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)計和工藝缺陷激發(fā)成為故障，進行故障分析定位后，采取糾正措施加以排除，這實際也是一個試驗、分析、改進（TAAF）的過程?？煽啃匝兄圃囼灥淖罱K目的是使產(chǎn)品盡快達到規(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，試驗的目的側(cè)重于充分地暴露缺陷，通過采取糾正措施，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)計缺陷。而研制的后期，試驗的目的側(cè)重于了解產(chǎn)品可靠性與規(guī)定要求的接近程度，并對發(fā)現(xiàn)的問題，通過采取糾正措施，進一步提高產(chǎn)品的可靠性，因此，試驗條件應(yīng)盡可能模擬實際使用條件，大多采用綜合環(huán)境條件，例如可靠性增長試驗和可靠性摸底試驗就是這種類型。在工程研制階段，還可以結(jié)合性能試驗，開展對產(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行驗證，例如通過故障注入影響的試驗，可以物理試驗方式開展，也可以半物理半仿真方式開展，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

主要包含可靠性強化試驗、可靠性增長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(shè)計得更為健壯，其通過施加步進應(yīng)力，不斷發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷，找到產(chǎn)品的工作極限和破壞極限，并進行改進和驗證，使產(chǎn)品耐環(huán)境和工況的能力達到最高，直到現(xiàn)有材料、工藝、技術(shù)和費用支撐能力無法進一步改進為止，因此可視為在研制階段前期進行的一種可靠性研制試驗?？煽啃詮娀囼灒址Q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(yīng)力試驗規(guī)程高加速壽命試驗導(dǎo)則》。

HALT試驗對產(chǎn)品施加的應(yīng)力主要是溫度和振動應(yīng)力，也可考慮施加濕度等常見環(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)計或工藝問題的應(yīng)力。

2、可靠性摸底試驗

可靠性摸底試驗是根據(jù)我國國情開展的一種可靠性研制試驗，它是一種以可靠性增長為目的，無增長模型，也不確定增長目標(biāo)值的短時間可靠性試驗。其試驗的目的是在模擬實際使用的綜合應(yīng)力條件下，用較短的時間、較少的費用，暴露產(chǎn)品在設(shè)計、材料、元器件和工藝方面的潛在缺陷，并及時采取糾正措施，使產(chǎn)品的可靠性水平得到增長，保證產(chǎn)品具有一定的可靠性水平和安全，同時為產(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(jié)合產(chǎn)品本身的結(jié)構(gòu)特點、重要度、技術(shù)特點、復(fù)雜程度以及經(jīng)費的多少等因素綜合權(quán)衡。① 結(jié)構(gòu)特點：機械產(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(shù)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(yīng)安排可靠性摸底試驗。對于重要度較低的產(chǎn)品，其可靠度主要通過可靠性設(shè)計分析來保證，一般不必安排可靠性摸底試驗。③ 技術(shù)特點：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)特點的新研產(chǎn)品，應(yīng)安排可靠性摸底試驗，并根據(jù)試驗情況，確定可靠性較為薄弱的關(guān)鍵產(chǎn)品，進而安排可靠性增長試驗。對于采用新設(shè)計較少，技術(shù)跨度較小，繼承性較高，設(shè)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(fù)雜程度：對于所使用的電子元器件數(shù)量和種類較少的產(chǎn)品，其可靠性可通過設(shè)計過程的可靠性分析來保證。這種產(chǎn)品在短時間內(nèi)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(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。因此，可靠性摸底試驗主要以較為復(fù)雜的、重要度較高的、無繼承性的新研或改型電子產(chǎn)品為主要對象，類似的機電產(chǎn)品也可適當(dāng)考慮。試驗剖面的選擇，應(yīng)模擬產(chǎn)品實際的使用條件，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)品且不會有引起與現(xiàn)場使用時不相符的故障的前提下，可以使用加速應(yīng)力。

3、可靠性增長試驗

可靠性增長試驗是可靠性增長管理中的一個重要手段，它是一種有計劃的試驗、分析和改進的過程，可按照GB/T 15174《可靠性增長大綱》和GJB 1407《可靠性增長試驗》的要求進行。由于可靠性增長試驗不僅要找出產(chǎn)品中的設(shè)計缺陷和采取有效的糾正措施，而且還要達到預(yù)期的可靠性增長目標(biāo)，因此，可靠性增長試驗必須在受控的條件下進行。為了達到既定的增長目標(biāo)，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，確定合理的增長率，選用恰當(dāng)?shù)脑鲩L模型并進行過程跟蹤，對試驗中所使用的環(huán)境條件嚴(yán)格控制，對試驗前準(zhǔn)備工作情況及試驗結(jié)果進行評審，必要時還應(yīng)進行試驗過程中評審。如下圖為一個理想的可靠性增長過程，可靠性增長就是通過逐步改正產(chǎn)品設(shè)計和制造中的缺陷，不斷提高產(chǎn)品可靠性的過程。①研制階段（A點到B點）：主要針對設(shè)計缺陷采取糾正措施，通過設(shè)計優(yōu)化使可靠性不斷增長；②試生產(chǎn)階段（C點到D點）：主要針對設(shè)計不足和元器件方面的缺陷，采取改進措施提升可靠性；③批生產(chǎn)和使用階段（E點到F點）：主要針對工藝缺陷、裝配缺陷和質(zhì)量控制問題，逐項解決不斷提升可靠性。

試驗開始前，應(yīng)根據(jù)增長模型繪制一條試驗計劃曲線（如下圖），作為試驗監(jiān)控的依據(jù)。其中m代表可靠性增長率，增長率的確定應(yīng)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，表明改正措施不太有力，而在0.6~0.7時，表明采取了強有力的故障分析和糾正措施，是增長率的極限值。

試驗過程中，應(yīng)一直監(jiān)控增長曲線，不斷地將觀測的MTBF值和計劃的增長值進行比較，以對增長率和資金進行再分配和控制。當(dāng)試驗進行到規(guī)定的總時間，利用試驗數(shù)據(jù)估計的MTBF值已達到要求時，可以結(jié)束試驗；如果試驗過程中一直沒有出現(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已達到要求，從而提前結(jié)束試驗。由于可靠性增長試驗要求采用綜合環(huán)境條件，需要綜合試驗設(shè)備，試驗時間較長，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)含量高且增長試驗所需的時間和經(jīng)費可以接受的產(chǎn)品進行可靠性增長試驗。

三、應(yīng)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(shè)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?zāi)酥岭姶偶嫒菪栽囼?，這些試驗中必然會發(fā)現(xiàn)一些設(shè)計和工藝缺陷，通過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(biāo)，同時也可提高產(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(yīng)用時機

從理論上講，可靠性研制試驗的最佳應(yīng)用時機應(yīng)是在制造出樣機之后，而且其功能和性能在實驗室環(huán)境條件(常溫、靜態(tài))下滿足設(shè)計規(guī)范要求和經(jīng)過環(huán)境鑒定試驗之后進行。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，在工程實踐中，常常將環(huán)境適應(yīng)性研制試驗和可靠性研制試驗一起進行，從而在樣機制成且其功能和性能在實驗室條件下滿足規(guī)范要求后，與環(huán)境適應(yīng)性研制試驗一起開始進行可靠性研制試驗。研制早期階段的環(huán)境適應(yīng)性研制試驗及可靠性研制試驗實質(zhì)上都屬于工程研制試驗。兩者的區(qū)別在于傳統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性研制試驗有一組環(huán)境極值(環(huán)境適應(yīng)性要求)作為目標(biāo)，但無論是環(huán)境應(yīng)力和可靠性水平，可靠性研制試驗均無具體的目標(biāo)值或約束條件。

五、試驗所用應(yīng)力

可靠性研制試驗的應(yīng)力可以根據(jù)產(chǎn)品特性、可靠性的提高幅度、試驗設(shè)備條件、經(jīng)費和進度等資源確定。一般采取用溫度應(yīng)力、振動應(yīng)力、濕度應(yīng)力和產(chǎn)品特別敏感的其他應(yīng)力進行依次單獨、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，一般采用不模擬實際環(huán)境的加速應(yīng)力。以往的可靠性研制試驗，其施加應(yīng)力一般不會超過規(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，施加應(yīng)力已遠遠超出規(guī)定的應(yīng)力值，且又不會激發(fā)出現(xiàn)場使用中不會出現(xiàn)的故障，這一思路已在高加速壽命試驗中得到廣泛應(yīng)用。

六、基本要求

1) 承制方在研制階段應(yīng)盡早開展可靠性研制試驗，通過試驗、分析、改進（TAAF）過程來提高產(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(yīng)盡可能與產(chǎn)品的研制試驗結(jié)合進行。

3)承制方應(yīng)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)品實施可靠性研制試驗。必要時，可靠性研制試驗方案應(yīng)經(jīng)訂購方認(rèn)可。

4) 可靠性研制試驗可采用加速應(yīng)力進行，以盡快找出產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)或驗證設(shè)計余量。

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

檢測試驗找彭工136-9109-3503。