環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的可靠性測(cè)試

日期：2024-12-21 15:51

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摘要：

可靠性測(cè)試應(yīng)該在可靠性設(shè)計(jì)之后，但目前我國(guó)的可靠性工作主要還是在測(cè)試階段，這里將測(cè)試放在前面。為了測(cè)得產(chǎn)品的可靠度（也就是為了測(cè)出產(chǎn)品的MTBF），我們需要拿出一定的樣品，做較長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行測(cè)試，找出每個(gè)樣品的失效時(shí)間，根據(jù)**節(jié)的公式計(jì)算出MTBF，當(dāng)然樣品數(shù)量越多，測(cè)試結(jié)果就越準(zhǔn)確。但是，這樣的理想測(cè)試實(shí)際上是不可能的，因?yàn)閷?duì)這種測(cè)試而言，要等到*后一個(gè)樣品出現(xiàn)故障――需要的測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)得無(wú)法想象，要所有樣品都出現(xiàn)故障——需要的成本高得無(wú)法想象。
為了測(cè)試可靠性，這里介紹：加速測(cè)試（也就增加應(yīng)力*），使缺陷迅速顯現(xiàn)；經(jīng)過(guò)大量專家、長(zhǎng)時(shí)間的統(tǒng)計(jì)，找到了一些增加應(yīng)力的方法，轉(zhuǎn)化成一些測(cè)試的項(xiàng)目。如果產(chǎn)品經(jīng)過(guò)這些項(xiàng)目的測(cè)試，依然沒(méi)有明顯的缺陷，就說(shuō)明產(chǎn)品的可靠性至少可以達(dá)到某一水平，經(jīng)過(guò)換算可以計(jì)算出MTBF（因產(chǎn)品能通過(guò)這些測(cè)試，并無(wú)明顯缺陷出現(xiàn)，說(shuō)明未達(dá)到產(chǎn)品的極限能力，所以此時(shí)對(duì)應(yīng)的MTBF是產(chǎn)品的*小值）。其它計(jì)算方法見(jiàn)下文。（*應(yīng)力：就是指外界各種環(huán)境對(duì)產(chǎn)品的破壞力，如產(chǎn)品在85℃下工作受到的應(yīng)力比在25℃下工作受到的應(yīng)力大；在高應(yīng)力下工作，產(chǎn)品失效的可能性就大大增加了）；
一、環(huán)境測(cè)試
產(chǎn)品在使用過(guò)程中，有不同的使用環(huán)境（有些安裝在室外、有些隨身攜帶、有些裝有船上等等），會(huì)受到不同環(huán)境的應(yīng)力（有些受到風(fēng)吹雨濕、有些受到振動(dòng)與跌落、有些受到鹽霧蝕侵等等）；為了確認(rèn)產(chǎn)品能在這些環(huán)境下正常工作，國(guó)標(biāo)、行標(biāo)都要求產(chǎn)品在環(huán)境方法模擬一些測(cè)試項(xiàng)目，這些測(cè)試項(xiàng)目包括：
1、高溫測(cè)試（高溫運(yùn)行、高溫貯存）；
2、低溫測(cè)試（低溫運(yùn)行、低溫貯存）；
3、高低溫交變測(cè)試（溫度循環(huán)測(cè)試、熱沖擊測(cè)試）；
4、高溫高濕測(cè)試（濕熱貯存、濕熱循環(huán)）；
5、機(jī)械振動(dòng)測(cè)試（隨機(jī)振動(dòng)測(cè)試、掃頻振動(dòng)測(cè)試）；
6、汽車運(yùn)輸測(cè)試（模擬運(yùn)輸測(cè)試、碰撞測(cè)試）；
7、機(jī)械沖擊測(cè)試；
8、開(kāi)關(guān)電測(cè)試；
9、電源拉偏測(cè)試；
10、冷啟動(dòng)測(cè)試；
11、鹽霧測(cè)試；
12、淋雨測(cè)試；
13、塵砂測(cè)試；
上述環(huán)境試驗(yàn)的相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)如下（部分試驗(yàn)可能沒(méi)有相關(guān)國(guó)標(biāo)，或者是我還沒(méi)有找到）：
1、低溫試驗(yàn)
按GB/T2423.1—89《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)**部分：試驗(yàn)方法低溫試驗(yàn)》；
GB/T2423.22—87《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)**部分：試驗(yàn)方法溫度變化試驗(yàn)方法》
進(jìn)行低溫試驗(yàn)及溫度變化試驗(yàn)。
溫度范圍：-70℃～10℃。
2、高溫試驗(yàn)
按GB/T2423.2—89《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)**部分：試驗(yàn)方法高溫試驗(yàn)》；
GB/T2423.22—87《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)**部分：試驗(yàn)方法溫度變化試驗(yàn)方法》
進(jìn)行高溫試驗(yàn)及溫度變化試驗(yàn)。
溫度范圍：10℃～210℃
3、濕熱試驗(yàn)
按GB/T2423.3—93《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)**部分：試驗(yàn)方法恒定濕熱試驗(yàn)》；
GB/T2423.4—93《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)**部分：試驗(yàn)方法交變濕熱試驗(yàn)》
進(jìn)行恒定濕熱試驗(yàn)及交變濕熱試驗(yàn)。
濕度范圍：30%RH～100%RH
4、霉菌試驗(yàn)
按GB/T2423.16—90《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)**部分：試驗(yàn)方法長(zhǎng)霉試驗(yàn)》進(jìn)行霉菌試驗(yàn)。
5、鹽霧試驗(yàn)
按GB/T2423.17—93《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)**部分：試驗(yàn)方法鹽霧試驗(yàn)》進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)。
6、低氣壓試驗(yàn)
按GB/T2423.21—92《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)**部分：試驗(yàn)方法低氣壓試驗(yàn)》；
GB/T2423.25—92《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)**部分：試驗(yàn)方法低溫/低氣壓試驗(yàn)》；
GB/T2423.26—92《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)**部分：試驗(yàn)方法高溫/低氣壓試驗(yàn)》；
進(jìn)行低氣壓試驗(yàn)，高、低溫/低氣壓試驗(yàn)。試驗(yàn)范圍：-70℃～100℃0～760mmHg20%～95%RH。
7、振動(dòng)試驗(yàn)
按GB/T2423.10—95《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)**部分：試驗(yàn)方法振動(dòng)試驗(yàn)》進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)。
頻率范圍（機(jī)械振動(dòng)臺(tái)）：5～60Hz（定頻振動(dòng)5～80Hz），*大位移振幅3.5mm（滿載）。頻率范圍（電磁振動(dòng)臺(tái)）：5～3000Hz，*大位移25mmP-P。
8、沖擊試驗(yàn)
按GB/T2423.5—95《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)**部分：試驗(yàn)方法沖擊試驗(yàn)》進(jìn)行沖擊試驗(yàn)。沖擊加速度范圍：（50～1500）m/s2。
9、碰撞試驗(yàn)
按GB/T2423.6—95《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)**部分：試驗(yàn)方法碰撞試驗(yàn)》進(jìn)行碰撞試驗(yàn)。
10、跌落試驗(yàn)
按GB/T2423.7—95《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)**部分：試驗(yàn)方法傾跌與翻到試驗(yàn)》；
GB/T2423.8—95《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)**部分：試驗(yàn)方法自由跌落試驗(yàn)》進(jìn)行跌落試驗(yàn)。
說(shuō)明：上面13項(xiàng)比較**地概括了產(chǎn)品在實(shí)現(xiàn)使用過(guò)程中碰到的外界環(huán)境；實(shí)際測(cè)試時(shí)，因?yàn)楦鳟a(chǎn)品本身屬性的相差較遠(yuǎn)、使用環(huán)境相差也很大，各公司可以根據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)，適當(dāng)選取、增加一些項(xiàng)目來(lái)測(cè)試（此產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的國(guó)/行標(biāo)中要求的必測(cè)試項(xiàng)目，當(dāng)然是必須測(cè)試的）；也可以根據(jù)產(chǎn)品特定的使用環(huán)境與使用方法，自行設(shè)計(jì)一些新測(cè)試項(xiàng)目，以驗(yàn)證產(chǎn)品是否能長(zhǎng)期工作。
測(cè)試條件：不同的產(chǎn)品測(cè)試條件不一樣；就拿高溫測(cè)試來(lái)說(shuō)，有些產(chǎn)品要求做高溫貯存測(cè)試，有些要求做高溫運(yùn)行測(cè)試，有些產(chǎn)品的高溫用85℃做測(cè)試，有些產(chǎn)品的高溫是用65℃做測(cè)試。但是，宗旨只有一個(gè)，那就是至少滿足國(guó)/行標(biāo)。要測(cè)試一種產(chǎn)品的可靠性，找到這種產(chǎn)品的國(guó)/行標(biāo)是必需的，按照國(guó)/行標(biāo)的要求和指引找出必須的測(cè)試項(xiàng)目與各項(xiàng)目的測(cè)試方法，從而進(jìn)行環(huán)境測(cè)試；
同一種產(chǎn)品，在不同的階段，測(cè)試條件也不一樣；一般而言，產(chǎn)品會(huì)經(jīng)過(guò)研發(fā)、小批量試產(chǎn)、批量生產(chǎn)三個(gè)不同的階段。在研發(fā)階段，測(cè)試條件*嚴(yán)（應(yīng)力*大）、測(cè)試延續(xù)的時(shí)候*短；小批量試產(chǎn)階段，測(cè)試應(yīng)力適中、測(cè)試時(shí)間適中；批量生產(chǎn)階段，測(cè)試應(yīng)力*小、測(cè)試時(shí)間較短；三個(gè)階段的主要差別見(jiàn)下表：
階段實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)特點(diǎn)實(shí)驗(yàn)要求
研發(fā)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷，擴(kuò)大設(shè)計(jì)余量高應(yīng)力、短時(shí)間無(wú)故障
中試考察產(chǎn)品是否達(dá)到基本的可靠性水平中應(yīng)力、中長(zhǎng)時(shí)間無(wú)明顯故障
批量生產(chǎn)生產(chǎn)工藝條件的穩(wěn)定性低應(yīng)力、短時(shí)間有條件的允許故障發(fā)生
鑒定鑒定產(chǎn)品的可靠性、計(jì)算產(chǎn)品的MTBF低應(yīng)力、長(zhǎng)時(shí)間無(wú)特別要求
加速環(huán)境試驗(yàn)技術(shù)
傳統(tǒng)的環(huán)境試驗(yàn)是基于真實(shí)環(huán)境模擬的試驗(yàn)方法，稱為環(huán)境模擬試驗(yàn)。這種試驗(yàn)方法的特點(diǎn)是：模擬真實(shí)環(huán)境，加上設(shè)計(jì)裕度，確保試驗(yàn)過(guò)關(guān)。其缺陷在于試驗(yàn)的效率不高，并且試驗(yàn)的資源耗費(fèi)巨大。
加速環(huán)境試驗(yàn)AET(AcceleratedEnvironmentalTesting)是一項(xiàng)新興的可靠性試驗(yàn)技術(shù)。該技術(shù)突破了傳統(tǒng)可靠性試驗(yàn)的技術(shù)思路，將激發(fā)的試驗(yàn)機(jī)制引入到可靠性試驗(yàn)，可以大大縮短試驗(yàn)時(shí)間，提高試驗(yàn)效率，降低試驗(yàn)耗損。加速環(huán)境試驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域的研究與應(yīng)用推廣對(duì)可靠性工程的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
加速環(huán)境試驗(yàn)
激發(fā)試驗(yàn)(Stimulation)通過(guò)施加激發(fā)應(yīng)力、環(huán)境快速檢測(cè)來(lái)**產(chǎn)品的潛在缺陷。試驗(yàn)所施加的應(yīng)力并不模擬真實(shí)環(huán)境，而以提高激發(fā)效率為目標(biāo)。
加速環(huán)境試驗(yàn)是一種激發(fā)試驗(yàn)，它通過(guò)強(qiáng)化的應(yīng)力環(huán)境來(lái)進(jìn)行可靠性試驗(yàn)。加速環(huán)境試驗(yàn)的加速水平通常用加速因子來(lái)表示。加速因子定義為設(shè)備在自然服役環(huán)境下的壽命與在加速環(huán)境下的壽命之比。
施加的應(yīng)力可以是溫度、振動(dòng)、壓力和濕度(即所謂“四綜合”)及其它應(yīng)力，應(yīng)力的組合亦是有些場(chǎng)合更為有效的激發(fā)方式。高溫變率的溫度循環(huán)和寬帶隨機(jī)振動(dòng)是公認(rèn)*有效的激發(fā)應(yīng)力形式。加速環(huán)境試驗(yàn)有2種基本類型：加速壽命試驗(yàn)(AcceleratedLifeTesting)、可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)(ReliabilityEnhancementTesting)。
可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)(RET)用以暴露與產(chǎn)品設(shè)計(jì)有關(guān)的早期失效故障，但同時(shí)，也用于確定產(chǎn)品在有效壽命期內(nèi)抗隨機(jī)故障的強(qiáng)度。加速壽命試驗(yàn)的目的是找出產(chǎn)品是如何發(fā)生、何時(shí)發(fā)生、為何發(fā)生磨耗失效的。
下面分別對(duì)2種基本類型進(jìn)行簡(jiǎn)單闡述。高低溫試驗(yàn)箱
1、加速壽命試驗(yàn)(ALT)
加速壽命試驗(yàn)只對(duì)元器件、材料和工藝方法進(jìn)行，用于確定元器件、材料及生產(chǎn)工藝的壽命。其目的不是暴露缺陷，而是識(shí)別及量化在使用壽命末期導(dǎo)致產(chǎn)品損耗的失效及其失效機(jī)理。有時(shí)產(chǎn)品的壽命很長(zhǎng)，為了給出產(chǎn)品的壽命期，加速壽命試驗(yàn)必須進(jìn)行足夠長(zhǎng)的時(shí)間。
加速壽命試驗(yàn)是基于如下假設(shè)：即受試品在短時(shí)間、高應(yīng)力作用下表現(xiàn)出的特性與產(chǎn)品在長(zhǎng)時(shí)間、低應(yīng)力作用下表現(xiàn)出來(lái)的特性是一致的。為了縮短試驗(yàn)時(shí)間，采用加速應(yīng)力，即所謂高加速壽命試驗(yàn)(HALT)。
加速壽命試驗(yàn)提供了產(chǎn)品預(yù)期磨損機(jī)理的有價(jià)值數(shù)據(jù)，這在當(dāng)今的市場(chǎng)上是很關(guān)鍵的，因?yàn)樵絹?lái)越多的消費(fèi)者對(duì)其購(gòu)買(mǎi)的產(chǎn)品提出了使用壽命要求。估計(jì)使用壽命僅僅是加速壽命試驗(yàn)的用處之一。它能使設(shè)計(jì)者和生產(chǎn)者對(duì)產(chǎn)品有更**的了解，識(shí)別出關(guān)鍵的元器件、材料和工藝，并根據(jù)需要進(jìn)行改進(jìn)及控制。另外試驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)使生產(chǎn)廠商和消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品有充分的信心。
加速壽命試驗(yàn)的對(duì)象是抽樣產(chǎn)品。
2、可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)(RET)
可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)有許多名稱和形式，如步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)、應(yīng)力壽命試驗(yàn)(STRIEF)、高加速壽命試驗(yàn)(HALT)等。RET的目的是通過(guò)系統(tǒng)地施加逐漸增大的環(huán)境應(yīng)力和工作應(yīng)力，來(lái)激發(fā)故障和暴露設(shè)計(jì)中的薄弱環(huán)節(jié)，從而評(píng)價(jià)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可靠性。因此，RET應(yīng)該在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和發(fā)展周期中*初的階段實(shí)施，以便于修改設(shè)計(jì)。
國(guó)外可靠性的有關(guān)研究人員在80年代初就注意到由于設(shè)計(jì)潛在缺陷的殘留量較大，給可靠性的提高提供了可觀的空間，另外價(jià)格和研制周期問(wèn)題也是當(dāng)今市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。研究證明，RET不失為解決這個(gè)問(wèn)題的*好方法之一。它獲得的可靠性比傳統(tǒng)的方法高得多，更為重要的是，它在短時(shí)間內(nèi)就可獲得早期可靠性，無(wú)須像傳統(tǒng)方法那樣需要長(zhǎng)時(shí)間的可靠性增長(zhǎng)(TAAF)，從而降低了成本。

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