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在產(chǎn)品研發(fā)與制造中，可靠度是衡量產(chǎn)品時(shí)間績(jī)效品質(zhì)的核心指標(biāo)，而壽命試驗(yàn)則是獲取可靠度數(shù)據(jù)、暴露產(chǎn)品潛在問(wèn)題的關(guān)鍵手段。無(wú)論是軍用裝備的極端環(huán)境適配，還是民用家電的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，都離不開(kāi)科學(xué)的壽命試驗(yàn)規(guī)劃。今天，我從理論到實(shí)操，全面拆解壽命試驗(yàn)規(guī)劃技術(shù)，幫你快速掌握核心要點(diǎn)。

一、壽命試驗(yàn)基礎(chǔ)：先搞懂 3 個(gè)核心問(wèn)題

 

1. 為什么要做壽命試驗(yàn)？

 

壽命試驗(yàn)的核心目的是驗(yàn)證產(chǎn)品在規(guī)定時(shí)間和條件下的可靠度水平，具體包括 5 個(gè)維度：

 

評(píng)估產(chǎn)品可靠度等級(jí)，確認(rèn)是否滿足設(shè)計(jì)要求；

 

驗(yàn)證產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力，比如高低溫、振動(dòng)等；

 

剔除早期失效產(chǎn)品，篩選出合格批次；

 

掌握產(chǎn)品失效規(guī)律，為設(shè)計(jì)優(yōu)化、生產(chǎn)管控提供數(shù)據(jù)支撐；

 

暴露產(chǎn)品薄弱環(huán)節(jié)，推動(dòng)可靠度持續(xù)提升。

 

簡(jiǎn)單說(shuō)，壽命試驗(yàn)就是產(chǎn)品的 “耐力測(cè)試”，提前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，避免交付后出現(xiàn)故障。

 

2. 壽命試驗(yàn)的核心規(guī)格是什么？

 

壽命試驗(yàn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要圍繞 3 個(gè)核心參數(shù)：

 

失效率（λ）：多用于電子零組件，反映單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)品失效的概率；

 

平均失效間隔時(shí)間（MTBF）：適用于整機(jī)或系統(tǒng)，指兩次失效之間的平均時(shí)間；

 

平均壽命（mean life）：通用指標(biāo)，反映產(chǎn)品的平均使用時(shí)長(zhǎng)。

 

試驗(yàn)邏輯很簡(jiǎn)單：選取一定數(shù)量的試件，施加規(guī)定的工作和環(huán)境應(yīng)力，記錄操作時(shí)間與失效次數(shù)，再通過(guò)數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法推算上述參數(shù)。

 

3. 壽命試驗(yàn)的完整工作流程

 

從規(guī)劃到落地，壽命試驗(yàn)遵循固定流程，確保結(jié)果可靠：

 

1.制定試驗(yàn)方案：明確試驗(yàn)輪廓（應(yīng)力時(shí)序）、試驗(yàn)條件、試驗(yàn)程序；

 

2.試驗(yàn)準(zhǔn)備：準(zhǔn)備試件、校準(zhǔn)設(shè)備、確認(rèn)試驗(yàn)環(huán)境；

 

3.試驗(yàn)執(zhí)行與記錄：按方案施加應(yīng)力，實(shí)時(shí)記錄性能數(shù)據(jù)和失效情況；

 

4.失效分析：對(duì)失效產(chǎn)品進(jìn)行原因排查，區(qū)分失效類型；

 

5.數(shù)據(jù)處理：通過(guò)統(tǒng)計(jì)方法驗(yàn)證壽命分布假設(shè)，推定可靠度指標(biāo)；

 

6.出具報(bào)告：總結(jié)試驗(yàn)結(jié)果，提出設(shè)計(jì)改進(jìn)或質(zhì)量管控建議。

 

二、操作壽命試驗(yàn)：按場(chǎng)景精準(zhǔn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)輪廓

 

操作壽命試驗(yàn)是最貼近產(chǎn)品實(shí)際使用場(chǎng)景的試驗(yàn)，核心是構(gòu)建 “復(fù)合環(huán)境試驗(yàn)輪廓”（即按時(shí)間序列組合的工作應(yīng)力和環(huán)境應(yīng)力），分為軍用裝備和民用裝備兩大類。

 

1. 軍用裝備：適配極端環(huán)境與復(fù)雜任務(wù)

 

軍用裝備試驗(yàn)主要依據(jù) MIL-STD-781、MIL-HDBK-781 標(biāo)準(zhǔn)，按用途分為陸上固定、陸上機(jī)動(dòng)、船舶、飛機(jī)等類型，核心要點(diǎn)如下：

 

陸上固定裝備（如機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備）：24 小時(shí)為一個(gè)試驗(yàn)周期，電壓按正常 50%、最高 25%、最低 25% 分配，運(yùn)輸前需做 20 分鐘振動(dòng)試驗(yàn)（2.2Gpk，20-60Hz）；

 

陸上機(jī)動(dòng)裝備（如車載設(shè)備）：需考慮振動(dòng)、高低溫復(fù)合應(yīng)力，振動(dòng)采用正弦掃描（5-200Hz/5-500Hz），溫度覆蓋 - 54℃（全球通用）至 + 85℃；

 

核心原則：模擬運(yùn)輸、存儲(chǔ)、作戰(zhàn)全生命周期，應(yīng)力水平高于民用產(chǎn)品，確保極端環(huán)境下的可靠性。

 

2. 民用裝備：貼合日常使用場(chǎng)景

 

民用裝備試驗(yàn)參考 IEC 605 系列標(biāo)準(zhǔn)，按使用環(huán)境和模擬程度分類，重點(diǎn)關(guān)注實(shí)用性：

 

低模擬程度（如家用小家電）：簡(jiǎn)化環(huán)境參數(shù)，溫度控制在 19-27℃，濕度 25%-65%，僅模擬日常開(kāi)關(guān)、搬運(yùn)的沖擊應(yīng)力；

 

高模擬程度（如工業(yè)控制設(shè)備）：需考慮電壓波動(dòng)（±7%~±10%）、暫態(tài)電壓干擾、低水平振動(dòng)，溫度范圍擴(kuò)展至 5-40℃；

 

核心原則：根據(jù)產(chǎn)品使用場(chǎng)景調(diào)整模擬精度，失效后果嚴(yán)重（如工業(yè)設(shè)備）需提高模擬程度，普通消費(fèi)品可適當(dāng)簡(jiǎn)化。

 

三、加速壽命試驗(yàn)：快速獲取壽命數(shù)據(jù)的關(guān)鍵方法

 

對(duì)于壽命長(zhǎng)的產(chǎn)品（如電子元器件、機(jī)械設(shè)備），常規(guī)壽命試驗(yàn)耗時(shí)太久，加速壽命試驗(yàn)通過(guò) “強(qiáng)化應(yīng)力” 實(shí)現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)獲取失效數(shù)據(jù)，核心是 “不改變失效機(jī)制”。

 

1. 3 種核心加速方法

 

時(shí)間加速：增加單位時(shí)間內(nèi)的動(dòng)作次數(shù)，比如開(kāi)關(guān)類產(chǎn)品，實(shí)際一年動(dòng)作 5 萬(wàn)次，試驗(yàn)中提升至 200 萬(wàn)次，實(shí)現(xiàn) 40 倍加速；

 

應(yīng)力加速：提高工作或環(huán)境應(yīng)力，比如升高溫度、加大電壓，強(qiáng)制產(chǎn)品提前失效（需注意應(yīng)力不能過(guò)高，避免產(chǎn)生新的失效模式）；

 

判定加速：收緊失效判定標(biāo)準(zhǔn)，比如將產(chǎn)品性能劣化 80% 作為壽命終點(diǎn)（實(shí)際使用中可能允許劣化 30%），縮短判定時(shí)間。

 

2. 應(yīng)力施加的 3 種方式

 

固定應(yīng)力：多組試件分別在不同固定高應(yīng)力下試驗(yàn)，直至一定數(shù)量失效；

 

步進(jìn)應(yīng)力：從低應(yīng)力逐步升高，未失效試件繼續(xù)在高應(yīng)力下試驗(yàn)；

 

逐次應(yīng)力：應(yīng)力隨時(shí)間勻速上升，適用于需快速篩選臨界應(yīng)力的場(chǎng)景。

 

3. 加速試驗(yàn)的注意事項(xiàng)

 

必須保證加速前后失效機(jī)制一致，否則數(shù)據(jù)無(wú)效；

 

應(yīng)力水平需合理，過(guò)高可能導(dǎo)致非實(shí)際使用中的失效；

 

數(shù)據(jù)推算時(shí)需結(jié)合壽命模型（如 Arrhenius 模型），確保結(jié)果貼近實(shí)際使用場(chǎng)景。

 

四、可靠度試驗(yàn)實(shí)操：從規(guī)劃到落地的關(guān)鍵步驟

 

壽命試驗(yàn)的成功與否，離不開(kāi)規(guī)范的實(shí)操流程，核心關(guān)注以下 6 個(gè)環(huán)節(jié)：

 

1. 明確試驗(yàn)規(guī)格與失效定義

 

先確定可靠度指標(biāo)（如 MTBF、失效率）、試驗(yàn)時(shí)間、環(huán)境條件；

 

區(qū)分相關(guān)失效（設(shè)計(jì)缺陷、制造不良等，需計(jì)入統(tǒng)計(jì)）和非相關(guān)失效（安裝錯(cuò)誤、試驗(yàn)設(shè)備故障等，不計(jì)入統(tǒng)計(jì)），避免數(shù)據(jù)偏差。

 

2. 試驗(yàn)設(shè)備準(zhǔn)備與校準(zhǔn)

 

核心設(shè)備包括溫度試驗(yàn)柜（控溫精度 ±2℃）、振動(dòng)試驗(yàn)設(shè)備（誤差 ±10%）、性能量測(cè)儀器；

 

所有設(shè)備需按 MIL-STD-45662 標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)，確保精度高于量測(cè)變量的容差。

 

3. 試件安裝與性能量測(cè)

 

試件安裝需模擬實(shí)際使用狀態(tài)，比如車載設(shè)備按裝車角度固定；

 

定期量測(cè)性能參數(shù)，失效時(shí)間無(wú)法確定時(shí)，按最后一次成功量測(cè)時(shí)間記錄。

 

4. 試驗(yàn)記錄與失效追溯

 

記錄內(nèi)容包括：試件信息、試驗(yàn)條件、性能數(shù)據(jù)、失效情況、設(shè)備狀態(tài)；

 

失效產(chǎn)品需貼標(biāo)追溯，填寫(xiě)失效報(bào)告，明確失效部位、原因。

 

5. 失效分析與改正行動(dòng)

 

建立 FRACAS 系統(tǒng)（失效報(bào)告、分析與改正行動(dòng)系統(tǒng)），閉環(huán)處理失效問(wèn)題；

 

重大設(shè)計(jì)變更后需重新試驗(yàn)，次要變更可延續(xù)試驗(yàn)時(shí)間。

 

6. 試驗(yàn)后整修與驗(yàn)收

 

試驗(yàn)完成后更換失效組件和劣化部件，恢復(fù)產(chǎn)品正常狀態(tài)；

 

整修后需通過(guò)接收試驗(yàn)，確保產(chǎn)品符合交付要求。

 

五、總結(jié)：壽命試驗(yàn)的核心邏輯

 

壽命試驗(yàn)的本質(zhì)，是通過(guò) “模擬實(shí)際使用場(chǎng)景” 或 “強(qiáng)化應(yīng)力”，提前驗(yàn)證產(chǎn)品可靠度，為產(chǎn)品優(yōu)化和質(zhì)量管控提供數(shù)據(jù)支撐。其核心邏輯可概括為：

 

明確目標(biāo)：根據(jù)產(chǎn)品類型（軍用 / 民用）和使用場(chǎng)景，確定試驗(yàn)指標(biāo)；

 

科學(xué)設(shè)計(jì)：構(gòu)建貼合實(shí)際的試驗(yàn)輪廓，選擇合適的試驗(yàn)方法（常規(guī) / 加速）；

 

規(guī)范實(shí)操：嚴(yán)格控制試驗(yàn)條件、準(zhǔn)確記錄數(shù)據(jù)、閉環(huán)處理失效；

 

數(shù)據(jù)支撐：通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析推算可靠度指標(biāo)，指導(dǎo)設(shè)計(jì)改進(jìn)和生產(chǎn)決策。

 

無(wú)論是研發(fā)階段的產(chǎn)品驗(yàn)證，還是生產(chǎn)階段的質(zhì)量管控，壽命試驗(yàn)都是可靠性工程師的核心工具。掌握這套技術(shù)，就能從源頭提升產(chǎn)品的穩(wěn)定可靠性，減少交付后故障風(fēng)險(xiǎn)。