一文看懂什么是可靠性研制試驗及其基本要求

一、什么是可靠性研制試驗

可靠性研制試驗Reliability development test（RDT），即通過(guò)向受試產(chǎn)品施加應力將產(chǎn)品中存在的材料、元器件、設計和工藝缺陷激發(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、分析、改進(jìn)（TAAF）的過(guò)程?？煽啃匝兄圃囼灥淖罱K目的是使產(chǎn)品盡快達到規定的可靠性要求，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，試驗的目的側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)境和工作應力的方式激發(fā)故障，暴露設計缺陷。而研制的后期，試驗的目的側重于了解產(chǎn)品可靠性與規定要求的接近程度，并對發(fā)現的問(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，試驗條件應盡可能模擬實(shí)際使用條件，大多采用綜合環(huán)境條件，例如可靠性增長(cháng)試驗和可靠性摸底試驗就是這種類(lèi)型。在工程研制階段，還可以結合性能試驗，開(kāi)展對產(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)行驗證，例如通過(guò)故障注入影響的試驗，可以物理試驗方式開(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的范疇。

二、可靠性研制試驗的種類(lèi)

主要包含可靠性強化試驗、可靠性增長(cháng)試驗以及可靠性摸底試驗等。

1、可靠性強化試驗

可靠性強化試驗（RET）的基本目的是使產(chǎn)品設計得更為健壯，其通過(guò)施加步進(jìn)應力，不斷發(fā)現設計缺陷，找到產(chǎn)品的工作極限和破壞極限，并進(jìn)行改進(jìn)和驗證，使產(chǎn)品耐環(huán)境和工況的能力達到最高，直到現有材料、工藝、技術(shù)和費用支撐能力無(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?？煽啃詮娀囼?，又稱(chēng)為高加速壽命試驗（HALT），詳細試驗方法可參考GB/T 29309《電工電子產(chǎn)品加速應力試驗規程高加速壽命試驗導則》。

HALT試驗對產(chǎn)品施加的應力主要是溫度和振動(dòng)應力，也可考慮施加濕度等常見(jiàn)環(huán)境應力。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)設計或工藝問(wèn)題的應力。

2、可靠性摸底試驗

可靠性摸底試驗是根據我國國情開(kāi)展的一種可靠性研制試驗，它是一種以可靠性增長(cháng)為目的，無(wú)增長(cháng)模型，也不確定增長(cháng)目標值的短時(shí)間可靠性試驗。其試驗的目的是在模擬實(shí)際使用的綜合應力條件下，用較短的時(shí)間、較少的費用，暴露產(chǎn)品在設計、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(cháng)，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)于可靠性摸底試驗試驗對象的選擇，主要結合產(chǎn)品本身的結構特點(diǎn)、重要度、技術(shù)特點(diǎn)、復雜程度以及經(jīng)費的多少等因素綜合權衡。① 結構特點(diǎn)：機械產(chǎn)品的壽命大多數呈非指數分布，其故障多發(fā)區一般集中在耗損階段，因此對其安排摸底試驗意義不大。電子產(chǎn)品壽命基本上服從指數分布，且試驗環(huán)境易于模擬。因此，可靠性摸底試驗的對象主要是電子產(chǎn)品。② 重要度：對于重要度較高的關(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，應安排可靠性摸底試驗。對于重要度較低的產(chǎn)品，其可靠度主要通過(guò)可靠性設計分析來(lái)保證，一般不必安排可靠性摸底試驗。③ 技術(shù)特點(diǎn)：對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，應安排可靠性摸底試驗，并根據試驗情況，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(cháng)試驗。對于采用新設計較少，技術(shù)跨度較小，繼承性較高，設計較為成熟，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。④ 復雜程度：對于所使用的電子元器件數量和種類(lèi)較少的產(chǎn)品，其可靠性可通過(guò)設計過(guò)程的可靠性分析來(lái)保證。這種產(chǎn)品在短時(shí)間內發(fā)生故障的概率很低，對它們安排可靠性摸底試驗的意義不大；對于所使用的電子元器件數量和種類(lèi)較多的關(guān)鍵復雜產(chǎn)品，應優(yōu)先安排可靠性摸底試驗。因此，可靠性摸底試驗主要以較為復雜的、重要度較高的、無(wú)繼承性的新研或改型電子產(chǎn)品為主要對象，類(lèi)似的機電產(chǎn)品也可適當考慮。試驗剖面的選擇，應模擬產(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條件。一般按照GJB899A《可靠性鑒定和驗收試驗》確定試驗剖面，在不破壞產(chǎn)品且不會(huì )有引起與現場(chǎng)使用時(shí)不相符的故障的前提下，可以使用加速應力。

3、可靠性增長(cháng)試驗

可靠性增長(cháng)試驗是可靠性增長(cháng)管理中的一個(gè)重要手段，它是一種有計劃的試驗、分析和改進(jìn)的過(guò)程，可按照GB/T 15174《可靠性增長(cháng)大綱》和GJB 1407《可靠性增長(cháng)試驗》的要求進(jìn)行。由于可靠性增長(cháng)試驗不僅要找出產(chǎn)品中的設計缺陷和采取有效的糾正措施，而且還要達到預期的可靠性增長(cháng)目標，因此，可靠性增長(cháng)試驗必須在受控的條件下進(jìn)行。為了達到既定的增長(cháng)目標，并對最終可靠性水平作出合理的評估，要求試驗前評估出產(chǎn)品的初始可靠性水平，確定合理的增長(cháng)率，選用恰當的增長(cháng)模型并進(jìn)行過(guò)程跟蹤，對試驗中所使用的環(huán)境條件嚴格控制，對試驗前準備工作情況及試驗結果進(jìn)行評審，必要時(shí)還應進(jìn)行試驗過(guò)程中評審。如下圖為一個(gè)理想的可靠性增長(cháng)過(guò)程，可靠性增長(cháng)就是通過(guò)逐步改正產(chǎn)品設計和制造中的缺陷，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)）：主要針對設計缺陷采取糾正措施，通過(guò)設計優(yōu)化使可靠性不斷增長(cháng)；②試生產(chǎn)階段（C點(diǎn)到D點(diǎn)）：主要針對設計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)）：主要針對工藝缺陷、裝配缺陷和質(zhì)量控制問(wèn)題，逐項解決不斷提升可靠性。

試驗開(kāi)始前，應根據增長(cháng)模型繪制一條試驗計劃曲線(xiàn)（如下圖），作為試驗監控的依據。其中m代表可靠性增長(cháng)率，增長(cháng)率的確定應綜合考慮研制計劃、經(jīng)費及技術(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)，表明采取了強有力的故障分析和糾正措施，是增長(cháng)率的極限值。

試驗過(guò)程中，應一直監控增長(cháng)曲線(xiàn)，不斷地將觀(guān)測的MTBF值和計劃的增長(cháng)值進(jìn)行比較，以對增長(cháng)率和資金進(jìn)行再分配和控制。當試驗進(jìn)行到規定的總時(shí)間，利用試驗數據估計的MTBF值已達到要求時(shí)，可以結束試驗；如果試驗過(guò)程中一直沒(méi)有出現故障，假設其壽命服從指數分布，可以以90%置信水平確信受試設備的MTBF已達到要求，從而提前結束試驗。由于可靠性增長(cháng)試驗要求采用綜合環(huán)境條件，需要綜合試驗設備，試驗時(shí)間較長(cháng)，需要投入較大的資源，因此，一般只對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(cháng)試驗所需的時(shí)間和經(jīng)費可以接受的產(chǎn)品進(jìn)行可靠性增長(cháng)試驗。

三、應用對象

可靠性研制試驗適用于所有的研制產(chǎn)品。需要指出的是，產(chǎn)品按設計圖紙制成硬件后，要經(jīng)歷功能、性能和環(huán)境試驗、安全性試驗乃至電磁兼容性試驗，這些試驗中必然會(huì )發(fā)現一些設計和工藝缺陷，通過(guò)對這些缺陷采取糾正措施，不僅可促使產(chǎn)品達到這些試驗考核的目標，同時(shí)也可提高產(chǎn)品的可靠性。這些試驗可以看作是研制試驗的組成部分，但并不是可靠性研制試驗。

四、應用時(shí)機

從理論上講，可靠性研制試驗的最佳應用時(shí)機應是在制造出樣機之后，而且其功能和性能在實(shí)驗室環(huán)境條件(常溫、靜態(tài))下滿(mǎn)足設計規范要求和經(jīng)過(guò)環(huán)境鑒定試驗之后進(jìn)行。鑒于產(chǎn)品的可靠性和環(huán)境適應性均與環(huán)境應力和載荷應力密切相關(guān)，而且環(huán)境適應環(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)境適應性研制試驗和可靠性研制試驗一起進(jìn)行，從而在樣機制成且其功能和性能在實(shí)驗室條件下滿(mǎn)足規范要求后，與環(huán)境適應性研制試驗一起開(kāi)始進(jìn)行可靠性研制試驗。研制早期階段的環(huán)境適應性研制試驗及可靠性研制試驗實(shí)質(zhì)上都屬于工程研制試驗。兩者的區別在于傳統的環(huán)境適應性研制試驗有一組環(huán)境極值(環(huán)境適應性要求)作為目標，但無(wú)論是環(huán)境應力和可靠性水平，可靠性研制試驗均無(wú)具體的目標值或約束條件。

五、試驗所用應力

可靠性研制試驗的應力可以根據產(chǎn)品特性、可靠性的提高幅度、試驗設備條件、經(jīng)費和進(jìn)度等資源確定。一般采取用溫度應力、振動(dòng)應力、濕度應力和產(chǎn)品特別敏感的其他應力進(jìn)行依次單獨、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力。但為了快速激發(fā)產(chǎn)品的內在缺陷，一般采用不模擬實(shí)際環(huán)境的加速應力。以往的可靠性研制試驗，其施加應力一般不會(huì )超過(guò)規范或合同環(huán)境適應性要求中規定的最大環(huán)境應力，但近年來(lái)，施加應力已遠遠超出規定的應力值，且又不會(huì )激發(fā)出現場(chǎng)使用中不會(huì )出現的故障，這一思路已在高加速壽命試驗中得到廣泛應用。

六、基本要求

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

2)可靠性研制試驗是產(chǎn)品研制試驗的組成部分，應盡可能與產(chǎn)品的研制試驗結合進(jìn)行。

3)承制方應制定可靠性研制試驗方案，并對可靠性關(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。必要時(shí)，可靠性研制試驗方案應經(jīng)訂購方認可。

4) 可靠性研制試驗可采用加速應力進(jìn)行，以盡快找出產(chǎn)品的薄弱環(huán)節或驗證設計余量。

5) 對試驗中發(fā)生的故障均應納入故障報告、分析和糾正系統（FRACAS），并對試驗后產(chǎn)品的可靠性狀況作出說(shuō)明。

檢測試驗找彭工136-9109-3503。