第一章    可靠性试验概述

 

1、电子产品可靠性试验的目的

 

      可靠性试验是对产品进行可靠性调查、分析和评价的一种手段。试验结果为故障分析、研究采取的纠正措施、判断产品是否达到指标要求提供依据。

 

具体目的有：

 

      (1) 发现产品的设计、元器件、零部件、原材料和工艺等方面的各种缺陷；

 

      (2) 为改善产品的完好性、提高任务成功性、减少维修人力费用和保障费用提供信息；

 

      (3) 确认是否符合可靠性定量要求。

 

      为实现上述目的，根据情况可进行实验室试验或现场试验。

 

      实验室试验是通过一定方式的模拟试验，试验剖面要尽量符合使用的环境剖面，但不受场地的制约，可在产品研制、开发、生产、使用的各个阶段进行。具有环境应力的典型性、数据测量的准确性、记录的完整性等特点。通过试验可以不断地加深对产品可靠性的认识，并可为改进产品可靠性提供依据和验证。

 

      现场试验是产品在使用现场的试验，试验剖面真实但不受控，因而不具有典型性。因此，必须记录分析现场的环境条件、测量、故障、维修等因素的影响，即便如此，要从现场试验中获得及时的可靠性评价信息仍然困难，除非用若干台设备置于现场使用直至用坏，忠实记录故障信息后才有可能确切地评价其可靠性。当系统规模庞大、在实验室难以进行试验时，则样机及小批产品的现场可靠性试验有重要意义。

 

2、可靠性试验的分类

 

2.1电子装备寿命期的失效分布

 

      目前我们认为电子装备寿命期的典型失效分布符合“浴盆曲线”，可以划分为三段：早期失效段、恒定（随机或偶然）失效段、耗损失效段。可参阅图1.2.1。

 

 

      早期失效段，也称早期故障阶段。早期失效出现在产品寿命的较早时期，产品装配完成即进入早期失效期，其特点是故障率较高，且随工作时间的增加迅速下降。早期故障主要是由于制造工艺缺陷和设计缺陷暴露产生，例如原材料缺陷引起绝缘不良，焊接缺陷引起虚焊，装配和调整不当引起参数漂移，元器件缺陷引起性能失效等。早期失效可通过加强原材料和元器件的检验、工艺检验、不同级别的环境应力筛选等严格的质量管理措施加以暴露和排除。

 

      恒定失效段，也称偶然失效段，其故障由装备内部元器件、零部件的随机性失效引起，其特点是故障率低，比较稳定，因此是装备主要工作时段。

 

      耗损失效段，其特点是故障率迅速上升，导致维修费用剧增，因而报废。其故障原因主要是结构件、元器件的磨损、疲劳、老化、损耗等引起。

 

2.2试验类型及其分布曲线的变化

 

      针对电子装备寿命期失效分布的三个阶段，人们在设计制造和使用装备时便有针对地采取措施，以提高可靠性和降低寿命周期的费用。在设计制造阶段，要尽量减少设计缺陷和制造缺陷，即便如此仍然会存在早期失效和随机失效。为此，承制方需要运用工程试验的手段来暴露和消除早期失效，降低随机失效的固有水平。通过这些措施，可以改变产品的寿命分布曲线的形状，可参阅图1.2.2。在耗损阶段，用户可通过维修和局部更新的手段延长装备的使用寿命。

 

 

      图1.2.2示意了两组产品寿命失效率分布曲线，图中表明产品B的可靠性水平比产品A的优良，因为B的恒定失效率比A的低，B的早期失效段比A的短。如果曲线A和B是同一种产品的不同阶段的失效率分布，则表明该产品经过了可靠性增长试验，取得成效，因此曲线B的恒定失效率大为降低。曲线B的早期失效段示意了B和B’两条，它们表明B比B’的早期失效率为低，显示其工艺和元器件、原材料的缺陷比B’的少，环境应力筛选所需的资源也可较少。

 

2.3装备可靠性试验分类

 

 · 2.3.1装备可靠性试验项目分类

 

      由装备可靠性试验的目的出发，我们把它分为可靠性工程试验和可靠性验证试验两大类，每类试验又包括几种试验项目。

 

      （1）可靠性工程试验，其目的在于暴露产品故障以便人们消除它，由承制方进行，试验样品从研制样机中取得。可靠性工程试验包括环境应力筛选和可靠性增长试验。

 

      从试验性质来分析，现行的老炼也属于工程试验项目；由环境应力筛选发展起来的可靠性保证试验也可归纳于此。

 

      工程试验的出发点是：尽量彻底地暴露产品的问题、缺陷，并采取措施纠正，再验证问题得到解决、缺陷得到消除与否。经过工程试验的产品，其可靠性自然会提高，满足用户要求的可能性也必然增大。可见，可靠性工程试验是产品的可靠性基础工作，是产品研制生产的工艺过程。

 

      (2)可靠性验证试验，从试验原理来说，要应用统计抽样理论，因此又称统计试验。其目的是为了验证产品是否符合规定的可靠性要求，由承制方根据有关标准和研制生产进度制订方案和计划，经定购方认可；重点型号装备的验证试验方案还需报上级领导机关批准，由有关各方组织联合试验小组。

 

      验证试验包括产品研制的可靠性鉴定试验和批量生产的可靠性验收试验。这类试验必须能够反映装备的可靠性定量水平，因此试验条件要尽量接近使用的环境应力；试验结果要作出接收或拒收的判断，因此对试验时间和发生的故障应作详细记录，经过与失效判据的对比分析后，试验各方统一认识后才能作出最后的结论。

 

 · 2.3.2装备可靠性试验项目的区别

 

      产品研制生产过程除进行可靠性试验之外,一般还要进行环境（鉴定）试验，各种试验的目的不同，不能相互取代，它们的区别可参阅表1-2-1。

 

 

3、试验安排

 

      在安排试验计划时，应将可靠性试验与性能试验、环境应力和耐久性试验尽可能地结合起来，构成比较全面的可靠性综合试验计划。这样可避免重复试验，保证不漏掉在单独试验中易疏忽的问题和缺陷，可提高效率节省费用。

 

      (1) 产品的性能试验应在样机制造出来后即进行，试验暴露的缺陷应成为改进措施的直接依据。评定产品性能和可靠性是否满足用户要求，必须在标准环境条件下使用规定容限值进行性能测量，以获得重现结果和所需的精度。

 

      要分别测量记录试验前（标准条件）、试验中（试验条件）、试验后（标准条件）的性能，以便进行比较。

 

      (2) 环境应力的种类要按照实际情况进行综合。环境应力至少应包括热、振动、潮湿等应力；温度循环中的湿度等级应足以产生明显的冷凝和霜冻；振动应力应考虑振动类型、频率范围、应力大小和使用方法及振动方位等因素。这一切应能类似于现场使用环境和任务剖面所产生的情况。

 

      (3) 耐久性试验一般包括环境试验、过负荷试验、模拟或接近环境剖面的循环试验。试验中发生的问题都要作出分析并采取纠正措施。然后对改进后的产品再作试验，以证明问题是否已经解决。

 

4、试验评估

 

4.1试验条件的评估

 

      试验条件和步骤、方法都要尽可能模拟产品的寿命剖面和任务剖面，使试验具有真实性。试验的目的是暴露在使用环境下才能发生的问题、故障和缺陷。如果试验只能暴露一部分问题，这是在浪费时间和资源。试验模拟的程度，取决于试验目的。

 

      (1) 试验真实性不高的原因可能是忽视了某些应力。如接插件作静态寿命试验时忽略了振动应力，致使现场使用时故障频繁。

 

      (2) 暴露缺陷的试验，施加的应力高于使用应力也是合适的。“过应力”试验一般用于工程可靠性试验，如老炼试验、筛选、研制阶段的可靠性增长试验等。这些属于加速试验特性，可尽早暴露产品潜藏的薄弱环节，采取措施纠正之。

 

      (3) 模拟寿命剖面的试验，希望试验得到的可靠性与使用中的可靠性相一致。然而模拟的条件与使用的真实条件总是有差异的。在多数情况下，用恒定应力条件作寿命试验，效果不好。因此要设计综合应力的循环周期的试验剖面，使之比较接近使用条件。

 

4.2装备可靠性评估

 

      测定产品可靠性定量指标，提供各种信息，作出产品的可靠性评估，是管理工作所要求的。可靠性指标的点估计值和置信区间估计，是产、购双方对产品寿命期费用决策的重要信息。

 

      可靠性指标的点估计值和置信区间估计的依据是试验数据。试验数据的具体处理方法在有关标准中规定。只凭试验结果就对装备的可靠性水平进行评估,信息量可能不够，往往要结合制造和使用的其它信息进行综合评价，才能使用户放心。

 

5、试验管理

 

      从研制生产到交付部队使用，要进行多项与可靠性有关的试验。为了确保达到用户提出的要求，遵守交付周期，节省资源，加强管理是十分必要的。

 

      试验管理的目的是为了提高试验成效、确保产品可靠性大纲的效果，管理的任务主要是制订和落实试验计划，因此要多安排综合试验，常用的方法是组织、协调、督促。试验管理工作要围绕研制生产的产品确定试验项目、明确在何时进行、由何部门组织哪些人参加和实施、采用何种试验手段、试验方案和计划由谁制订和批准，试验情况的记录和处置，试验结果的处理等。

 

      综合的可靠性试验计划一般包括以下内容：

 

      (1) 确定装备的可靠性要求；

 

      (2) 规定可靠性试验的应力条件；

 

      (3) 规定试验进度计划；

 

      (4) 详细的可靠性试验方案；

 

      (5) 试验操作程序；

 

      (6) 受试产品的说明和性能监测要求；

 

      (7) 试验设备和监测仪器；

 

      (8) 试验记录和试验数据的处理方法；

 

      (9) 试验报告的内容。

 

      试验管理除了计划管理之外，还包括试验费用的管理，为保证研制工作进度和避免追加费用，试验工作的重点应放在工程试验上。综合了较多试验内容的计划，还应包括每项试验的方案、决策风险、试验条件、试验程序、在寿命周期的计划等。

 

因内容过多以下仅展示内容大纲

 

第二章 环境应力筛选

 

1 环境应力筛选的目的和原理

 

2 失效故障类型

 

3 筛选应力及其效应表达式

 

3.1 常规筛选与定量筛选

 

3.2 恒定高温应力

 

3.2.1 参数的计算

 

3.2.1.1 筛选度计算

 

3.2.2 筛选故障率计算

 

3.2.3 恒定高温应力激发的故障模式或影响

 

3.3 温度循环应力

 

3.3.1 温度循环应力参数

 

3.3.2 温度循环应力筛选度计算

 

3.3.3 温度循环应力故障率计算

 

3.3.4 温度循环应力激发的故障模式或影响

 

3.4 扫频正弦振动应力

 

3.4.1 扫频正弦振动应力的筛选度计算

 

3.4.2 扫频正弦振动应力的故障率

 

3.4.3 扫频正弦振动应力激发的故障模式或影响

 

3.5 随机振动应力

 

3.5.1 随机振动应力的参数

 

3.5.2 随机振动应力筛选度

 

3.5.3 随机振动应力故障率计算

 

3.5.4 随机振动应力激发的故障模式或影响

 

3.6 筛选效果对比

 

3.6.1 温度应力对比

 

4. 环境应力筛选方案设计

 

4.1 设计原则

 

4.1.1 研制阶段的筛选

 

4.1.2 生产阶段的筛选

 

4.2 设计依据

 

4.2.1 依据产品缺陷确定筛选应力

 

4.2..1.1 影响产品缺陷数量的因素

 

4.2.1.2 环境应力对缺陷的影响

 

4.2.2 根据缺陷分布确定筛选等级

 

4.2.2.1 缺陷分布

 

4.2.2.2 筛选组装等级的选择

 

4.2.3 根据检测效率确定定量筛选目标

 

4.2.4 元器件缺陷率的确定

 

4.2.4.1 查表法

 

4.2.4.2 试验验证法

 

4.2.4.3 推算法

 

4.2.5 依据残留缺陷密度的相关性

 

4.3 试验剖面的确定

 

4.3.1 应力类型

 

4.3.2 应力组成

 

4.3.3 应力量值

 

4.3.3.1 温度循环参数的选择

 

4.3.3.2 振动应力的选择

 

4.3.3.3 加电和性能检测时间的选择

 

4.4 无故障验证试验

 

4.4.1 无故障验证试验的作用

 

4.4.2 无故障筛选应力的确定

 

4.4.3 无故障筛选时间的确定

 

5 方案的实施与应用实例

 

5.1 样品的准备

 

5.2 实验室的准备

 

5.2.1 实验室大气环境条件

 

5.2.2 环境应力条件的容差

 

5.2.3 试验设备的准备

 

5.3 环境应力筛选管理

 

5.3.1 环境应力筛选的计划管理

 

5.3.2 环境应力筛选条件的剪裁

 

5.3.3 环境应力的筛选程序

 

5.4 试验记录与故障信息的综合应用

 

5.5 应用实例

 

5.6 注意事项

 

第三章 可靠性增长试验

 

1 概述

 

1.1 基本概念

 

1.2 可靠性增长试验的目的

 

1.3 可靠性增长的原理

 

1.4 可靠性增长试验与环境应力筛选的对比

 

1.5 可靠性增长试验与可靠性鉴定试验的关系

 

2 可靠性增长计划

 

2.1 制定可靠性增长计划的原则

 

2.2 可靠性增长计划的主要内容

 

2.3 研制生产和使用阶段的可靠性增长

 

3 可靠性增长试验的实施

 

3.1 试验剖面的确定

 

3.2 试验记录与故障分析

 

3.2.1 试验记录

 

3.2.2 故障分析和处理

 

3.3 纠正措施的确定与验证

 

3.4 注意事项

 

3.4.1 关于可靠性增长的数学模型

 

3.4.2 关于可靠性增长的试验时间

 

3.4.3 关于试验样品

 

4 可靠性增长活动的管理工作

 

4.1 建立故障信息管理系统

 

4.2 建立以装备为对象的故障审查组织

 

4.3 纠正措施的追踪

 

4.4 验证信息的收集

 

4.5 可靠性增长报告

 

5 实例

 

5.1 基本情况

 

5.2 可靠性补课工作的主要内容与程序

 

5.2.1 主要工作内容

 

5.2.2 有关各方的主要工作

 

5.2.3 试验程序

 

5.2.4 制定试验方案

 

5.3 试验实施情况记录

 

5.3.1 试验中样品发生的失效情况

 

5.3.2 故障分析与纠正

 

5.3.3 可靠性增长数据处理

 

第四章 可靠性验证试验

 

1 概述

 

1.1 试验目的与分类

 

1.2 统计概念

 

1.3 一般要求

 

2 可靠性验证试验大纲

 

2.1 试验大纲内容

 

2.2 试验方案

 

2.3 试验条件

 

2.4 试验程序

 

2.5 试验评审

 

2.6 联合试验小组

 

2.7 试验报告要求

 

3 指数寿命型统计试验方案

 

3.1 定数截尾鉴定试验

 

3.2 定时截尾鉴定试验

 

3.3 定时截尾试验标准方案

 

3.4 序贯试验方案

 

4 全数试验

 

第五章 可靠性保证试验

 

1 概述

 

1.1 环境应力筛选的无故障检验试验

 

1.1.1 试验目的与判据

 

1.1.2 无故障检验试验的概念与发展

 

1.2 可靠性保证试验的性质与用途

 

1.2.1 可靠性保证试验的性质

 

1.2.2 可靠性保证试验的应用

 

2 试验参数的确定

 

2.1 试验参数的定义

 

2.2 试验时间的确定

 

2.3 可靠性保证试验与环境应力筛选无故障验证试验的同异

 

2.4 试验时间计算示例

 

2.5 试验剖面的确定

 

3 试验方案

 

4 实例

 

4.1 基本情况

 

4.2 试验方案

 

4.2.1 可靠性保证试验剖面的确定

 

4.2.2 试验时间计算

 

4.2.3 应力施加程序

 

4.2.3 试验结果

 

4.2.4 数据处理与跟踪结果