檢測能力大小能力大小決定能否將已被應(yīng)力加速變成故障的潛在缺陷找出來并準決定能否將已被應(yīng)力加速變成故障的潛在缺陷找出來并準確加以排除。確加以排除。p環(huán)境應(yīng)力篩選可看作是質(zhì)量控制檢查和測試過程的延伸，是一個問題析環(huán)境應(yīng)力篩選可看作是質(zhì)量控制檢查和測試過程的延伸，是一個問題析出、識別、分析和糾正的閉環(huán)系統(tǒng)。出、識別、分析和糾正的閉環(huán)系統(tǒng)。p篩選剔除率篩選剔除率Q Qpnn剔除產(chǎn)

9、品數(shù)；剔除產(chǎn)品數(shù)；NN參與篩選的產(chǎn)品總數(shù)。應(yīng)規(guī)定剔除率上限值，因為參與篩選的產(chǎn)品總數(shù)。應(yīng)規(guī)定剔除率上限值，因為剔除率過大，就沒有理由認為剩下的產(chǎn)品是可靠的。但是也不能簡單地剔除率過大，就沒有理由認為剩下的產(chǎn)品是可靠的。但是也不能簡單地以剔除率高低來評價篩選方法優(yōu)劣，剔除率太高，有可能是產(chǎn)品存在著以剔除率高低來評價篩選方法優(yōu)劣，剔除率太高，有可能是產(chǎn)品存在著嚴重缺陷，但也可能篩選應(yīng)力過高。剔除率很低，說明產(chǎn)品缺陷少，但嚴重缺陷，但也可能篩選應(yīng)力過高。剔除率很低，說明產(chǎn)品缺陷少，但也可能是篩選應(yīng)力太小和試驗時間不足所致。也可能是篩選應(yīng)力太小和試驗時間不足所致。p篩選效果系數(shù)篩選效果系數(shù)p篩選前、后

10、產(chǎn)品失效率。設(shè)計良好工藝篩選程序的產(chǎn)品和未經(jīng)篩選相比，篩選前、后產(chǎn)品失效率。設(shè)計良好工藝篩選程序的產(chǎn)品和未經(jīng)篩選相比，其失效率大致可有半個至一個數(shù)量級的改善，個別可達其失效率大致可有半個至一個數(shù)量級的改善，個別可達2 2個數(shù)量級。個數(shù)量級。(1)(1)氣候條件包括溫度、濕度、氣壓、風、雨、水、露、霜雪、沙塵、鹽氣候條件包括溫度、濕度、氣壓、風、雨、水、露、霜雪、沙塵、鹽霧、油霧、游離氣體及其它害氣體等因素。它們能導(dǎo)致產(chǎn)品電性能改霧、油霧、游離氣體及其它害氣體等因素。它們能導(dǎo)致產(chǎn)品電性能改變、材料腐蝕和機械損傷。變、材料腐蝕和機械損傷。(2)(2)力學條件包括振動、沖擊、離心、碰撞、跌落、靜力負

11、荷、失重、聲力學條件包括振動、沖擊、離心、碰撞、跌落、靜力負荷、失重、聲振、爆炸、沖擊波等。它們能導(dǎo)致產(chǎn)品結(jié)構(gòu)損傷、材料斷裂或疲勞、振、爆炸、沖擊波等。它們能導(dǎo)致產(chǎn)品結(jié)構(gòu)損傷、材料斷裂或疲勞、引線斷開等。引線斷開等。(3)(3)生物條件包括霉菌、昆蟲、嚙齒動物等。霉菌吞嚙、殖、吸附水分和生物條件包括霉菌、昆蟲、嚙齒動物等。霉菌吞嚙、殖、吸附水分和分泌酶使所有有機材料和部分無機材料強度降低，介質(zhì)損耗增大。金分泌酶使所有有機材料和部分無機材料強度降低，介質(zhì)損耗增大。金屬、白蟻、木蜂、老鼠咬壞電纜，排出糞便造成短路。屬、白蟻、木蜂、老鼠咬壞電纜，排出糞便造成短路。(4)(4)輻射條件包括太陽紫外線輻

12、射引起材料老化，核爆炸環(huán)境的中子輻射輻射條件包括太陽紫外線輻射引起材料老化，核爆炸環(huán)境的中子輻射引起永久性損傷，輻射引起瞬時效應(yīng)造成電子元器失效，空間帶電粒引起永久性損傷，輻射引起瞬時效應(yīng)造成電子元器失效，空間帶電粒子可使衛(wèi)星用電子元器件損壞。子可使衛(wèi)星用電子元器件損壞。(5)(5)電磁條件包括電場、磁場、閃電、雷擊、電暈、核爆炸產(chǎn)生的電磁波，電磁條件包括電場、磁場、閃電、雷擊、電暈、核爆炸產(chǎn)生的電磁波，以及電子設(shè)備內(nèi)部、外部的電磁干擾等。以及電子設(shè)備內(nèi)部、外部的電磁干擾等。1.1.現(xiàn)場使用試驗現(xiàn)場使用試驗現(xiàn)場使用試驗可真實地反映產(chǎn)品在實際使用條件下的可靠性，同時，也是檢驗人工模擬試驗準確性的

13、現(xiàn)場使用試驗可真實地反映產(chǎn)品在實際使用條件下的可靠性，同時，也是檢驗人工模擬試驗準確性的依據(jù)。因此，現(xiàn)場使用試驗可以作為設(shè)計制造過程中一個環(huán)節(jié)。例如，戰(zhàn)術(shù)電臺在樣機研制完成后，依據(jù)。因此，現(xiàn)場使用試驗可以作為設(shè)計制造過程中一個環(huán)節(jié)。例如，戰(zhàn)術(shù)電臺在樣機研制完成后，應(yīng)經(jīng)一年至一年半時間現(xiàn)場使用考驗，才允許大批生產(chǎn)。飛機也要經(jīng)應(yīng)經(jīng)一年至一年半時間現(xiàn)場使用考驗，才允許大批生產(chǎn)。飛機也要經(jīng)10001000小時試飛，才能正式投產(chǎn)。小時試飛，才能正式投產(chǎn)。2.2.天然暴露試驗天然暴露試驗把樣品長期暴露于天然氣候環(huán)境把樣品長期暴露于天然氣候環(huán)境( (如熱帶、亞熱帶、溫帶、高原地帶等如熱帶、亞熱帶、溫帶、高原

14、地帶等) )，樣品處于工作負荷狀態(tài)或貯，樣品處于工作負荷狀態(tài)或貯存狀態(tài)，通過定期觀測，可以了解產(chǎn)品電參數(shù)、機械性能和外觀的變化。存狀態(tài)，通過定期觀測，可以了解產(chǎn)品電參數(shù)、機械性能和外觀的變化。3.3.人工模擬試驗人工模擬試驗人工控制條件下試驗，是在試驗箱內(nèi)或試驗臺上進行的。目的是在短時間內(nèi)觀察產(chǎn)品所能承受環(huán)境應(yīng)人工控制條件下試驗，是在試驗箱內(nèi)或試驗臺上進行的。目的是在短時間內(nèi)觀察產(chǎn)品所能承受環(huán)境應(yīng)力大小。常用環(huán)境模擬試驗項目力大小。常用環(huán)境模擬試驗項目: :低溫、高溫、熱沖擊、溫度循環(huán)、潮熱、低氣壓、鹽霧、霉菌、沙塵、低溫、高溫、熱沖擊、溫度循環(huán)、潮熱、低氣壓、鹽霧、霉菌、沙塵、振動、沖擊、碰

15、撞、離心、運輸、聲振、爆炸、真空冷熱浸、真空冷焊試驗等。振動、沖擊、碰撞、離心、運輸、聲振、爆炸、真空冷熱浸、真空冷焊試驗等。11.6 壽命試驗和加速壽命試驗壽命試驗和加速壽命試驗壽命試驗：摸清產(chǎn)品的壽命分布、估計產(chǎn)品的各項可靠性指標、研究產(chǎn)品的失效機理。壽命試驗：摸清產(chǎn)品的壽命分布、估計產(chǎn)品的各項可靠性指標、研究產(chǎn)品的失效機理?，F(xiàn)場試驗、模擬壽命試驗?，F(xiàn)場試驗、模擬壽命試驗。加速壽命試驗的方法，就是在不改變產(chǎn)品失效機理、不引入新的失效因子的前提下，提加速壽命試驗的方法，就是在不改變產(chǎn)品失效機理、不引入新的失效因子的前提下，提高試驗應(yīng)力，加速產(chǎn)品失效進程，再根據(jù)加速試驗結(jié)果，預(yù)計正常應(yīng)力下的產(chǎn)

16、品壽命。高試驗應(yīng)力，加速產(chǎn)品失效進程，再根據(jù)加速試驗結(jié)果，預(yù)計正常應(yīng)力下的產(chǎn)品壽命。根據(jù)應(yīng)力施加的方式，分類為恒定應(yīng)力、步進應(yīng)力、序進應(yīng)力加速壽命試驗三種。根據(jù)應(yīng)力施加的方式，分類為恒定應(yīng)力、步進應(yīng)力、序進應(yīng)力加速壽命試驗三種。恒加試驗恒加試驗恒定應(yīng)力加速壽命試驗是將一定數(shù)量的試樣分幾組，每組固定一個應(yīng)力水恒定應(yīng)力加速壽命試驗是將一定數(shù)量的試樣分幾組，每組固定一個應(yīng)力水平進行試驗。特點：試驗因素單一，數(shù)據(jù)容易處理，外推精度較高，故最常用。平進行試驗。特點：試驗因素單一，數(shù)據(jù)容易處理，外推精度較高，故最常用。步加試驗步加試驗步進應(yīng)力加速壽命試驗是以積累損傷失效物理模型為理論依據(jù)，試驗時，步進應(yīng)力

17、加速壽命試驗是以積累損傷失效物理模型為理論依據(jù)，試驗時，每組樣品固定一個逐級升高應(yīng)力時間，直至足夠數(shù)量的樣品失效為止。這種試驗一般假每組樣品固定一個逐級升高應(yīng)力時間，直至足夠數(shù)量的樣品失效為止。這種試驗一般假定前面低一級試驗對本級試驗的影響可以忽略不計，實際上往往不可忽略，所以試驗的定前面低一級試驗對本級試驗的影響可以忽略不計，實際上往往不可忽略，所以試驗的預(yù)計精度較低。特點：試驗周期較短，通常用于工藝對比、篩選摸底定性分析場合。預(yù)計精度較低。特點：試驗周期較短，通常用于工藝對比、篩選摸底定性分析場合。序加試驗序加試驗序進應(yīng)力加速壽命試驗可近似看作步進應(yīng)力的每級應(yīng)力差很小的極限情況。序進應(yīng)力加

18、速壽命試驗可近似看作步進應(yīng)力的每級應(yīng)力差很小的極限情況。特點：進行這種試驗需要專門程序控制，一般很少采用。特點：進行這種試驗需要專門程序控制，一般很少采用。壽命試驗準備與實施壽命試驗準備與實施1明確壽命試驗的對象和目的明確壽命試驗的對象和目的（1）了解產(chǎn)品壽命分布?？煽啃詼y定即確定產(chǎn)品的壽命分布和失效率、）了解產(chǎn)品壽命分布?？煽啃詼y定即確定產(chǎn)品的壽命分布和失效率、平均壽命等參數(shù)。平均壽命等參數(shù)。（2）求得產(chǎn)品可靠性指標。通過壽命試驗來判斷某批產(chǎn)品能否符合規(guī)定）求得產(chǎn)品可靠性指標。通過壽命試驗來判斷某批產(chǎn)品能否符合規(guī)定的可靠性要求。的可靠性要求。（3）可靠性鑒定，就是鑒定產(chǎn)品的設(shè)計和生產(chǎn)工藝是否

19、能生產(chǎn)出符合可）可靠性鑒定，就是鑒定產(chǎn)品的設(shè)計和生產(chǎn)工藝是否能生產(chǎn)出符合可靠性要求的產(chǎn)品?？啃砸蟮漠a(chǎn)品。（4）研究產(chǎn)品的失效機理。通過壽命試驗，可以找出產(chǎn)品失效的原因、）研究產(chǎn)品的失效機理。通過壽命試驗，可以找出產(chǎn)品失效的原因、搞清失效機理，從而建立起失效的物理和數(shù)學模型，并據(jù)此進行壽命搞清失效機理，從而建立起失效的物理和數(shù)學模型，并據(jù)此進行壽命的預(yù)測。的預(yù)測。壽命試驗準備與實施壽命試驗準備與實施2 2應(yīng)力類型選擇及應(yīng)力水平確定應(yīng)力類型選擇及應(yīng)力水平確定試驗條件試驗條件了解產(chǎn)品工作壽命需施加一定環(huán)境應(yīng)力和電應(yīng)力。試驗條件要嚴格控制在誤差很小了解產(chǎn)品工作壽命需施加一定環(huán)境應(yīng)力和電應(yīng)力。試驗條件要嚴格控制在誤差很小范圍內(nèi)，對保證試驗一致性、正確分析試驗結(jié)果有重要意義。范圍內(nèi)，對保證試驗一致性、正確分析試驗結(jié)果有重要意義。3 3試驗截止