第10講-可靠性試驗(yàn)

第十講可靠性試驗(yàn)

ReliabilityTest聶斌工業(yè)工程系binnie@1設(shè)計(jì)沒有十全十美的。因此需要試驗(yàn)來找出設(shè)計(jì)中的缺陷，從而不斷提高產(chǎn)品的可靠性水平。2可靠性試驗(yàn)包括功能試驗(yàn)，確認(rèn)設(shè)計(jì)達(dá)到了基本性能要求。環(huán)境試驗(yàn)，保證設(shè)計(jì)能夠在規(guī)定的環(huán)境條件范圍內(nèi)工作。統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)，優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)過程?？煽啃栽囼?yàn)，確保產(chǎn)品在規(guī)定的壽命內(nèi)能無失效地工作。安全性試驗(yàn)，需要時(shí)進(jìn)行。3制定可靠性試驗(yàn)計(jì)劃使用設(shè)計(jì)分析數(shù)據(jù)：在設(shè)計(jì)階段完成的分析(FMECA、FTA等)以及任何早期試驗(yàn)結(jié)果，應(yīng)被用于可靠性試驗(yàn)計(jì)劃的擬定工作?？紤]變異性：變異性的主要來源是涉及把設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為硬件的一系列生產(chǎn)過程?？煽啃栽囼?yàn)工作必須涵蓋變異性對(duì)期望的和不期望的失效模式的影響。DOE可用來分析多個(gè)變異源的影響。4耐久性：可靠性試驗(yàn)必須有充分的持續(xù)時(shí)間以驗(yàn)證產(chǎn)品在預(yù)計(jì)的壽命期內(nèi)有足夠的可靠性。5試驗(yàn)環(huán)境影響大多數(shù)產(chǎn)品的可靠性的主要環(huán)境因素：溫度振動(dòng)沖擊濕度功率輸入和輸出灰塵人員電子產(chǎn)品的因素：電磁效應(yīng)瞬間電壓特殊環(huán)境下的因素：輻射潤(rùn)滑劑高空真空工業(yè)污染電磁脈沖鹽霧霉菌高強(qiáng)度噪聲6環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)7加速試驗(yàn)工程設(shè)計(jì)的問題是希望知道產(chǎn)品的理論能力與實(shí)際能力之間的“不確定性缺口”。錯(cuò)誤的方法：在規(guī)定的使用環(huán)境中施加模擬或?qū)嶋H應(yīng)力并度量可靠度。正確的方法：必須為了引起失效而試驗(yàn)，不是為了演示成功的業(yè)績(jī)而試驗(yàn)。8加速試驗(yàn)的類型恒加試驗(yàn)：選擇一組加速應(yīng)力水平：S1,S2,…,Sk，它們都高于正常應(yīng)力水平S0，即S0<S1<…<Sk。然后，將全部樣品分為k組，每組樣品都加在某個(gè)加速應(yīng)力水平下進(jìn)行壽命試驗(yàn)，直到規(guī)定的試驗(yàn)時(shí)間或各組均有一定數(shù)量的樣品發(fā)生失效為止。操作簡(jiǎn)單圖示為具有4個(gè)應(yīng)力水平的恒加試驗(yàn)?！薄痢北硎居幸粋€(gè)樣品在該時(shí)刻失效。0tS1S2S3S4S××××××××××××××9

步加試驗(yàn)：選擇一組加速應(yīng)力水平：S1,S2,…,Sk，它們都高于正常應(yīng)力水平S0，即S0<S1<…<Sk。試驗(yàn)開始時(shí)，將所有受試樣品至于應(yīng)力水平S1下進(jìn)行壽命試驗(yàn)，直到規(guī)定的試驗(yàn)時(shí)間t1或規(guī)定的失效數(shù)r為止；然后把應(yīng)力水平提高到S2，將未失效的樣品在應(yīng)力水平S2下繼續(xù)進(jìn)行壽命試驗(yàn)，如此繼續(xù)下去，直到規(guī)定的試驗(yàn)時(shí)間或有一定數(shù)量的樣品發(fā)生失效為止。圖示為具有4個(gè)應(yīng)力水平的步加試驗(yàn)0tS1S2S3S4S×××××××××××××10序加試驗(yàn)：所施加的加速應(yīng)力水平隨時(shí)間的增加而連續(xù)上升。最簡(jiǎn)單的是直線上升。特點(diǎn)：失效快圖示為兩種不同速率上升的序加試驗(yàn)0tS1S2S3S4S×××××××××11加速模型利用高應(yīng)力水平下的壽命特征推導(dǎo)出正常應(yīng)力水平下的壽命特征。關(guān)鍵在于確定壽命特征與應(yīng)力水平之間的函數(shù)關(guān)系。通常是非線性的。為了便于擬合通常將非線性關(guān)系轉(zhuǎn)換為線性關(guān)系。12阿倫尼斯(Arrhenius)模型高溫能使產(chǎn)品(如電子元器件、絕緣材料等)內(nèi)部加快化學(xué)反應(yīng)速度，促使產(chǎn)品快速失效。ξ為某壽命特征，如平均壽命、中位壽命等；A為與產(chǎn)品特征、幾何形狀、試驗(yàn)方法有關(guān)的正常數(shù)；E為激活能，與材料有關(guān)，單位是電子伏特eV；k=1.38×10-23J/K，為波爾茲曼常數(shù)，T為熱力學(xué)溫度。E/k為激活溫度。壽命特征隨溫度的上升而呈指數(shù)下降趨勢(shì)。13兩邊取對(duì)數(shù)得，其中a=lnA，b=E/k經(jīng)轉(zhuǎn)換后壽命特征的對(duì)數(shù)是溫度倒數(shù)的線性函數(shù)。14逆冪率模型在加速試驗(yàn)中用電應(yīng)力(如電壓、電流、電功率等)作為加速應(yīng)力使產(chǎn)品失效時(shí)，有如下關(guān)系，其中，ξ為某壽命特征，如平均壽命、中位壽命等；A是一個(gè)正常數(shù)，c是一個(gè)與激活能有關(guān)的正常數(shù)，ν是電應(yīng)力，如電壓。兩邊取對(duì)數(shù)得，其中，a=lnA，b=-c。因此壽命數(shù)據(jù)的對(duì)數(shù)是電應(yīng)力對(duì)數(shù)的線性函數(shù)。15指數(shù)型模型美國(guó)軍標(biāo)MIL-HDBK-217E(1986)對(duì)各種電容器的加速壽命試驗(yàn)建議使用以下模型：其中A，B為待定常數(shù)，V為非熱量應(yīng)力，如電壓。它的對(duì)數(shù)形式為其中a=lnA，b=-B。16加速系數(shù)正常應(yīng)力下某種壽命特征與加速應(yīng)力下相應(yīng)壽命特征之比。定義：設(shè)某產(chǎn)品在正常應(yīng)力水平下S0的失效分布函數(shù)為F0(t)，記tp,0為其p分位壽命，即F0(tp,0)=p。又設(shè)某產(chǎn)品在加速應(yīng)力水平下Si的失效分布函數(shù)為Fi(t)，記tp,i為其p分位壽命，則兩個(gè)p分為壽命之比稱為加速應(yīng)力水平Si對(duì)正常應(yīng)力水平S0的p分位壽命的加速系數(shù)，簡(jiǎn)稱Si對(duì)S0的加速系數(shù)或加速因子。17例：某器件的中位壽命加速系數(shù)為：

τV1~V0=1.66×104其中V0=10kV，V1=26kV，如果已知在V1下的試驗(yàn)測(cè)得中位壽命為700min，則根據(jù)加速系數(shù)可算得該器件在V0下的壽命為t0.5,0=τV1~V0×t0.5,1=1.66×104×700min =22.1years18可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)19可靠性增長(zhǎng)的基本概念GB/T15174《可靠性增長(zhǎng)大綱》可靠性增長(zhǎng)：表示產(chǎn)品可靠性特征量隨時(shí)間逐漸改進(jìn)的一種過程。可靠性改進(jìn)：通過排除系統(tǒng)性失效的原因和(或)減少其它失效發(fā)生的概率來實(shí)現(xiàn)改進(jìn)可靠性特征量的一種過程。20可靠性增長(zhǎng)過程通過不斷地消除產(chǎn)品在設(shè)計(jì)或制造中的薄弱環(huán)節(jié)，使產(chǎn)品可靠性隨時(shí)間而逐步提高的過程。薄弱環(huán)節(jié)失效：當(dāng)施加的應(yīng)力在產(chǎn)品規(guī)定能力之內(nèi)時(shí)，由于產(chǎn)品本身的薄弱環(huán)節(jié)而引起的失效。系統(tǒng)性薄弱環(huán)節(jié)：只有通過更改設(shè)計(jì)、制造工藝、操作方法、文件或其他有關(guān)因素，或者通過排除劣質(zhì)的元器件批，才能排除或減少其影響的薄弱環(huán)節(jié)。殘余性薄弱環(huán)節(jié)：非系統(tǒng)性薄弱環(huán)節(jié)。21理想的可靠性增長(zhǎng)過程預(yù)計(jì)值(固有)MTTF規(guī)定值最低可接受的值第1臺(tái)樣機(jī)的可靠性第1臺(tái)試生產(chǎn)產(chǎn)品的可靠性試生產(chǎn)過程中的可靠性增長(zhǎng)第1臺(tái)量產(chǎn)產(chǎn)品的可靠性量產(chǎn)過程和使用中的可靠性研制過程中的可靠性增長(zhǎng)ABCD開始可靠性研制試驗(yàn)開始試生產(chǎn)開始可靠性驗(yàn)證試驗(yàn)開始量產(chǎn)日歷時(shí)間22系統(tǒng)性薄弱環(huán)節(jié)系統(tǒng)性失效采取糾正措施降低失效強(qiáng)度可靠性增長(zhǎng)失效分類殘余性薄弱環(huán)節(jié)殘余性失效采取糾正措施降低失效強(qiáng)度可靠性無增長(zhǎng)A類B類增長(zhǎng)過程修理過程增長(zhǎng)過程與修理過程的比較23試驗(yàn)開始可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)發(fā)生失效暫停試驗(yàn)診斷關(guān)聯(lián)失效？系統(tǒng)性失效？更改設(shè)計(jì)？對(duì)B類失效進(jìn)行設(shè)計(jì)更改記錄數(shù)據(jù)為非關(guān)聯(lián)失效記錄數(shù)據(jù)為殘余性失效記錄數(shù)據(jù)為A類失效記錄數(shù)據(jù)為B類失效更換失效元器件或修復(fù)試驗(yàn)部件實(shí)施更改并驗(yàn)證有效性試驗(yàn)結(jié)束時(shí)間？試驗(yàn)結(jié)束是否可靠性改進(jìn)流程圖24失效類型關(guān)聯(lián)失效：在解釋試驗(yàn)或運(yùn)行結(jié)果時(shí)，或在計(jì)算可靠性特征量值時(shí)應(yīng)包括的失效。非關(guān)聯(lián)失效：在解釋試驗(yàn)或運(yùn)行結(jié)果時(shí)，或在計(jì)算可靠性特征量值時(shí)不應(yīng)包括的失效。系統(tǒng)性失效：與某種原因直接有關(guān)的失效，而這些失效只能采取更改設(shè)計(jì)、制造工藝、操作方法、文件或其他相關(guān)因素的方法才能排除。殘余性失效：由殘余性薄弱環(huán)節(jié)引起的失效。25失效類型A類失效：由于費(fèi)用、時(shí)間、技術(shù)上的限制或其他原因、由管理者決定不做糾正性更改的那類系統(tǒng)性失效。B類失效：由管理者決定需做糾正性更改的那類系統(tǒng)性失效。26可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)有計(jì)劃地激發(fā)失效、分析失效原因和改進(jìn)設(shè)計(jì)，并證明改進(jìn)措施的有效性而進(jìn)行的試驗(yàn)。試驗(yàn)—分析—改進(jìn)—再試驗(yàn)Test,analysisandfix,簡(jiǎn)稱TAAF可靠性試驗(yàn)通常安排在工程研制基本完成之后和可靠性鑒定試驗(yàn)之前。27總試驗(yàn)時(shí)間取決于可靠性增長(zhǎng)模型、工程經(jīng)驗(yàn)及產(chǎn)品規(guī)范的可靠性要求。通常取產(chǎn)品MTBF目標(biāo)值的5倍~25倍?？煽啃栽鲩L(zhǎng)試驗(yàn)的環(huán)境條件及其隨時(shí)間變化情況，應(yīng)能反映受試產(chǎn)品現(xiàn)場(chǎng)使用和任務(wù)環(huán)境的特征，即應(yīng)選用模擬現(xiàn)場(chǎng)的綜合環(huán)境條件。28TAAF試驗(yàn)的工作步驟借助模擬實(shí)際使用條件的試驗(yàn)誘發(fā)產(chǎn)品失效，充分暴露產(chǎn)品的問題和缺陷；對(duì)失效定位，進(jìn)行失效分析，找出失效機(jī)理；根據(jù)失效分析結(jié)果，對(duì)B類失效，制定糾正措施；制造新設(shè)計(jì)的有關(guān)硬件；將新硬件重新投入試驗(yàn)，以便驗(yàn)證糾正措施的有效性，同時(shí)暴露產(chǎn)品的其他問題和設(shè)計(jì)缺陷。29比較項(xiàng)目環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)可靠性鑒定試驗(yàn)可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)所屬范圍工程試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T15174GB5080軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB1032GJB1407,GBJ/Z277GJB899試驗(yàn)?zāi)康奶蕹缙诠收希岣呤茉嚠a(chǎn)品的外場(chǎng)使用可靠性消除設(shè)計(jì)薄弱環(huán)節(jié)，提高所有同型產(chǎn)品的固有可靠性水平驗(yàn)證產(chǎn)品是否滿足可靠性要求適用時(shí)機(jī)批量生產(chǎn)或研制段研制階段研制階段結(jié)束時(shí)批量生產(chǎn)中試件數(shù)目全部產(chǎn)品按照合同規(guī)定試驗(yàn)時(shí)間隨所加應(yīng)力變化5~25倍MTBF按照所選用的試驗(yàn)方案確定環(huán)境條件加速應(yīng)力環(huán)境真實(shí)的或模擬的任務(wù)環(huán)境失效處理采取修復(fù)措施采取設(shè)計(jì)更改等糾正措施采取修復(fù)措施評(píng)估模型不需要Duane模型，AMSAA模型指數(shù)分布統(tǒng)計(jì)模型可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)與其他試驗(yàn)的比較30可靠性增長(zhǎng)管理為了達(dá)到預(yù)定的可靠性指標(biāo)，對(duì)時(shí)間和其他資源進(jìn)行系統(tǒng)的安排，并在估計(jì)至于計(jì)劃值比較的基礎(chǔ)上依靠重新分配資源對(duì)增長(zhǎng)率進(jìn)行的控制。實(shí)施科學(xué)的可靠性增長(zhǎng)管理，可以縮短研制周期、節(jié)省研制費(fèi)用、避免不必要的損失，提高產(chǎn)品的研制效率與可靠性水平。31可靠性增長(zhǎng)管理的基本內(nèi)容進(jìn)行可靠性增長(zhǎng)規(guī)劃，確定增長(zhǎng)目標(biāo)根據(jù)合同或研制任務(wù)書，考慮同類產(chǎn)品的國(guó)內(nèi)外水平、產(chǎn)品固有可靠性、產(chǎn)品增長(zhǎng)潛力及可靠性預(yù)計(jì)等各種因素。確定可靠性增長(zhǎng)計(jì)劃，細(xì)化增長(zhǎng)要求分析以往同類產(chǎn)品的可靠性狀況及可靠性增長(zhǎng)情況，掌握它們的可靠性水平、主要失效及其原因和頻度、增長(zhǎng)規(guī)律、增長(zhǎng)起點(diǎn)及其增長(zhǎng)率等信息；分析產(chǎn)品的研制大綱和可靠性大綱，了解有多少項(xiàng)研制試驗(yàn)，掌握各項(xiàng)試驗(yàn)的環(huán)境條件、工作條件及預(yù)計(jì)的試驗(yàn)時(shí)間等信息；選擇切合實(shí)際的增長(zhǎng)模型，繪制可靠性增長(zhǎng)的理想曲線和計(jì)劃曲線。32可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)的發(fā)展歷史1956年，H.K.Weiss在《OperationsResearch》上發(fā)表“具有Possion型失效模式的復(fù)雜系統(tǒng)中的可靠性增長(zhǎng)評(píng)估”，提出第一個(gè)可靠性增長(zhǎng)模型。1962年，美國(guó)通用電氣公司的工程師J.T.Duane分析了兩種液壓裝置及三種飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)只要不斷地對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)，累計(jì)失效率與累計(jì)試驗(yàn)時(shí)間在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上是一條直線。Duane的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪强煽啃栽鲩L(zhǎng)技術(shù)發(fā)展中的第一個(gè)重要的里程碑。1969年3月，美國(guó)國(guó)防部頒布軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD-785A《系統(tǒng)、設(shè)備研制與生產(chǎn)的可靠性大綱》，首次將可靠性增長(zhǎng)作為可靠性工作中必須進(jìn)行的一項(xiàng)內(nèi)容。331972年，美國(guó)陸軍裝備系統(tǒng)分析中心的L.H.Crow在Duane模型的基礎(chǔ)上提出了可靠性增長(zhǎng)的AMSAA模型。Crow給出了模型參數(shù)的極大似然估計(jì)與無偏估計(jì)、產(chǎn)品MTBF的區(qū)間估計(jì)、模型擬合優(yōu)度檢驗(yàn)方法、分組數(shù)據(jù)的分析方法及丟失數(shù)據(jù)時(shí)的處理方法，系統(tǒng)地解決了AMSAA模型的統(tǒng)計(jì)推斷問題。AMSAA模型是可靠性增長(zhǎng)技術(shù)發(fā)展中的第二個(gè)重要的里程碑。341977年，美國(guó)海軍航空系統(tǒng)部頒發(fā)軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD-2068《可靠性研制試驗(yàn)》，在海軍合同中貫徹TAAF要求。該標(biāo)準(zhǔn)與1987年7月15日廢止使用，開始執(zhí)行MIL-STD-781D《工程研制、鑒定和生產(chǎn)的可靠性試驗(yàn)》。1978年，美國(guó)海軍電子系統(tǒng)部頒發(fā)軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD-1635《可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)》，采納了Duane的TAAF模型。該標(biāo)準(zhǔn)與1986年10月17日廢止使用，開始執(zhí)行MIL-STD-781D《工程研制、鑒定和生產(chǎn)的可靠性試驗(yàn)》。1980年7月，美國(guó)國(guó)防部頒發(fā)DoDD5000.40指令《可靠性和維修性》。1980年9月，頒發(fā)軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD-785B《系統(tǒng)、設(shè)備研制與生產(chǎn)的可靠性大綱?！愤@兩個(gè)文件將TAAF作為國(guó)防部?jī)?nèi)的要求制度化。351981年2月，美國(guó)國(guó)防部頒發(fā)軍用手冊(cè)MIL-HDBK-189《可靠性增長(zhǎng)管理》，為訂購(gòu)方和承制方提供了可靠性增長(zhǎng)管理的程序，指出可靠性增長(zhǎng)管理是系統(tǒng)工程過程的一個(gè)組成部分。1983年2月，美國(guó)國(guó)防科學(xué)委員會(huì)《從研制向生產(chǎn)的轉(zhuǎn)移》特別工作組認(rèn)為，TAAF是達(dá)到規(guī)定的系統(tǒng)可靠性的一個(gè)關(guān)鍵要求。工作組建議，可根據(jù)具體項(xiàng)目的要求進(jìn)行剪裁，也可隨著產(chǎn)品可靠性數(shù)據(jù)的不斷增加而靈活變通，并于其他研制試驗(yàn)相結(jié)合，以最少的費(fèi)用獲得最佳的效果。1984年，美國(guó)國(guó)防部出版了手冊(cè)DoD4245.7-M《從研制向生產(chǎn)的轉(zhuǎn)移》。361984年10月，美國(guó)國(guó)防部頒發(fā)軍用手冊(cè)MIL-HDBK-338《電子產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)手冊(cè)》，對(duì)可靠性增長(zhǎng)問題進(jìn)行了全面系統(tǒng)地闡述。1986年，美國(guó)海軍出版了手冊(cè)NAVSOP-6071《最好的實(shí)踐》，詳細(xì)描述了TAAF的正確使用方法。1986年10月，美國(guó)國(guó)防部頒發(fā)軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD-781D《工程研制、鑒定和生產(chǎn)的可靠性試驗(yàn)》，這是一個(gè)僅包括定義、一般要求和具體任務(wù)該書的綱領(lǐng)性文件，對(duì)可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)和環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)提出了明確要求。371987年7月，美國(guó)國(guó)防部頒發(fā)軍用手冊(cè)MIL-HDBK-781《工程研制、鑒定和生產(chǎn)可靠性試驗(yàn)方法、方案和環(huán)境》，與MIL-STD-781D配套使用，提供了各種試驗(yàn)方法、試驗(yàn)方案和環(huán)境剖面。采納Duane方法和AMSAA方法作為可靠性研制與增長(zhǎng)試驗(yàn)的評(píng)估方法。1987年10月，國(guó)際電工委員會(huì)頒發(fā)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61014《可靠性增長(zhǎng)大綱》，規(guī)定了編制可靠性增長(zhǎng)大綱的要求和原則，闡明了可靠性增長(zhǎng)的概念，以及可靠性增長(zhǎng)管理、計(jì)劃、試驗(yàn)、失效分析和改進(jìn)技術(shù)。2002年10月對(duì)版本進(jìn)行了修訂，形成了FDIS版，使之更便于操作，并對(duì)受試產(chǎn)品的數(shù)量加以限制。381995年6月，國(guó)際電工委員會(huì)頒發(fā)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61164《可靠性增長(zhǎng)-統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)與估計(jì)方法》，給出了基于單臺(tái)產(chǎn)品失效數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠性增長(zhǎng)評(píng)估的AMSAA模型和數(shù)值計(jì)算方法，包括產(chǎn)品的可靠性增長(zhǎng)估計(jì)、置信區(qū)間估計(jì)以及擬合優(yōu)度檢驗(yàn)。2002年10月對(duì)版本進(jìn)行了修訂，形成了FDIS版，在保留AMSAA模型的基礎(chǔ)上，增加用于可靠性增長(zhǎng)計(jì)劃的Krasich模型和Bayes模型、用于可靠性增長(zhǎng)評(píng)估的IBM/Rosner模型等。39國(guó)內(nèi)可靠性增長(zhǎng)技術(shù)的發(fā)展1988年，國(guó)防科工委頒發(fā)國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB450《裝備研制與生產(chǎn)的可靠性通用大綱》。1992年5月，航空航天工業(yè)部頒發(fā)航空工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HB/Z214《航空產(chǎn)品可靠性增長(zhǎng)》。1992年7月，國(guó)防科工委頒發(fā)國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB1407《可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)》。1993年，國(guó)防科工委頒發(fā)[1993]計(jì)基字第231號(hào)文《武器裝備可靠性與維修性管理規(guī)定》。401993年至1996年，《電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗(yàn)》雜志在“學(xué)習(xí)園地”專欄講授可靠性增長(zhǎng)技術(shù)。1994年8月，國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局頒發(fā)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T15174《可靠性增長(zhǎng)大綱》。1995年10月，國(guó)防科工委頒發(fā)國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB/Z77《可靠性增長(zhǎng)管理手冊(cè)》。41杜安(Duane)模型1962年，美國(guó)通用電氣公司的J.T.Duane指出，通過對(duì)兩種液壓裝置及三種飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)近600萬臺(tái)時(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，只要不斷地對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)，累計(jì)失效率與累計(jì)試驗(yàn)時(shí)間在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上是一條直線。42Duane模型的數(shù)學(xué)描述設(shè)可修產(chǎn)品的累積試驗(yàn)時(shí)間為t，在開發(fā)期(0,t]內(nèi)產(chǎn)品的累積失效次數(shù)為N(t)。產(chǎn)品的累積失效率λc(t)定義為在產(chǎn)品研制過程中，只要不斷的對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)，累積失效率與累積失效時(shí)間，可以用雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上的一條直線近似描述，其數(shù)學(xué)表示為其中a為尺度參數(shù)，a>0m為增長(zhǎng)率，0<m<1。43化為指數(shù)形式為因此，累積失效次數(shù)與累積試驗(yàn)時(shí)間的關(guān)系為時(shí)刻t的瞬時(shí)失效率為則累積MTBF和瞬時(shí)MTBF分別為44雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上的Duane數(shù)據(jù)45尺度參數(shù)a的意義幾何意義：1/a是累積MTBF曲線在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙縱軸的截距。物理意義：1/a在一定意義上反映了產(chǎn)品進(jìn)入可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)時(shí)的初始MTBF水平。一定意義的含義是t=1而不是0。46增長(zhǎng)率m的意義幾何意義：累積MTBF曲線和瞬時(shí)MTBF曲線的斜率。物理意義：表征產(chǎn)品MTBF隨試驗(yàn)時(shí)間逐漸增長(zhǎng)的速度。47Duane模型曲線的繪制步驟隨著試驗(yàn)的進(jìn)展，不斷記錄受試產(chǎn)品的累積失效次數(shù)N(t)與相應(yīng)的累積試驗(yàn)時(shí)間t。對(duì)選定的t值，計(jì)算相應(yīng)的t/N(t)。如果t太大，不能繪制在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上，應(yīng)對(duì)t進(jìn)行變換。方法是找一個(gè)系數(shù)d(可取10,100,1000,…)使得t/d=t’不超出雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙，然后計(jì)算出相應(yīng)的t’/N(t’)。48將各點(diǎn)(t,t/N(t))或(t’,t’/N(t’))繪制在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上。如果繪制出的點(diǎn)構(gòu)成一條較好的直線，則說明Duane模型對(duì)描述所觀測(cè)的增長(zhǎng)模型時(shí)較好的方法。在繪制直線時(shí)應(yīng)對(duì)接近試驗(yàn)結(jié)束時(shí)的數(shù)據(jù)點(diǎn)給予充分的重視，因?yàn)檫@些店更能體現(xiàn)受試產(chǎn)品此時(shí)的可靠性水平。49用圖形估計(jì)模型參數(shù)參數(shù)m可由直線斜率給出；參數(shù)a可由曲線與縱軸交點(diǎn)的縱坐標(biāo)值1/N(1)確定，即當(dāng)前的MTBF值為當(dāng)前的失效率值為時(shí)間坐標(biāo)無變換時(shí)間坐標(biāo)有變換50例：對(duì)單臺(tái)產(chǎn)品進(jìn)行可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)，累計(jì)試驗(yàn)時(shí)間達(dá)到1000h停止試驗(yàn)，在選定的各試驗(yàn)階段中，累積失效次數(shù)及相應(yīng)的t/N(t)值見表。使用Duane模型的圖形分析法，求出試驗(yàn)結(jié)束時(shí)的MTBF。解：由于累積試驗(yàn)時(shí)間較大，需作變換。取d=100。t/hN(t)t/N(t)100333.3200633.35001338.58001844.410002245.4t/hN(t)t/N(t)130.333260.3335130.3858180.44410220.45451將表中的點(diǎn)繪制在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上，這些點(diǎn)構(gòu)成一條較好的直線，說明Duane模型適合于描述觀測(cè)到的失效數(shù)據(jù)，如圖所示。由擬合曲線上的值計(jì)算：×××××9.8mm62.5mm0.3100.445t’/N(t’)t’/h10.11052參數(shù)a為：因此，試驗(yàn)結(jié)束時(shí)的瞬時(shí)MTBF為53用最小二乘法估計(jì)模型參數(shù)由累積試驗(yàn)時(shí)間t1,t2,…,tn及對(duì)應(yīng)的累積失效次數(shù)N(t1),N(t2),…,N(tn)，得到累積MTBF根據(jù)Duane模型因此，殘差平方和為54在殘差平方和最小的情況下可以得到a與m的最小二乘估計(jì)(LSE)，即解方程組就可以得到m，a的最小二乘估計(jì)值，為55最小二乘估計(jì)值為56可修產(chǎn)品開發(fā)到時(shí)刻tn之后不再作改進(jìn)和糾正。可以合理地認(rèn)為，產(chǎn)品定型后，其失效時(shí)間服從指數(shù)分布，即時(shí)刻tn的MTBF的最小二乘估計(jì)值為57Duane模型的最小二乘法既可用于完全數(shù)據(jù)分析，也可用于分組數(shù)據(jù)的分析；既可用于失效截尾分析，也可用于時(shí)間截尾分析。58可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)的計(jì)劃計(jì)劃增長(zhǎng)曲線的數(shù)學(xué)公式基于Duane模型五個(gè)基本參數(shù)：可靠性增長(zhǎng)的總目標(biāo)θF；達(dá)到總目標(biāo)的總累積試驗(yàn)時(shí)間tF；可靠性增長(zhǎng)的初始水平θⅠ；第一試驗(yàn)段的試驗(yàn)時(shí)間tⅠ；可靠性增長(zhǎng)率m。0tⅠtFθⅠθF瞬時(shí)MTBF累積MTBF累積試驗(yàn)時(shí)間(h)MTBF(h)59參數(shù)之間的關(guān)系60增長(zhǎng)目標(biāo)的確定通常由合同或研制任務(wù)書規(guī)定，一般θF>θ0?？紤]的因素產(chǎn)品成熟期的固有可靠性θinh；產(chǎn)品的可靠性預(yù)計(jì)值；θP>1.25θF產(chǎn)品的可靠性增長(zhǎng)潛力；θF<θGP<θinh61初始可靠性水平θⅠ的確定用組成單元的可靠性試驗(yàn)信息進(jìn)行系統(tǒng)的可靠性綜合來評(píng)估和評(píng)定θⅠ。用樣機(jī)調(diào)試信息估計(jì)θⅠ

。根據(jù)同類產(chǎn)品或本產(chǎn)品的歷史經(jīng)驗(yàn)與工程分析，進(jìn)行估計(jì)。借鑒有關(guān)經(jīng)驗(yàn)。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，初始可靠性與成熟期固有可靠性之比θⅠ/θinh在0.15~0.47之間。根據(jù)增長(zhǎng)潛力確定，即θⅠ=(1-kλd)θGPkλ為糾正比，指B類失效率與初始失效率之比。值越大說明產(chǎn)品設(shè)計(jì)越不成熟，新產(chǎn)品取值0.85~0.95；d為糾正有效性系數(shù)，取值0.55~0.85。62第一試驗(yàn)段時(shí)間的確定至少需要觀測(cè)到一個(gè)B類失效之后才能對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行糾正。因此，可根據(jù)時(shí)間區(qū)間內(nèi)(0,tⅠ]內(nèi)觀測(cè)到一次B類失效的概率來確定的tⅠ下限，在假定B類失效的發(fā)生服從齊次Possion過程的條件下，由得λB為B類失效率。63增長(zhǎng)率的確定新研制的復(fù)雜產(chǎn)品，取0.3~0.6之間。如果在0.1~0.3之間，表明失效糾正措施不力；如果在0.6~0.7之間，表明在實(shí)施試驗(yàn)大綱過程中，采取了強(qiáng)有力的失效分析和糾正措施。影響增長(zhǎng)率的因素：失效糾正效果；產(chǎn)品設(shè)計(jì)的成熟程度。64確定增長(zhǎng)率的途徑參考同類產(chǎn)品的可靠性增長(zhǎng)經(jīng)驗(yàn)；產(chǎn)品研制的成熟程度；在TAAF試驗(yàn)過程中可能付出的努力。增長(zhǎng)率與努力程度成正比。借鑒有關(guān)經(jīng)驗(yàn)。65總試驗(yàn)時(shí)間的確定保證足夠的時(shí)間使B類失效充分暴露。時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)消耗過多的資源。工程經(jīng)驗(yàn)表明，總試驗(yàn)時(shí)間T通常需要5倍~25倍的增長(zhǎng)目標(biāo)θF

，對(duì)于高可靠性目標(biāo)的產(chǎn)品，由于經(jīng)費(fèi)的限制，可以取低值。66計(jì)劃增長(zhǎng)曲線的繪制在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上，以累積試驗(yàn)時(shí)間為橫坐標(biāo)，以MTBF為縱坐標(biāo)，將要求的MTBF值θF畫成一條水平線。繪出計(jì)劃增長(zhǎng)曲線的起始點(diǎn)(tⅠ,θⅠ)。從起始點(diǎn)開始，按所選增長(zhǎng)率m，畫出累積MTBF曲線；以累積MTBF曲線為基準(zhǔn)線，向上平移-ln(1-m)繪制出瞬時(shí)MTBF曲線。瞬時(shí)MTBF曲線與要求的MTBF線的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)，代表要求的總試驗(yàn)時(shí)間tF的近似值。67可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)的準(zhǔn)備可靠性預(yù)計(jì)試驗(yàn)前應(yīng)按照相關(guān)國(guó)標(biāo)，采用應(yīng)力分析法，用有依據(jù)的數(shù)據(jù)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行最新的可靠性預(yù)計(jì)。估計(jì)可靠性增長(zhǎng)潛力，判定通過增長(zhǎng)試驗(yàn)?zāi)芊襁_(dá)到規(guī)定的要求；確定初始可靠性水平，確定增長(zhǎng)試驗(yàn)的起始點(diǎn)；68可靠性預(yù)計(jì)的一般程序按照產(chǎn)品的功能建立其可靠性模型，確定各分系統(tǒng)、組件間的串并聯(lián)關(guān)系；69故障模式、影響及危害性分析試驗(yàn)前，應(yīng)對(duì)受試產(chǎn)品進(jìn)行故障模式、影響及危害性分析。在試驗(yàn)前對(duì)可能發(fā)生的失效進(jìn)行分析，并確定相應(yīng)的糾正措施或備件，從而縮短試驗(yàn)的日歷持續(xù)時(shí)間。通過辨識(shí)所有可能發(fā)生的失效模式及其失效率，可以用來幫助確定產(chǎn)品的初始可靠性水平，也可以用來估計(jì)產(chǎn)品的可靠性增長(zhǎng)潛力。70試驗(yàn)環(huán)境剖面的確定首先將各個(gè)任務(wù)剖面轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的環(huán)境剖面，再將環(huán)境剖面工程處理成相應(yīng)的試驗(yàn)剖面，最后將各任務(wù)對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)剖面按照任務(wù)比合成為一個(gè)綜合的試驗(yàn)剖面。71任務(wù)剖面：對(duì)產(chǎn)品在完成規(guī)定任務(wù)這段時(shí)間內(nèi)所要經(jīng)歷的全部重要事件和狀態(tài)的一種時(shí)序描述。可能有多個(gè)。環(huán)境剖面：產(chǎn)品在貯存、運(yùn)輸、使用中將會(huì)遇到的各種重要環(huán)境參數(shù)和時(shí)間的關(guān)系圖?？赡苡卸鄠€(gè)。試驗(yàn)剖面：直接供試驗(yàn)用的環(huán)境參數(shù)與時(shí)間的關(guān)系圖，是按一定的規(guī)則對(duì)環(huán)境剖面進(jìn)行處理后獲得的。合成一個(gè)試驗(yàn)剖面。72試驗(yàn)條件：電應(yīng)力振動(dòng)應(yīng)力溫度應(yīng)力濕度應(yīng)力產(chǎn)品工作循環(huán)73試驗(yàn)大綱的編制試驗(yàn)的目的和要求受試產(chǎn)品的說明試驗(yàn)儀器及設(shè)備的說明和要求試驗(yàn)環(huán)境條件、性能合格范圍、失效判據(jù)及接口限制可靠性增長(zhǎng)模型74數(shù)據(jù)的收集和記錄要求預(yù)防性維修的說明試驗(yàn)進(jìn)度安排及試驗(yàn)程序用于分析失效及改進(jìn)設(shè)計(jì)等需要的工作時(shí)間及資源要求受試產(chǎn)品的最后處理其他有關(guān)事項(xiàng)。75受試產(chǎn)品的預(yù)處理試驗(yàn)之前，須對(duì)提交可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)的受試產(chǎn)品進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)處理，如老煉、篩選、磨合、試運(yùn)行等。76受試產(chǎn)品的性能測(cè)試在試驗(yàn)前應(yīng)按照規(guī)定對(duì)受試產(chǎn)品進(jìn)行性能測(cè)試，并記錄性能數(shù)據(jù)，以確定是否符合性能基準(zhǔn)，并為試驗(yàn)期間和試驗(yàn)結(jié)束時(shí)的性能測(cè)試提供參考。77受試產(chǎn)品的安裝盡量模擬受試產(chǎn)品的現(xiàn)場(chǎng)使用方式，將受試產(chǎn)品安裝在試驗(yàn)箱內(nèi)。安裝完畢后，經(jīng)進(jìn)行工作檢查，以避免發(fā)生因安裝不當(dāng)而造成的失效，并進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)，確認(rèn)符合試驗(yàn)大綱的要求。78試驗(yàn)狀態(tài)的評(píng)審主要評(píng)審試驗(yàn)大綱、可靠性預(yù)計(jì)、FMECA、可靠性篩選試驗(yàn)報(bào)告等有關(guān)技術(shù)文件，并檢查試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)。首先對(duì)產(chǎn)品試驗(yàn)大綱進(jìn)行評(píng)審，然后按照試驗(yàn)大綱的內(nèi)容逐項(xiàng)進(jìn)行評(píng)審，以確定是否具備了開始試驗(yàn)的條件并保證受試產(chǎn)品、試驗(yàn)設(shè)備和所有輔助設(shè)備處于可以開始試驗(yàn)的狀態(tài)。79可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)的跟蹤TAAF試驗(yàn)借助模擬實(shí)際使用條件的試驗(yàn)誘發(fā)產(chǎn)品失效，充分暴露產(chǎn)品的問題和缺陷；對(duì)失效定位，進(jìn)行失效分析，找出失效機(jī)理；根據(jù)失效分析結(jié)果，制定出糾正措施；制造新設(shè)計(jì)的有關(guān)硬件；將新硬件重新投入試驗(yàn)，以便驗(yàn)證糾正措施的有效性，同時(shí)暴露產(chǎn)品的其他問題和設(shè)計(jì)缺陷。80故障報(bào)告、分析和糾正措施系統(tǒng)

(FRACAS)收集可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)期間出現(xiàn)的所有失效信息，對(duì)這些信息及時(shí)地分析，并及時(shí)記錄對(duì)這些失效采取的糾正措施。失效報(bào)告表；失效分析報(bào)告表；糾正措施實(shí)施報(bào)告表。81受試產(chǎn)品的性能測(cè)試在每一試驗(yàn)循環(huán)期間，應(yīng)檢測(cè)并記錄受試產(chǎn)品的性能參數(shù)，并將這些參數(shù)與試驗(yàn)前和試驗(yàn)期間其他循環(huán)的性能參數(shù)進(jìn)行比較。82失效分類鑒別和排除非關(guān)聯(lián)失效；將關(guān)聯(lián)失效再分為系統(tǒng)性失效和殘余性失效；根據(jù)是否采取糾正措施，將系統(tǒng)性失效劃分為A類失效和B類失效。83非關(guān)聯(lián)失效叢屬失效，另一產(chǎn)品失效導(dǎo)致的產(chǎn)品失效。誤用失效，應(yīng)力超過規(guī)定能力導(dǎo)致的失效。糾正過程中的失效，或通過設(shè)計(jì)更改已經(jīng)排出的失效。間歇失效，不修理而在有限時(shí)間內(nèi)自行恢復(fù)的失效。需要操作人員調(diào)整或維護(hù)的失效。不滿足現(xiàn)場(chǎng)規(guī)范要求但滿足特定使用功能要求的元器件失效?？山邮諌勖蟮氖АＴ诳煽啃院Y選過程中的失效。84關(guān)聯(lián)失效的劃分殘余性失效：由殘余性薄弱環(huán)節(jié)引起，修復(fù)后不會(huì)再現(xiàn)，不必采取糾正措施。如偶爾漏檢的元器件或偶然的工藝失誤造成的失效。系統(tǒng)性失效：根據(jù)實(shí)際情況或設(shè)計(jì)分析之后，如果認(rèn)為失效時(shí)由系統(tǒng)性薄弱環(huán)節(jié)引起，沒有更改的修復(fù)性維修通常不能排除失效原因，可能重復(fù)出現(xiàn)，只能采取更改設(shè)計(jì)、制造工藝、操作方法、文件或其他相關(guān)因素的方法才能排出，則將其確定為系統(tǒng)性失效。85系統(tǒng)性失效的劃分A類失效。由于費(fèi)用、時(shí)間、技術(shù)上的限制或其他原因，不必進(jìn)行糾正性更改的那些系統(tǒng)性失效。B類失效。必須進(jìn)行糾正性更改的那些系統(tǒng)性失效。通常指那些恩那個(gè)狗經(jīng)濟(jì)的降低其失效率的系統(tǒng)性失效。86失效處理方式即時(shí)糾正方式延緩糾正方式即時(shí)糾正與延緩糾正混合方式87跟蹤增長(zhǎng)曲線的繪制隨著試驗(yàn)的