可靠性增长试验教材.doc

可靠性增长试验及其评价方法
技术中心:徐文斌编
2008-08-18
可靠性增长试验及其评价方法

很多产品在投入使用初期,往往表现为故障率偏高,即可靠性不好,但经过一段时间后其故障率逐渐下降并赴于稳定(见图1)。在可靠性工程上,我们称时间0~t0为产品的“早期故障期”。造成产品“早期故障”的原因,一般是产品研制过程中,由于一些偶然的加工缺陷、元器件质量差异或一些防不胜防的工艺问题,引起产品在制造过程中或多或少地隐藏下一些内在缺陷,这是产品设计和制造时无法避免的问题。目前解决这类问题的工程方法是采用环境应力筛选技术,即在产品交付使用前,通过多种筛选方法,激发产品的早期故障隐患,使之尽快暴露,并得以排解。假如产品没有经过环境应力筛选,从时间0就交付正式使用,那么从0~t0都是它的“早期故障期”,可能是几个月,也可能为几年或更长,其间都是产品故障的高发期。而采用环境应力筛选技术,其目的就是想通过早期故障的快速暴露,加快“早期故障期”的进程,如缩短到几十或几百小时(见图1,点),使产品快速达到故障低发区后,才交付正式使用。
t
故障率
t0
t0’
0
λ0
环境应力筛选
图1 产品的早期故障期
然而采用环境应力筛选技术,不可能无限制地下降产品故障率(见图1),即当产品的故障率逐渐下降,并赴于稳定状态后,即使延长环境应力筛选的时间,也是不可能再使产品的故障率得到进一步下降。其原因是在产品的制造过程中,由于偶然原因形成的缺陷而引发的故障被排解后的,由于产品固有的设计水平、配套元器件和材料的等级,以及制造过程中存在的系统性问题所形成的缺陷是全体产品共有的,它们决定了产品的固有可靠性。而筛选技术只是用于剔除和排解个别产品的偶然性问题,却不能解决全体产品共存的薄弱环节,因此必须采取可靠性增长技术来提高产品的固有可靠性。
可靠性增长工作的基本做法是根据故障发生的原因,通过优化产品设计、优选配套元器件和材料、以及改进生产工艺等途径,从根本上提高产品的固有可靠性,降低使用期的故障率(见图2所示)。当然经过可靠性增长的产品,其固有可靠性将得到很大提高,但是作为一新研或批量生产的产品,它同样存在早期故障,因此仍需要采用环境应力筛选技术来激发它的早期故障隐患,使之快速进入故障稳定期,以投入正式使用。
(使用期)
(早期)
t
t0
0
λ1
λ0
增长前
增长后
故障率
图2 产品的可靠性增长
可靠性增长试验是产品可靠性增长工作中常用的工程方法。近年来随着我国可靠性工作的不断深入和对产品的可靠性要求的不断提高,很多产品研制部门已将可靠性增长试验,正式作为产品工程研制阶段的一项重要的可靠性工作项目。其目的是为了有效地提高产品可靠性设计水平和工艺制造水平,以及促进配套元器件和材料的优选工作,使产品的可靠性得到系统性地提高,早日达到预期有目标。

一般来说,一个刚完成研制的产品,其可靠性一般只能达到其成熟阶段水平的10%左右,其内部隐藏着大量的故障隐患,包括配套元器件的质量、设计上的失误、不成熟的制造工艺,以及生产管理上的差错造成的问题等等,必须在批生产前得以解决。据国内、外资料统计表明:要使产品达到预期的可靠性水平,一般需要投入5~25倍MTBF目标值的可靠性增长试验时间,对此必须要有相当的人力、物力和经费投入,要做好科学、合理的计划安排,并应在有关部门的共同配合下才能开展。
当产品经过一定时间的环境应力筛选,“早期故障”被基本排解后,就可进入可靠性增长试验阶段。可靠性增长试验的一般方法是采用:“试验—分析—纠正—再试验”的工作模式,(即TAAT),其基本工作步骤如下:
制定试验计划
开展可靠性增长试验工作前,首先要了解产品当前的可靠性水平(可根据现场使用情况,或可靠性摸底试验的结果推断),以及产品预期要达到的可靠性目标,由此根据可投入的资源,包括样品、试验设备、试验经费和时间、人力等等、制订出工作计划,以计划增长曲线为基准,选用合适的可靠性增长模型开展试验。
可靠性增长试验
试验以诱发产品在实际使用条件下可能发生的故障隐患为目的,科学、合理地选择试验条件和试验项目。目前常用于产品可靠性增长的试验手段是采用温度+湿度+振动的综合环境试验,它可以有效地激发产品在实际使用中暴露出的大部分故障模式,这已被国内、外大量试验范例所证实。当然可靠性增长试验也可以结合其它类型的试验一起进行。
故障分析与改进
必须对试验中暴露出来的产品故障开展故障定位与故障机理的分析。产品可靠性增长的内涵是要提高产品固有的可靠性水平,而要提高其固有可靠性关键是要找出存在于产品中的共有的故障隐患,或称系统性故障,只要当这些系统性故障被发现、被纠正后,产品固有的可靠性才能得