6-可靠性设计-可靠性强化试验

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可靠性设计的原则与措施总结

可靠性设计的原则与措施总结

可靠性设计的原则与措施总结对于一个复杂的产品来说,为了提高整体系统的性能,都是采用提高组成产品的每个零部件的制造精度来达到;这样就使得产品的造价昂贵,有时甚至难以实现(例如对于由几万甚至几十万个零部件组成的很复杂的产品)。

事实上可靠性设计所要解决的问题就是如何从设计中入手来解决产品的可靠性,以改善对各个零部件可靠度(表示可靠性的概率)的要求。

可靠性设计的原则(1)选择设计方案时尽量不采用还不成熟的新系统和零件,尽量采用已有经验并已标准化的零部件和成熟的技术。

(2)结构简化,零件数削减。

如日本横河记录仪表10年中无件数削减30%,大大提高了可靠性。

(3)考虑功能零件的可接近性,采用模块结构等以利于可维修性。

(4)设置故障监测和诊断装置。

(5)保证零件部设计裕度(安全系数/降额)。

(6)必要时采用功能并联、冗余技术。

如日本的液压挖掘机等,采用双泵、双发动机的冗余设计。

(7)考虑零件的互换性。

(8)失效安全设计(Failure Safe),系统某一部分即使发生故障,但使其限制在一定范围内,不致影响整个系统的功能。

(9)安全寿命设计(Safe Life),保证使用中不发生破坏而充分安全的设计。

例如对一些重要的安全性零件如汽车刹车,转向机构等要保证在极限条件下不能发生变形、破坏。

(10)防误操作设计(Fool proof)(11)加强连接部分的设计分析,例如选定合理的连接、止推方式。

考虑防振,防冲击,对连接条件的确认。

(12)可靠性确认试验,在没有现成数据和可用的经验时,这是唯一的手段。

尤其机械零部件的可靠性预测精度还很低。

主要通过试验确认。

可靠性强化试验及其在引信中的应用

可靠性强化试验及其在引信中的应用
Re i b lt ha e e t Te t a d I s Ap i a i n t z s la iiy En nc m n s n t plc to o Fu e
F AN h—e g, n -i L n, EN n Z i n QIXigl f n, EI Bi W Ja i
srs ce nn ( AS ) te ssre ig H S
0 引 言
随着电子技术迅速发展 , 引信 系统 由传统机械
结构过 渡 到复杂 的 机 电或 电子 系 统 , 何 改 善 和提 如
以时间引信为例讨论其在引信产品中的应用。
1 可 靠性 强化 试 验 技 术
高电引信的可靠性 已经成 为一个不容忽视 的问题 。 1 1 国 内外可 靠性 强化试验 研 究现状 . 传统环境模拟试验周期长、 费用高 , 且不能完全暴露 可靠 性 强 化 试 验 是 一 种 激 发 试 验 ( t l- S i a mu
u e r ema ee rh o jcso T w i rv s fz e a it h o g ee t g fi rs a ay i rsa e h i r sa c be t f t n RE h c i o e u er l bl y t r u h d tci a u e , n lz g h mp i i n l n
rslo e ut f HAL . n r l ,h i e t n h w s t ea u e r mi d i 8 % o e p r t n l t n T Ge eal t ehg s a dt el e t e r tr e i t 0 y h o mp a l e n f h e ai mi a d t o o i
( 军械 工 程学院弹 药 工程 系 。 河北 石 家庄 oo o ) s o3

可靠性强化试验与MTBF的关系

可靠性强化试验与MTBF的关系

五、可靠性强化试验技术(RET)与产品的可靠性的 关系
改进前两分布数学期望之间的距离 强化试验进行改进的数学期望值之间的距离
ρ 使用环境 应力包线 A
强化可靠性试验前的产品耐环境应力包线
通过可靠性增长试验 改进设计 工艺后的产品耐环境 应力包线
A'
B'
0
B
应力
图5 可靠性强化试验改进减少失效率的示意图
以上是我们一些粗浅认识,在此提出了试图
激起同行们研究讨论。
六、可靠性环境应力筛选与MTBF的关系
产品生产过程会带给产品一些早期故障,使 产品耐环境应力的概率曲线变形。
通过筛选将产品耐环境应力的概率恢复到原 来固有的分布特性曲线,即是将浴盆曲线的早期 浅层失效率高的部分剔出,使其失效率降到优良 产品的失效率,从而提高其使用可靠度,如图6 所示。若进行定量筛选则可将隐藏较深的故障剔 除,从而改变产品耐环境应力分布,进一步降低 失效率。
大量同一产品其耐环境应力能力的统计特性应 服从正态分布,如图2所示 。
ρ
0 图2 产品耐环境应力的概率曲线
应力
三、决定MTBF的失效率λ0与两个分布的交 的积的和的关系
产品失效是因为承受的环境应力达到和超过
产品耐环境应力的能力,进入产品耐环境应力概 率包线内,使耐环境应力低的那部分产品失效。
ρ
环境应力 产品耐环境应力的能力
ρ
筛选前
0 λ
筛选后 筛选后产品耐环境应力 Байду номын сангаас平的概率曲线
应力
λ 0
t
图6 可靠性强化试验用于筛选提高产品产品使用可靠度示意图
美国用高温变率,三轴自由度,气动振动台
的试验装置的可靠性强化试验技术应用很广,它 代替了相当部分的其他方式的可靠性试验,美国 技术的今天就是我们技术的明天,国内华为公司已 大量使用此技术提高产品耐环境应力能力和可靠 性水平。因此花力气研究可靠性强化技术是势在 必行。

汽车可靠性强化试验技术的探讨

汽车可靠性强化试验技术的探讨

个应 用分 支 , 目前 作 为考核 车 辆产 品可 靠性 的基 本
为 了提 高或保 证 汽车 产 品 的可靠性 及评 价 、验证
试 验方 法 ห้องสมุดไป่ตู้是车 辆在 比正常使 用 环境 苛刻 的条件 下进 汽车 产 品的 可靠 性而 进行 的 关于汽 车产 品故障及 其 影
行 的寿 命试 验 。在有 些文 献 中把 强化 试验 也称 为加 速 响 的各种 试 验 ,统称 为汽 车 可靠 性试验 。汽车 故 障,
Ke r s Au o o i ; la lt e t Cl s ii a i n: mp o i g me s r s y wo d : t m b l Re i bi y t s ; a sf to I r v n a u e e i c
车辆 可 靠性 强化 试验 技术 属 于可 靠性 强化 试验 的 可靠 性设 计 ] 。
o s r h e ib l y o ea t mo i ep o u t s e ev n r n r t n ins I r e p i z ei b l y f n u et er l i t f h u o tv r d c si r c i i g mo e a dmo e at t e a i t e o . n o d rt o tmi er l i t o a i
时 间,是指 某 一特 定使 用 时 间,如 可靠 性行 驶试 验 里 仅 要 求 汽 车 有 良好 的动 力 性 和 经 济 性 ,而 且 还 要 求 程 、保 用期 、第一 次大 修里 程及 报废 期 等 ;规定 的 功 汽 车 有极 高 的耐久 可靠 性 。统 计结果 表 明 :汽 车绝 大 能 ,是指汽 车 产 品的 国际和 国 家标准 、 技术 法规 以及 部 分零 部件 的损 坏 是 由疲劳 造成 的 ,因此 ,可 以认 为

可靠性强化试验在高可靠性产品设计中的应用

可靠性强化试验在高可靠性产品设计中的应用

3 应 用 实例
本文 采用 可靠 性强 化试 验 的方 法 在某 型机 载 电
子设 备 进行 试 验 .以暴露 该 产 品 在典 型 故 障模 式 , 通过 分析 其失 效机 理 .从 而 为改进 产 品设计 、提高
产 品的 固有可 靠性 提供 了依 据 。该 产 品在强 化试 验 前 已按 照 G J B 1 0 3 2要 求 完 成 温度 循 环环 境 应 力 筛 选 .未发 现故 障 。
D/ , 4 NZICHANPI N KEKAOXI NG YU HUANJ I NG SHI Y AN
电子 产 品可 靠 性 与 环 境 试 验
2 0 1 3芷
2 与 传 统 可 靠 性试 验 的 比较
将 可靠 性强 化试 验从 试验 实施 阶段 和试 验 目的
两个方 面 与传统 可靠 性试 验进 行 比较 .比较 结果 见
罨 可 增 蠓黎 靠 长 验 性 试 缺 的 综 陷 可 合 并 靠 应 采 性 力 取 改 进 纠 , 暴 正 , 露 措 达 产 施 到 品 规 , 使 定 的 潜 产 的 在 品 要 = : 三 ’ … 翼 。 二 =
攀 嚣 …耵 规 …
墓 芸 蓑 篝 … … …
增刊 1
何 文 波 等 :可 靠 性 强 化 试 验 在 高 可 靠 性 产 品 设计 中 的 应 用
利 产生 的早 期故 障剔 除 .以维 护产 品出厂 的质 量 的试 验方 法 ,其 关 键 是 利 用 H A L T测 得 产 品 的极 限 .找 出

\. 八 , /
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3 . 1 试 验方 案设计
通 电 测 试

军用武器装备常见检测项目及标准

军用武器装备常见检测项目及标准

军用武器装备常见检测项目及标准军工 (1)电磁兼容试验 (1)测试标准 (1)军工飞机供电特性试验 (2)军用设备与分系统电磁兼容试验 (2)系统级电磁兼容试验 (3)环境与可靠性试验 (4)环境试验 (4)可靠性试验与分析 (4)力学环境类试验技术 (5)气候环境类试验技术 (5)综合环境试验 (5)整车试验 (6)军工我们的国防军工计量检测技术拥有五十年军工服务经验,传承军工技术,全国建有广州、长沙、武汉、无锡、天津、西安、北京,沈阳、成都、深圳10大军用实验室检测基地,辐射全国主要军工产业聚集地,同时配置国内外先进精密仪器9000多台/套,拥有各类技术人才1400多人,军工资质和测试项目齐全、试验设备先进、技术团队稳健,形成较强的军民融合型计量检测技术服务能力,能为各兵种装备部门、国防军工企业及科研院所从产品技术研发、设计、定型、样品生产到量产质控,提供计量校准、可靠性与环境试验、电磁兼容与安全测试、信息安全检测、技术培训与咨询等一站式的技术解决方案。

电磁兼容试验建有军标检测军用系统级10米法电磁兼容暗室1间、3米半电波暗室和军用专用电波暗室各1间,屏蔽室8间,具备了除RS105外所有军标设备与分系统检测项目以及航空机载Do-160E/F/G除雷击外的所有电磁兼容和电源测试项目,可开展GJB151A/GJB152A的18项试验、GJB151B的20项试验,军标系统级GJB1389A的10项试验、GJB19286的5项试验,同时满足GJB181A飞机供电特性、GJB322A军用计算机通用规范、GJB3947A军用电子测试设备通用规范等电磁兼容试验要求。

可开展军用产品、汽车整车及零部件、航空电子产品、通信产品设备级电磁兼容检测及系统电磁兼容检测。

测试标准GJB 151A GJB 152AGJB 151B GJB 181AGJB 322A GJB 3947AGJB 1389A MIL-STD -461D/E/FMIL-STD-704E/F军工飞机供电特性试验●恒频交流供电系统●变频交流供电系统●28 V 直流供电系统●270 V直流供电系统●供电系统●电压尖峰●电源变换●对电气系统的影响●用电设备的供电●准备功率●功率容差●瞬变电压军用设备与分系统电磁兼容试验CE101 25Hz-10kHz电源线传导发射CE102 10kHz-10MHz电源线传导发射CE106 10kHz-40GHz天线端子传导发射CE107 电源线尖峰信号(时域)传导发射CS101 25Hz-150kHz电源线传导敏感度CS102 25Hz~50kHz地线传导敏感度CS103 15kHz-10GHz天线端子互调传导敏感度CS104 25Hz-20GHz天线端子无用信号抑制传导敏感度CS105 25Hz-20GHz天线端子交调传导敏感度CS106 电源线尖峰信号传导敏感度CS109 50Hz-100kHz壳体电流传导敏感度CS116 10kHz-100MHz电缆和电源线阻尼正弦瞬变传导敏感度RE102 10kHz-18GHz电场辐射发射测试RE103 10kHz-40GHz天线谐吧波和乱真输出辐射发射CS105 25Hz-20GHz天线端子交调传导敏感度CS106 电源线尖峰信号传导敏感度CS109 50Hz-100kHz壳体电流传导敏感度CS112 静电放电敏感度CS114 10kHz-400MHz电缆束注入传导敏感度CS115 电缆束注入脉冲激励传导敏感度CS116 10kHz-100MHz电缆和电源线阻尼正弦瞬变传导敏感度RE101 25Hz-100kHz磁场辐射发射CS112 静电放电敏感度CS114 10kHz-400MHz电缆束注入传导敏感度CS115 电缆束注入脉冲激励传导敏感度RE101 25Hz-100kHz磁场辐射发射RS101 25Hz-100kHz磁场辐射敏感度RS103 10kHz-40GHz电场辐射敏感度系统级电磁兼容试验●安全裕度测量●电磁辐射危害●发射控制●系统内电磁兼容性●电源系统特性测试●舱体屏蔽效能测试●电搭接●谱兼容性管理●外部射频电磁环境●外部接地●天线间耦合度测试●分系统和设备电磁干扰●静电电荷控制环境与可靠性试验我们拥有多种高端环境可靠性试验设备、主要包括20吨10立方、25立方双10吨、10吨10立方、10吨6立方、5吨3立方等三综合试验箱30多台套,35吨推力、20吨推力、5吨推力等电磁振动台30多台,另有冲击试验台、碰撞试验台、倾斜摇摆台、0.125~1立方高低温交变湿热试验箱、8~270立方的步入式环境试验箱、温度冲击试验箱、1~8立方快速温变试验箱、高加速HALT/HASS试验箱、高原柴油机耐候试验箱等,均满足GJB相关国标和国军标要求,可开展军用设备可靠性试验分析,综合环境试验、力学环境类试验、气候环境类试验、整车环境试验、柴油机高原综合环境试验等环境与可靠性试验。

可靠性强化试验

可靠性强化试验

可靠性强化试验(RET)是一种采用加速应力的可靠性研制试验,目的是从根源上防治产品的潜在缺陷,快速提高产品的固有可靠性,也使产品耐环境能力得到提高。

在可靠性强化试验中,快速温变循环是常用的强化试验。

通过下图可以表明快速温变循环强化试验剖面。

一个完整的快速温变循环包括从室温开始、下降、低温下限保温、上升、高温上限保温、下降、到室温停止、最后检测。

温度上下限:为使缺陷发展为故障所需的循环数最少,应选择最佳的上下限温度值。

通常,上下限采用高温工作极限减5℃为上限,低温工作极限加5℃为下限,或采用不超过产品破坏极限的80%为上下限。

温变率:下降或上升的温度变化率以复杂的方式影响试验强度,也影响试验时间,从而影响试验费用。

温度变化率一般在15℃/min到60℃/min之间。

上下限温度保持时间:包括元器件(零部件)温度达到稳定所需时间和在上下限温度浸泡时间。

由于循环主要考核产品耐受温度变化率的程度,而不是高低温极限,所以受试产品在上下限温度保持时间通常为10~20分钟,一般不超过30分钟。

温度循环次数:为了节约试验费用,循环次数不易太多。

当温变率为30℃/min时,试验循环次数一般不超过6次,如果试件在5~6个循环内还未出现故障,则应考虑增大温度变化率,重新开始试验。

在可靠性强化试验中,振动步进应力试验也是常用的强化试验。

通过下图可以表明振动步进应力试验剖面。

起始振动g值一般取1至5Grms。

第一段横线是每步振动驻留时间,一般5至10分钟。

关于功能性能测试,有条件的可以连续监测,无条件的可以振动后进行检测。

每个台阶的高度是步长,开始前两步的步长可以大一些,如5Grms,后面的步长小一些,如1Grms。

这个绿色的横线是工作极限,是怎么找到的呢?当在B台阶监测/检测到性能异常时,则恢复到前面的A台阶振动并检测,若性能正常,则A台阶就是工作极限。

这个红色的横线是破坏极限,是怎么找到的呢?经过几步检测后,当在C 台阶监测/检测到性能失效(注意不是异常)或结构损坏时,则恢复到前面的A 台阶振动并检测,若性能失效,则停止振动并检测,若性能仍失效,则C台阶就是破坏极限。

可靠性强化试验实施流程

可靠性强化试验实施流程

试验对温度和振动的要求,并具备进行综合应力试验的能
力。同时,经计量合格并在有效期内。 检测仪器仪表要求 可靠性强化试验所用检测仪器仪表经计量合格并在有效 期内,测试精度符合规定的要求。
要求 提交可靠性强化试验的受试产品通常为研发、设计或试产 阶段的产品,应能代表产品的预期功能、性能设计指标、 元器件质量和工艺水平等。 数量 为保证可靠性强化试验的连续性及代表性,受试产品数量 一般不少于3台(套)。 安装要求 受试产品应直接刚性安装在振动台上,并尽量使振动和温 度应力能有效地传递到受试产品内部。
故障分类 可靠性强化试验期间发生的故障,分为关联故障和非关联 故障。 2)非关联故障 非关联故障不作为判断受试产品环境应力极限值的依据,非关联 故障包括:
由关联故障引起的从属故障; 由试验室提供的试验设备,以及用于检测的仪器、仪表故障 引起受试产品的故障;
人为对受试产品操作、维护和修理不当引起的故障; 对受试产品施加了不符合要求的试验应力而引起的故障。
故障 处理
试验设备故障
受试样品故障
故障纪录 试验设备故障 排除 受试样机性能 测试 故障 稳定? N
修复? N
对样机有影响?
Y
继续观察
Y
故障分析定位
更换设备 Y
排除影响
现场可修 复/纠正?
N
Y N 故障修复/纠正措施
更换备件 继续试验?
N
试验设备 状态检查完好
故障分析和纠正措施纪录
Y
试验状态确认
提前结束/终止?
IEC 62506 Methods for product accelerated testing(产 品加速试验方法)
广东省地方标准“电工电子产品可靠性强化试验导则”
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可靠性强化试验
•环境应力激发试验
–激发试验(Stimulation)与模拟试验(Simullation)的思路相反,通过人为施加环境应力,快速激发产品潜
在缺陷,并加以清除。

–所加应力不必模拟真实环境,只求激发缺陷效率越高
越好。

–对故障了解得越多,可靠性越好“设计”。

–设计缺陷的暴露、抑制和排除,在本讲义以外,从方
法学上仍然留有极大空间可以探索。

•可靠性强化试验(RET)
–G. K. Hobbs, K. A. Gray, L. W. Condra等人是先驱者。

–他们称这种试验为高加速寿命试验(HALT—Highly
Accelerated Life Test)和高加速应力筛选(HASS—
Highly Accelerated Stress Screen)。

–前者针对设计,后者针对生产。

–方法的核心是施加大应力,一步步地加,一次次地排除
缺陷,以此获得高可靠性。

也叫步进应力法。

–术语:步进应力试验(Step Stress),高加速寿命试验(HALT),高加速应力筛选(HASS),应力寿命试验(STRIFE),应力裕度和强壮试验(SMART)……
–波音公司统称这一技术为可靠性强化试验(RET---
Reliability Enhancement Testing)。

•可靠性强化试验(RET)
–L. W. Condra在其系列论文中说,美国生产厂家在80年代认识质量得重要性,到90年代又认识到可靠性的
重要性。

–生产厂家深知市场不仅要求高的开箱率,而且要求在
寿命周期内性能良好不变。

–这是新一轮的挑战。

而RET正是满足这一挑战的最好
方法。

–按传统的可靠性定义去应付瞬息万变的动态市场,显
得太被动,厂家只对用户的条件(规范)负责,不对
产品的使用负责,必然在竞争中失败。

–进取性的市场可靠性定义:可靠的产品应随时都能完
成用户需要其完成的任何任务!
•可靠性强化试验(RET)
–这样,可靠性不再是一种成本负担,相反可靠性正是商家追求的一种资产、一种财富。

–RET技术的理论依据是“失效物理学”(Physics of
Failure),把故障或失效作为主要的研究对象,通过发现、研究和根治故障达到提高可靠性的目的。

–对于高度复杂的电子或机电产品,要发现潜在故障并非易事,必须采用强化应力的方法强迫其暴露。

–实践证明,RET方法效果显著。

–等等,要记住,RET并非发现所有潜在故障的方法。

•RET可以利用的加速因素:
–更频繁的加电循环
–更高的温度
–更严酷的温度循环
–更高的振动等级
–更高的湿度
•一些技术适用元件级,一些适用设备级。

•RET的其他用途
–识别设计中的可靠性问题
–比较不同设计的可靠性
–验收试验
–环境应力筛选
–验证已有问题得到解决
•RET的原理
供方为自己保留很高交付成功率
的产品参数范围
•HALT之单应力步进试验–试样在一个初始的应力水平(初始应力和第二步应力通
常略低于或等于技术规范极
限),承受预定的时间长
度,可以短到几分钟,一般
不超过24小时。

–在较高的应力水平依次承受后续的时间长度。

–这是一种快速诱发失效的方
法。

–直到出现以下3种情况之一:
1.所有样品失效;
2.应力已远远超过为了验证耐
用产品设计所要求的水平;
3.更高的应力等级引入新的失
效机理,出现了实际使用不
可能出现的失效。

•HALT之综合应力试验
–美国Qualmark公司HALT Guidelines中的试验剖面。

•在终止本阶段试验前,如果没有遇到破坏性失效则至少进行5
次综合环境循环。

•综合环境实验的温度剖面是在温度工作极限之间的循环,每一
温度极限上的最小保持时间为10min。

•5次循环的初始振动量级,由振动步进应力试验施加的最大振
动量级除以5得出。

例如,若样品在振动步进应力为35gRMS
时发生了破坏,则第一试验循环从7gRMS量级开始,在每次
温度循环完成后增加7gRMS,以此类推。

•如果振动步进应力试验没有达到破坏极限,则将得到的最大振
动量级除以5,可依上法得到初始量级和步进增量。

•HALT之综合应力试验
–美国Qualmark公司HALT Guidelines中的试验剖面。

•在终止本阶段试验前,如果没有遇到破坏性失效则至少进行5
次综合环境循环。

•综合环境实验的温度剖面是在温度工作极限之间的循环,每一
温度极限上的最小保持时间为10min。

•5次循环的初始振动量级,由振动步进应力试验施加的最大振
动量级除以5得出。

例如,若样品在振动步进应力为35gRMS
时发生了破坏,则第一试验循环从7gRMS量级开始,在每次
温度循环完成后增加7gRMS,以此类推。

•如果振动步进应力试验没有达到破坏极限,则将得到的最大振
动量级除以5,可依上法得到初始量级和步进增量。

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