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應(yīng)用強(qiáng)化試驗(yàn)的必要性

技術(shù)的發(fā)展使機(jī)載電子產(chǎn)品的功能越來(lái)越全面，隨之而來(lái)的是其要求的提高：大量新技術(shù)的應(yīng)用導(dǎo)致產(chǎn)品更為復(fù)雜和集成度更高；高機(jī)動(dòng)能力導(dǎo)致產(chǎn)品所處的環(huán)境條件更加惡劣；多任務(wù)平臺(tái)能力導(dǎo)致產(chǎn)品經(jīng)受環(huán)境特征具有多樣性；高可靠要求，導(dǎo)致產(chǎn)品組成單元的基本可靠性要求非常高。

隨著機(jī)載電子產(chǎn)品的可靠性水平越來(lái)越高、研制和生產(chǎn)周期越來(lái)越短，完全按傳統(tǒng)的環(huán)境模擬試驗(yàn)對(duì)軍用電子設(shè)備進(jìn)行可靠性驗(yàn)收試驗(yàn)，對(duì)可靠性指標(biāo)要求較高的新研或改型設(shè)備，無(wú)論是試驗(yàn)時(shí)間還是試驗(yàn)費(fèi)用等都難以保證。

應(yīng)用傳統(tǒng)的可靠性試驗(yàn)方法，將會(huì)面臨試驗(yàn)效率低、暴露問(wèn)題試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)和不徹底的題，最終導(dǎo)致設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)，影響研制進(jìn)度和增加了研制費(fèi)用。

研究一套操作性好、快速有效的，特別是滿足機(jī)載電子產(chǎn)品可靠性發(fā)展需求的可靠性試驗(yàn)方法,已成為我國(guó)軍工電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)定型工作的急需。

可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)是目前國(guó)際上最流行的可靠性試驗(yàn)技術(shù)之一，是一種全新概念的可靠性試驗(yàn)技術(shù)。采取強(qiáng)化環(huán)境條件，激發(fā)效率高，能快速激發(fā)出產(chǎn)品的潛在缺陷，消除隱患，加固薄弱環(huán)節(jié)，提高產(chǎn)品的使用質(zhì)量和可靠性，加快產(chǎn)品研制和交付的周期；

不考慮產(chǎn)品應(yīng)用的平臺(tái)環(huán)境，目的是盡快激發(fā)現(xiàn)場(chǎng)可能存在的隱患和尋找極限應(yīng)力，健壯產(chǎn)品設(shè)計(jì)；是解決高可靠產(chǎn)品的試驗(yàn)與經(jīng)費(fèi)進(jìn)度之間的矛盾的有效方法。

案例1：從A、B慣導(dǎo)電子部件與系統(tǒng)可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)的試驗(yàn)時(shí)間來(lái)看，四次可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)的時(shí)間分別為54小時(shí)、109.4小時(shí)、51小時(shí)和147.3小時(shí)，平均時(shí)間僅為90.4小時(shí)。若不考慮慣導(dǎo)系統(tǒng)可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)中由于慣導(dǎo)系統(tǒng)測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)的情況，電子產(chǎn)品的可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)時(shí)間一般在60小時(shí)左右，耗時(shí)極短，具有推廣應(yīng)用的價(jià)值。                           

 

案例2：從A、B慣導(dǎo)電子部件與系統(tǒng)可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)的實(shí)施過(guò)程與結(jié)果來(lái)看，可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)激發(fā)故障率達(dá)到0.091個(gè)/小時(shí)，而近5年來(lái)電子五所承擔(dān)的近92項(xiàng)空軍裝備可靠性試驗(yàn)總試驗(yàn)時(shí)間為63467.26臺(tái)時(shí)、出現(xiàn)故障數(shù)61個(gè)，激發(fā)故障率僅為0.00096個(gè)/小時(shí)，可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)是傳統(tǒng)可靠性試驗(yàn)的近100倍。

因此，根據(jù)我國(guó)軍工科研特點(diǎn)，研究了一套符合我國(guó)國(guó)情的可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)應(yīng)用方法，制訂相應(yīng)的可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)技術(shù)規(guī)范，為我國(guó)軍工電子產(chǎn)品的可靠性提高提供新的、可操作的試驗(yàn)手段；并能指導(dǎo)研制廠所應(yīng)用可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)，提高產(chǎn)品的使用質(zhì)量和可靠性，加快產(chǎn)品研制和交付的周期。

 

 

強(qiáng)化試驗(yàn)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

 

1、國(guó)外發(fā)展情況

九十年代末，可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)技術(shù)相繼在通訊、電子、電腦、能源、汽車等工業(yè)部門的零件上推廣應(yīng)用。如福特汽車、通用、惠普公司等。在軍工、航空、航天方面的應(yīng)用要晚一些，其中最著名的就是波音公司在波音777飛機(jī)電子設(shè)備上的應(yīng)用獲得成功軍事上，美國(guó)國(guó)防部在“美國(guó)空軍2025”中提出，可靠性試驗(yàn)要提高試驗(yàn)的效率，減少無(wú)用的試驗(yàn)時(shí)間。其中，縮短暴露故障的時(shí)間是其主要的目標(biāo)

 

2、國(guó)內(nèi)發(fā)展情況

   可靠性強(qiáng)20世紀(jì)90年代中后期，國(guó)內(nèi)可靠性工程界才開(kāi)始關(guān)注國(guó)外可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)技術(shù)的研究和應(yīng)用動(dòng)態(tài)，并發(fā)表了關(guān)于可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)技術(shù)的綜述性和介紹性文章，但對(duì)可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)技術(shù)并沒(méi)有開(kāi)展實(shí)質(zhì)性的研究；

化試驗(yàn)對(duì)于許多機(jī)電產(chǎn)品制造公司還是一個(gè)陌生的概念，其應(yīng)用更幾乎是空白。

直到2000年后，國(guó)內(nèi)少數(shù)單位先后引進(jìn)能滿足可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)需要的高加速綜合環(huán)境試驗(yàn)系統(tǒng)后，我國(guó)關(guān)于可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)技術(shù)的研究才真正起步，并逐漸進(jìn)入工程應(yīng)用。

   由于國(guó)際貿(mào)易需求，國(guó)內(nèi)企業(yè)已越來(lái)越強(qiáng)烈地感受到，如果再用傳統(tǒng)的方法控制生產(chǎn)，產(chǎn)品帶著設(shè)計(jì)、工藝缺陷投入使用，帶來(lái)的后果就是產(chǎn)品可靠性水平低，保障維修費(fèi)用大。為此，珠三角某些大型民用通訊、電子整機(jī)企業(yè)在激烈的競(jìng)爭(zhēng)下，也開(kāi)始采用可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)這一技術(shù)提高產(chǎn)品可靠性來(lái)增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。僅是參考或直接引用國(guó)外企業(yè)制定的要求進(jìn)行試驗(yàn)，尚未形成自己的規(guī)范或要求。

軍工企業(yè)只有少數(shù)單位進(jìn)行可靠性強(qiáng)化技術(shù)探索，也沒(méi)有形成相應(yīng)規(guī)范，導(dǎo)致了可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)技術(shù)在我國(guó)軍工企業(yè)應(yīng)用并不廣泛。

 

強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)和步驟

  采用對(duì)受試產(chǎn)品系統(tǒng)地施加步進(jìn)應(yīng)力的方法,讓受試產(chǎn)品承受逐步增加的環(huán)境應(yīng)力(振動(dòng)、溫度等) 、附加應(yīng)力(電源周期通斷、電壓拉偏和頻率拉偏等) 和工作應(yīng)力來(lái)快速激發(fā)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)缺陷,暴露設(shè)計(jì)薄弱環(huán)節(jié),確定產(chǎn)品的工作極限和破壞極限,從而在短期內(nèi)為產(chǎn)品改進(jìn)設(shè)計(jì)提供信息。在應(yīng)力步進(jìn)施加過(guò)程中各量級(jí)應(yīng)力可以大大超出技術(shù)規(guī)范極限。

  可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)的顯著效果得益于應(yīng)力的強(qiáng)化,傳統(tǒng)的試驗(yàn)設(shè)備不能滿足這種要求,只有在高效率的試驗(yàn)設(shè)備面世以后，可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)技術(shù)才得以迅速發(fā)展。

 

可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)系統(tǒng)特征：

  液氮快速制冷溫箱

  氣動(dòng)式三軸六自由度振動(dòng)臺(tái)

  多應(yīng)力綜合試驗(yàn)系統(tǒng)

液氮快速制冷溫箱

   采用液氮制冷,其極限溫度范圍可達(dá)- 100～ + 200 ℃, 溫變率可高達(dá)40～60 ℃/ min。因而, 試驗(yàn)過(guò)程一般只需要較少的幾個(gè)循環(huán)便可激發(fā)出產(chǎn)品的缺陷

多應(yīng)力綜合試驗(yàn)系統(tǒng)

      系統(tǒng)綜合了最關(guān)鍵的環(huán)境應(yīng)力:高強(qiáng)度三軸六自由度隨機(jī)振動(dòng)、高溫變率大溫度范圍的溫度循環(huán)。實(shí)踐表明在綜合應(yīng)力作用下缺陷的激發(fā)比單應(yīng)力快的多。

 

可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)前準(zhǔn)備工作：

確定試驗(yàn)時(shí)產(chǎn)品狀態(tài)；

環(huán)境響應(yīng)調(diào)查。

確定試驗(yàn)時(shí)產(chǎn)品狀態(tài)

低溫步進(jìn)、高溫步進(jìn)、溫度快速循環(huán)盡量能使用鏤空機(jī)箱

快速響應(yīng)溫度變化，考核更高效

消除產(chǎn)品內(nèi)部熱點(diǎn)，考核更充分

 

振動(dòng)步進(jìn)、綜合應(yīng)力使用真實(shí)機(jī)箱，盡量將不承力的頂蓋去掉

 

溫度步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)注意事項(xiàng)

1. 溫度步進(jìn)應(yīng)力可從受試產(chǎn)品的設(shè)計(jì)規(guī)范值開(kāi)始，如從-55℃開(kāi)始低溫步進(jìn)，從70℃開(kāi)始高溫步進(jìn)）；

2. 每步階的增加值一般不小于10℃；

3. 每步階停留時(shí)間最小為10分鐘，以便使受試產(chǎn)品上的溫度傳感器溫度與周圍溫度達(dá)到平衡狀態(tài)；

4. 在某一步階若產(chǎn)品出現(xiàn)功能或性能參數(shù)不正常，應(yīng)降低溫度應(yīng)力，觀察產(chǎn)品功能或性能參數(shù)能否恢復(fù)正常，以確認(rèn)是否達(dá)到產(chǎn)品工作極限值，例如將溫度降（升）回常溫或常溫與上下溫度工作極限之間的任何步階；

5. 一旦當(dāng)工作極限值被決定之后，就繼續(xù)增加或降低10℃的應(yīng)力值以找尋破壞極限值，無(wú)論如何當(dāng)受試產(chǎn)品不能完全達(dá)到某功能時(shí)，就必須減低所施加的溫度應(yīng)力，觀察其功能是否完全；

6. 當(dāng)發(fā)現(xiàn)工作極限值或破壞極限值時(shí)，應(yīng)盡力找尋該極限值的根本原因，若有可能則可在受試產(chǎn)品上施加更為嚴(yán)厲的環(huán)境應(yīng)力，希望發(fā)現(xiàn)更高的極限值，同時(shí)收集更多的受試產(chǎn)品的試驗(yàn)數(shù)據(jù)資料；

7. 溫度步階的停留時(shí)間應(yīng)視受試產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)體積大小而定，使溫度在受試產(chǎn)品上達(dá)到設(shè)定點(diǎn)。

 

快速溫度循環(huán)試驗(yàn)注意事項(xiàng)

1. 至少要執(zhí)行五個(gè)溫度循環(huán)周期，而溫度的變化率也要盡可能的維持最大；

2. 溫度變化的范圍應(yīng)設(shè)在低溫工作極限與高溫工作極限的5℃的范圍內(nèi)為最大的限制；

3. 階段停留時(shí)間最少為5分鐘，才可能使受試產(chǎn)品的溫度達(dá)到在溫度傳感器上所設(shè)定的溫度值。

 

1. 振動(dòng)步進(jìn)試驗(yàn)的應(yīng)力應(yīng)始于5Grms并且逐步增加5Grms直到此階段完成；

2. 每一階段所維持的時(shí)間最少為10分鐘，并同時(shí)在每階段的停留時(shí)間進(jìn)行功能或性能測(cè)試；

3. 持續(xù)執(zhí)行振動(dòng)步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)直到受試產(chǎn)品的工作極限被確定或試驗(yàn)設(shè)備的最大極限值已被達(dá)到；

4. 一旦當(dāng)工作極限值被確定后，應(yīng)繼續(xù)執(zhí)行每次增加5Grms的步驟直到找到破壞極限值或到達(dá)試驗(yàn)設(shè)備的最大限制才停止試驗(yàn)，無(wú)論如何，因?yàn)槭茉嚠a(chǎn)品本身此時(shí)已無(wú)法發(fā)揮其完整的功能，故有必要減少振動(dòng)的應(yīng)力值（回復(fù)到0Grms或操作界限值內(nèi)）使能觀察其功能是否正常，當(dāng)受試產(chǎn)品的Grms值到達(dá)破壞極限值時(shí)，其功能將不再恢復(fù)正常。

 

1. 綜合環(huán)境試驗(yàn)最少需要5個(gè)循環(huán)來(lái)試驗(yàn)，除非破壞界限值在五個(gè)循環(huán)前就已被發(fā)現(xiàn)；

2. 綜合環(huán)境試驗(yàn)的溫度部份應(yīng)參照已執(zhí)行過(guò)的快速溫度變換試驗(yàn)階段確定的溫度值，每一階段的應(yīng)力停留的時(shí)間應(yīng)至少為10分鐘；

3. 綜合環(huán)境試驗(yàn)的振動(dòng)值應(yīng)將由振動(dòng)試驗(yàn)所得的最大振動(dòng)值除以5加以試驗(yàn)，而每1個(gè)循環(huán)增加相同的振動(dòng)值；

4. 在每個(gè)臺(tái)階的停留時(shí)間中都必須執(zhí)行功能測(cè)試，而停留時(shí)間的延長(zhǎng)可視功能測(cè)試而定。

 

缺陷處理原則

§ 產(chǎn)品規(guī)范規(guī)定的應(yīng)力水平之內(nèi)發(fā)現(xiàn)的產(chǎn)品缺陷和短板必須改進(jìn)

§ 產(chǎn)品規(guī)范規(guī)定的應(yīng)力水平之外發(fā)現(xiàn)的產(chǎn)品缺陷和短板，原則上也必須改進(jìn)，但受原材料、元器件等水平的限制而不能進(jìn)行改進(jìn)的，需給出論證報(bào)告

§ 所有的失效，必須查明原因，搞清失效機(jī)理，若為元器件失效，必須進(jìn)行失效分析

§ 受技術(shù)發(fā)展水平、認(rèn)識(shí)水平限制，短期內(nèi)不能改進(jìn)的缺陷和短板，所內(nèi)需專題立項(xiàng)，進(jìn)行長(zhǎng)期技術(shù)攻關(guān)

 

§ 所有的改進(jìn)，采取措施后必須進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證

§ 驗(yàn)證有效的改進(jìn)措施由產(chǎn)品設(shè)計(jì)師系統(tǒng)在現(xiàn)有產(chǎn)品和后續(xù)新研產(chǎn)品中進(jìn)行落實(shí)和推廣

強(qiáng)化試驗(yàn)注意事項(xiàng)：

1）強(qiáng)化試驗(yàn)的層次性要求

電子產(chǎn)品的強(qiáng)化試驗(yàn)可以在元器件級(jí)、印制電路板級(jí)、單元級(jí)和設(shè)備級(jí)進(jìn)行,在強(qiáng)化試驗(yàn)過(guò)程中只有按照這種由低到高的層次關(guān)系進(jìn)行試驗(yàn),才能充分暴露產(chǎn)品中的缺陷,更準(zhǔn)確的分析產(chǎn)生這些缺陷的根本原因,確定下一層次試驗(yàn)的試驗(yàn)方案,得到最佳的試驗(yàn)效果,從而使產(chǎn)品的可靠性從根本上得到保障。

• 2）試驗(yàn)夾具

• 在強(qiáng)化試驗(yàn)中使用的夾具不是模仿產(chǎn)品實(shí)際使用中安裝方式來(lái)設(shè)計(jì)的。而是要最大限度地將能量傳輸?shù)疆a(chǎn)品上以加速故障的析出。這就是說(shuō)，簡(jiǎn)單、便宜的夾具只要能盡可能緊地將受試產(chǎn)品固定在振動(dòng)臺(tái)上就行了。下圖就是典型的強(qiáng)化試驗(yàn)用的夾具，要保證有最大的氣流流經(jīng)受試樣品，產(chǎn)品不是直接放在臺(tái)面上而是置于一個(gè)鋁制的U型槽內(nèi)，然后再用幾個(gè)U型橫條夾住樣品，用全螺紋的螺桿和螺釘固定再臺(tái)面上。

 

3）強(qiáng)化試驗(yàn)結(jié)果處理    

       強(qiáng)化試驗(yàn)完成后,要建立保存強(qiáng)化試驗(yàn)所得到的各種有用信息的數(shù)據(jù)庫(kù)，這些信息包括:

• 強(qiáng)化試驗(yàn)中所施加的應(yīng)力類型、應(yīng)力量級(jí)、步進(jìn)增量以及在試驗(yàn)中這些參數(shù)的優(yōu)化過(guò)程；

• 試驗(yàn)過(guò)程中的故障監(jiān)測(cè)方式(目測(cè)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、診斷等) ；

• 試驗(yàn)所得到的產(chǎn)品工作極限、破壞極限、失效類型；

• 試驗(yàn)后對(duì)產(chǎn)品缺陷所采取的改進(jìn)措施以及通過(guò)強(qiáng)化試驗(yàn)產(chǎn)品可靠性增長(zhǎng)過(guò)程的總結(jié)等。

• 4）強(qiáng)化試驗(yàn)數(shù)據(jù)積累

• 根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中所記錄的強(qiáng)化試驗(yàn)過(guò)程中,在各種環(huán)境應(yīng)力和工作應(yīng)力作用下出現(xiàn)的失效類型和改進(jìn)措施,可以分析產(chǎn)品改進(jìn)或其他條件變化對(duì)產(chǎn)品可靠性帶來(lái)的影響,這些變化包括:工程設(shè)計(jì)的改進(jìn)、器件特性參數(shù)的變化、使用標(biāo)稱參數(shù)不完全相同的新供應(yīng)商的器件,或者不足的工作裕量、生產(chǎn)過(guò)程的失控、使用了一批與生產(chǎn)日期和批次相關(guān)的不好的器件等常見(jiàn)因素。這樣可以借鑒這些信息用來(lái)分析和改進(jìn)與該產(chǎn)品類型相同的其他產(chǎn)品。

• 數(shù)據(jù)庫(kù)中記錄的產(chǎn)品工作極限和破壞極限,一方面可以為以后本產(chǎn)品或同類產(chǎn)品的強(qiáng)化提供參考,以選擇到合適的振動(dòng)和溫度應(yīng)力量級(jí),并可以指導(dǎo)換代產(chǎn)品的強(qiáng)化試驗(yàn);另一方面,還可以通過(guò)比較各間段產(chǎn)品的這些基本信息,來(lái)判定產(chǎn)品質(zhì)量的改進(jìn)和退化。

 

強(qiáng)化試驗(yàn)的典型案例

根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，電子部件的環(huán)境適應(yīng)性及可靠性要明顯高于慣性平臺(tái)的環(huán)境適應(yīng)性及可靠性，為了充分暴露電子部件的缺陷，強(qiáng)化試驗(yàn)分兩步進(jìn)行研究：

◆電子部件的試驗(yàn)

◆系統(tǒng)試驗(yàn)

 

可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)激發(fā)的故障絕大部分都是可以改進(jìn)的

可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)中，A慣導(dǎo)共計(jì)故障13個(gè)，10個(gè)已制定改進(jìn)措施并驗(yàn)證有效，另外3個(gè)故障中2個(gè)為器件選型問(wèn)題，該類高精度器件已經(jīng)到了工作極限，難以選到更寬溫度范圍的同類器件，目前不做設(shè)計(jì)更改；另外1個(gè)故障糾正措施的制定還需進(jìn)一步攻關(guān)，針對(duì)其已制定攻關(guān)行動(dòng)計(jì)劃。B慣導(dǎo)共計(jì)故障17個(gè)，16個(gè)已制定改進(jìn)措施并驗(yàn)證有效，另外1個(gè)故障已定位但糾正措施未制定，還需進(jìn)一步攻關(guān)，針對(duì)其已制定攻關(guān)行動(dòng)計(jì)劃。從以上情況可以看出30個(gè)故障中僅2個(gè)故障需要進(jìn)一步公關(guān)，剩余28個(gè)故障全部進(jìn)行了糾正措施或者處理，所以可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)激發(fā)的故障絕大部分都是可以改進(jìn)的。