一文看懂什么是可靠性研制試驗(yàn)及其基本要求

一、什么是可靠性研制試驗(yàn)

可靠性研制試驗(yàn)Reliability development test（RDT），即通過(guò)向受試產(chǎn)品施加應(yīng)力將產(chǎn)品中存在的材料、元器件、設(shè)計(jì)和工藝缺陷激發(fā)成為故障，進(jìn)行故障分析定位后，采取糾正措施加以排除，這實(shí)際也是一個(gè)試驗(yàn)、分析、改進(jìn)（TAAF）的過(guò)程?？煽啃匝兄圃囼?yàn)的最終目的是使產(chǎn)品盡快達(dá)到規(guī)定的可靠性要求，但直接的目的在研制階段的前后有所不同。研制階段的前期，試驗(yàn)的目的側(cè)重于充分地暴露缺陷，通過(guò)采取糾正措施，以提高可靠性，因此，大多采用加大環(huán)境和工作應(yīng)力的方式激發(fā)故障，暴露設(shè)計(jì)缺陷。而研制的后期，試驗(yàn)的目的側(cè)重于了解產(chǎn)品可靠性與規(guī)定要求的接近程度，并對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，通過(guò)采取糾正措施，進(jìn)一步提高產(chǎn)品的可靠性，因此，試驗(yàn)條件應(yīng)盡可能模擬實(shí)際使用條件，大多采用綜合環(huán)境條件，例如可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)和可靠性摸底試驗(yàn)就是這種類型。在工程研制階段，還可以結(jié)合性能試驗(yàn)，開(kāi)展對(duì)產(chǎn)品功能故障邏輯關(guān)系以及故障傳播影響的包容能力進(jìn)行驗(yàn)證，例如通過(guò)故障注入影響的試驗(yàn)，可以物理試驗(yàn)方式開(kāi)展，也可以半物理半仿真方式開(kāi)展，其也屬于可靠性研制試驗(yàn)的范疇。

二、可靠性研制試驗(yàn)的種類

主要包含可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)、可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)以及可靠性摸底試驗(yàn)等。

1、可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)

可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)（RET）的基本目的是使產(chǎn)品設(shè)計(jì)得更為健壯，其通過(guò)施加步進(jìn)應(yīng)力，不斷發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷，找到產(chǎn)品的工作極限和破壞極限，并進(jìn)行改進(jìn)和驗(yàn)證，使產(chǎn)品耐環(huán)境和工況的能力達(dá)到最高，直到現(xiàn)有材料、工藝、技術(shù)和費(fèi)用支撐能力無(wú)法進(jìn)一步改進(jìn)為止，因此可視為在研制階段前期進(jìn)行的一種可靠性研制試驗(yàn)?？煽啃詮?qiáng)化試驗(yàn)，又稱為高加速壽命試驗(yàn)（HALT），詳細(xì)試驗(yàn)方法可參考GB/T 29309《電工電子產(chǎn)品加速應(yīng)力試驗(yàn)規(guī)程高加速壽命試驗(yàn)導(dǎo)則》。

HALT試驗(yàn)對(duì)產(chǎn)品施加的應(yīng)力主要是溫度和振動(dòng)應(yīng)力，也可考慮施加濕度等常見(jiàn)環(huán)境應(yīng)力。除此之外，還要考慮在HALT期間可以向產(chǎn)品施加的所有可能的應(yīng)力，比如可以考慮通電循環(huán)、電壓變化、頻率變化、電流等可以激發(fā)產(chǎn)品相關(guān)設(shè)計(jì)或工藝問(wèn)題的應(yīng)力。

2、可靠性摸底試驗(yàn)

可靠性摸底試驗(yàn)是根據(jù)我國(guó)國(guó)情開(kāi)展的一種可靠性研制試驗(yàn)，它是一種以可靠性增長(zhǎng)為目的，無(wú)增長(zhǎng)模型，也不確定增長(zhǎng)目標(biāo)值的短時(shí)間可靠性試驗(yàn)。其試驗(yàn)的目的是在模擬實(shí)際使用的綜合應(yīng)力條件下，用較短的時(shí)間、較少的費(fèi)用，暴露產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、材料、元器件和工藝方面的潛在缺陷，并及時(shí)采取糾正措施，使產(chǎn)品的可靠性水平得到增長(zhǎng)，保證產(chǎn)品具有一定的可靠性水平和安全，同時(shí)為產(chǎn)品以后的可靠性工作提供信息。關(guān)于可靠性摸底試驗(yàn)試驗(yàn)對(duì)象的選擇，主要結(jié)合產(chǎn)品本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、重要度、技術(shù)特點(diǎn)、復(fù)雜程度以及經(jīng)費(fèi)的多少等因素綜合權(quán)衡。① 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：機(jī)械產(chǎn)品的壽命大多數(shù)呈非指數(shù)分布，其故障多發(fā)區(qū)一般集中在耗損階段，因此對(duì)其安排摸底試驗(yàn)意義不大。電子產(chǎn)品壽命基本上服從指數(shù)分布，且試驗(yàn)環(huán)境易于模擬。因此，可靠性摸底試驗(yàn)的對(duì)象主要是電子產(chǎn)品。② 重要度：對(duì)于重要度較高的關(guān)鍵產(chǎn)品，為了確保產(chǎn)品在研制初期具有一定的可靠性水平和安全，應(yīng)安排可靠性摸底試驗(yàn)。對(duì)于重要度較低的產(chǎn)品，其可靠度主要通過(guò)可靠性設(shè)計(jì)分析來(lái)保證，一般不必安排可靠性摸底試驗(yàn)。③ 技術(shù)特點(diǎn)：對(duì)于采用了大量的新技術(shù)、新材料、新工藝，技術(shù)跨度大，缺乏繼承性等技術(shù)特點(diǎn)的新研產(chǎn)品，應(yīng)安排可靠性摸底試驗(yàn)，并根據(jù)試驗(yàn)情況，確定可靠性較為薄弱的關(guān)鍵產(chǎn)品，進(jìn)而安排可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)。對(duì)于采用新設(shè)計(jì)較少，技術(shù)跨度較小，繼承性較高，設(shè)計(jì)較為成熟，初始可靠性水平較高的產(chǎn)品，一般不安排可靠性摸底試驗(yàn)。④ 復(fù)雜程度：對(duì)于所使用的電子元器件數(shù)量和種類較少的產(chǎn)品，其可靠性可通過(guò)設(shè)計(jì)過(guò)程的可靠性分析來(lái)保證。這種產(chǎn)品在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的概率很低，對(duì)它們安排可靠性摸底試驗(yàn)的意義不大；對(duì)于所使用的電子元器件數(shù)量和種類較多的關(guān)鍵復(fù)雜產(chǎn)品，應(yīng)優(yōu)先安排可靠性摸底試驗(yàn)。因此，可靠性摸底試驗(yàn)主要以較為復(fù)雜的、重要度較高的、無(wú)繼承性的新研或改型電子產(chǎn)品為主要對(duì)象，類似的機(jī)電產(chǎn)品也可適當(dāng)考慮。試驗(yàn)剖面的選擇，應(yīng)模擬產(chǎn)品實(shí)際的使用條件，包括環(huán)境條件、工作條件和使用維護(hù)條件。一般按照GJB899A《可靠性鑒定和驗(yàn)收試驗(yàn)》確定試驗(yàn)剖面，在不破壞產(chǎn)品且不會(huì)有引起與現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)不相符的故障的前提下，可以使用加速應(yīng)力。

3、可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)

可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)是可靠性增長(zhǎng)管理中的一個(gè)重要手段，它是一種有計(jì)劃的試驗(yàn)、分析和改進(jìn)的過(guò)程，可按照GB/T 15174《可靠性增長(zhǎng)大綱》和GJB 1407《可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)》的要求進(jìn)行。由于可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)不僅要找出產(chǎn)品中的設(shè)計(jì)缺陷和采取有效的糾正措施，而且還要達(dá)到預(yù)期的可靠性增長(zhǎng)目標(biāo)，因此，可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)必須在受控的條件下進(jìn)行。為了達(dá)到既定的增長(zhǎng)目標(biāo)，并對(duì)最終可靠性水平作出合理的評(píng)估，要求試驗(yàn)前評(píng)估出產(chǎn)品的初始可靠性水平，確定合理的增長(zhǎng)率，選用恰當(dāng)?shù)脑鲩L(zhǎng)模型并進(jìn)行過(guò)程跟蹤，對(duì)試驗(yàn)中所使用的環(huán)境條件嚴(yán)格控制，對(duì)試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作情況及試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評(píng)審，必要時(shí)還應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)過(guò)程中評(píng)審。如下圖為一個(gè)理想的可靠性增長(zhǎng)過(guò)程，可靠性增長(zhǎng)就是通過(guò)逐步改正產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造中的缺陷，不斷提高產(chǎn)品可靠性的過(guò)程。①研制階段（A點(diǎn)到B點(diǎn)）：主要針對(duì)設(shè)計(jì)缺陷采取糾正措施，通過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化使可靠性不斷增長(zhǎng)；②試生產(chǎn)階段（C點(diǎn)到D點(diǎn)）：主要針對(duì)設(shè)計(jì)不足和元器件方面的缺陷，采取改進(jìn)措施提升可靠性；③批生產(chǎn)和使用階段（E點(diǎn)到F點(diǎn)）：主要針對(duì)工藝缺陷、裝配缺陷和質(zhì)量控制問(wèn)題，逐項(xiàng)解決不斷提升可靠性。

試驗(yàn)開(kāi)始前，應(yīng)根據(jù)增長(zhǎng)模型繪制一條試驗(yàn)計(jì)劃曲線（如下圖），作為試驗(yàn)監(jiān)控的依據(jù)。其中m代表可靠性增長(zhǎng)率，增長(zhǎng)率的確定應(yīng)綜合考慮研制計(jì)劃、經(jīng)費(fèi)及技術(shù)水平等。m的可能范圍在0.3~0.6之間，在0.1~0.3時(shí)，表明改正措施不太有力，而在0.6~0.7時(shí)，表明采取了強(qiáng)有力的故障分析和糾正措施，是增長(zhǎng)率的極限值。

試驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)一直監(jiān)控增長(zhǎng)曲線，不斷地將觀測(cè)的MTBF值和計(jì)劃的增長(zhǎng)值進(jìn)行比較，以對(duì)增長(zhǎng)率和資金進(jìn)行再分配和控制。當(dāng)試驗(yàn)進(jìn)行到規(guī)定的總時(shí)間，利用試驗(yàn)數(shù)據(jù)估計(jì)的MTBF值已達(dá)到要求時(shí)，可以結(jié)束試驗(yàn)；如果試驗(yàn)過(guò)程中一直沒(méi)有出現(xiàn)故障，假設(shè)其壽命服從指數(shù)分布，可以以90%置信水平確信受試設(shè)備的MTBF已達(dá)到要求，從而提前結(jié)束試驗(yàn)。由于可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)要求采用綜合環(huán)境條件，需要綜合試驗(yàn)設(shè)備，試驗(yàn)時(shí)間較長(zhǎng)，需要投入較大的資源，因此，一般只對(duì)那些有定量可靠性要求、任務(wù)或安全關(guān)鍵的、新技術(shù)含量高且增長(zhǎng)試驗(yàn)所需的時(shí)間和經(jīng)費(fèi)可以接受的產(chǎn)品進(jìn)行可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)。

三、應(yīng)用對(duì)象

可靠性研制試驗(yàn)適用于所有的研制產(chǎn)品。需要指出的是，產(chǎn)品按設(shè)計(jì)圖紙制成硬件后，要經(jīng)歷功能、性能和環(huán)境試驗(yàn)、安全性試驗(yàn)?zāi)酥岭姶偶嫒菪栽囼?yàn)，這些試驗(yàn)中必然會(huì)發(fā)現(xiàn)一些設(shè)計(jì)和工藝缺陷，通過(guò)對(duì)這些缺陷采取糾正措施，不僅可促使產(chǎn)品達(dá)到這些試驗(yàn)考核的目標(biāo)，同時(shí)也可提高產(chǎn)品的可靠性。這些試驗(yàn)可以看作是研制試驗(yàn)的組成部分，但并不是可靠性研制試驗(yàn)。

四、應(yīng)用時(shí)機(jī)

從理論上講，可靠性研制試驗(yàn)的最佳應(yīng)用時(shí)機(jī)應(yīng)是在制造出樣機(jī)之后，而且其功能和性能在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件(常溫、靜態(tài))下滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求和經(jīng)過(guò)環(huán)境鑒定試驗(yàn)之后進(jìn)行。鑒于產(chǎn)品的可靠性和環(huán)境適應(yīng)性均與環(huán)境應(yīng)力和載荷應(yīng)力密切相關(guān)，而且環(huán)境適應(yīng)環(huán)境與可靠性性高的產(chǎn)品必然可靠，因此，在工程實(shí)踐中，常常將環(huán)境適應(yīng)性研制試驗(yàn)和可靠性研制試驗(yàn)一起進(jìn)行，從而在樣機(jī)制成且其功能和性能在實(shí)驗(yàn)室條件下滿足規(guī)范要求后，與環(huán)境適應(yīng)性研制試驗(yàn)一起開(kāi)始進(jìn)行可靠性研制試驗(yàn)。研制早期階段的環(huán)境適應(yīng)性研制試驗(yàn)及可靠性研制試驗(yàn)實(shí)質(zhì)上都屬于工程研制試驗(yàn)。兩者的區(qū)別在于傳統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性研制試驗(yàn)有一組環(huán)境極值(環(huán)境適應(yīng)性要求)作為目標(biāo)，但無(wú)論是環(huán)境應(yīng)力和可靠性水平，可靠性研制試驗(yàn)均無(wú)具體的目標(biāo)值或約束條件。

五、試驗(yàn)所用應(yīng)力

可靠性研制試驗(yàn)的應(yīng)力可以根據(jù)產(chǎn)品特性、可靠性的提高幅度、試驗(yàn)設(shè)備條件、經(jīng)費(fèi)和進(jìn)度等資源確定。一般采取用溫度應(yīng)力、振動(dòng)應(yīng)力、濕度應(yīng)力和產(chǎn)品特別敏感的其他應(yīng)力進(jìn)行依次單獨(dú)、組合或綜合施加的方式，可以模擬或不模擬真實(shí)環(huán)境，也可以使用不加速或加速應(yīng)力。但為了快速激發(fā)產(chǎn)品的內(nèi)在缺陷，一般采用不模擬實(shí)際環(huán)境的加速應(yīng)力。以往的可靠性研制試驗(yàn)，其施加應(yīng)力一般不會(huì)超過(guò)規(guī)范或合同環(huán)境適應(yīng)性要求中規(guī)定的最大環(huán)境應(yīng)力，但近年來(lái)，施加應(yīng)力已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出規(guī)定的應(yīng)力值，且又不會(huì)激發(fā)出現(xiàn)場(chǎng)使用中不會(huì)出現(xiàn)的故障，這一思路已在高加速壽命試驗(yàn)中得到廣泛應(yīng)用。

六、基本要求

1) 承制方在研制階段應(yīng)盡早開(kāi)展可靠性研制試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)、分析、改進(jìn)（TAAF）過(guò)程來(lái)提高產(chǎn)品的可靠性。

2)可靠性研制試驗(yàn)是產(chǎn)品研制試驗(yàn)的組成部分，應(yīng)盡可能與產(chǎn)品的研制試驗(yàn)結(jié)合進(jìn)行。

3)承制方應(yīng)制定可靠性研制試驗(yàn)方案，并對(duì)可靠性關(guān)鍵產(chǎn)品，尤其是新技術(shù)含量較高的產(chǎn)品實(shí)施可靠性研制試驗(yàn)。必要時(shí)，可靠性研制試驗(yàn)方案應(yīng)經(jīng)訂購(gòu)方認(rèn)可。

4) 可靠性研制試驗(yàn)可采用加速應(yīng)力進(jìn)行，以盡快找出產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)或驗(yàn)證設(shè)計(jì)余量。

5) 對(duì)試驗(yàn)中發(fā)生的故障均應(yīng)納入故障報(bào)告、分析和糾正系統(tǒng)（FRACAS），并對(duì)試驗(yàn)后產(chǎn)品的可靠性狀況作出說(shuō)明。

檢測(cè)試驗(yàn)找彭工136-9109-3503。