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    • 可靠性研制试验

      可靠性研制试验

      问题提出

      国军标GJB 450A-2004在代替GJB 450-1988的基础上增补了一些新的要求,在“可靠性试验与评价”中增加了“可靠性研制试验”。

      GJB 450A提出,“可靠性研制试验”与产品的“研制试验”尽可能结合进行,可靠性研制试验的应力是环境应力和工作载荷,应力的施加可采用加速应力,以识别薄弱环节并诱发故障或验证设计余量,试验的对象是可靠性关键产品。但目前还没有相应的标准或规范来确定可靠性研制试验的试验方法,以及如何与研制试验相结合。

      可靠性研制试验是什么?

      基本概念

      可靠性研制试验Reliability Development TestRDT),通过对产品施加一定的环境应力和(或)工作载荷,寻找产品中的潜在缺陷,以进一步改进设计,提高产品固有可靠性的一系列实验。可靠性研制试验是一个试验—分析—改进(TAAF)的过程。

      这种试验事先不需要确定可靠性增长模型,不需要确定定量的可靠性增长目标,试验后也不要求对产品的可靠性作出定量评估。它以找出产品的设计、材料与工艺缺陷,和对采用的纠正措施的有效性进行试验验证为主要目的。它对试验样机的技术状态,试验用的环境条件等无严格的要求。

      产品在研制、生产过程中都可开展可靠性研制试验,但在研制阶段的早期进行更适宜。可靠性研制试验可在实际的、模拟的或加速的环境下进行,试验中所用应力的种类、量值和施加方式可根据受试产品本身特性、预期使用环境的特性和可提供的试验设备的能力等来决定。 

      基本要求

      a)研制方在研制阶段应尽早开展可靠性研制试验,通过试验、分析、改进(TAAF)过程来提高产品的可靠性。

      b)可靠性研制试验是产品研制试验的组成部分,应尽可能与产品的研制试验结合进行。

      c)研制方应制定可靠性研制试验方案,并对可靠性关键产品,尤其是新技术含量较高的产品实施可靠性研制试验。必要时,可靠性研制试验方案应经订购方认可。

      d)可靠性研制试验可采用加速应力进行,以尽快找出产品的薄弱环节或验证设计余量。

      e)对试验中发生的故障均应纳入故障报告、分析和纠正系统(FRACAS),并对试验后产品的可靠性状况作出说明。

      试验分类

      目前,根据国内外工程实践,可靠性研制试验根据试验的直接目的和所处的阶段以及施加的应力水平,可分为可靠性增长摸底试验(或可靠性摸底试验)、可靠性强化试验(RET)或高加速寿命试验(HALT)等,也包括结合性能试验、环境试验而开展的可靠性研制试验。 

      适用时机

      研制方在工程研制阶段应尽早开展可靠性研制试验,通过试验、分析与改进(TAAF)过程来提高产品固有可靠性。在工程研制阶段的早期一般进行可靠性强化试验;在工程研制阶段的中期,根据型号研制需要进行可靠性增长摸底试验。

      a)工程研制阶段早期

      在产品工程研制阶段的早期,一般采用可靠性强化试验,试验目的侧重于充分暴露设计缺陷,通过采取纠正措施,以提高产品可靠性,因此,大多采用加速环境应力,加速环境应力可以采用单应力步进加速或多应力同时步进加速。

      b)工程研制阶段中期

      在产品工程研制的中期,可靠性研制试验目的侧重于保证型号首次现场试验成功性,试验条件尽可能模拟实际使用条件,大部分采用综合环境条件,如采用可靠性增长摸底试验。

      可靠性研制试验特点

      可靠性研制试验是一种典型的TAAF过程。它既无规定要达到的可靠性定量目标,又不对施加的环境应力量值及其时间进行具体规定,仅要求通过施加应力种类和工作载荷来激发产品的设计和工艺缺陷并加以改进,进而使可靠性得以提高。可靠性研制试验是产品研制试验的组成部分,应尽可能与产品的研制试验结合进行。产品按设计图纸制成硬件后,在设计进行一系列功能试验、性能试验、环境试验、安全性试验、电磁兼容性试验时,尽量考虑能否考核到可靠性的要求,试验中发现设计和工艺缺陷后,通过对这些缺陷分析是否有可靠性设计不周,采取纠正措施时考虑是否在设计中采取可靠性措施,如高温试验中发现产品有性能指标超标问题,不仅要解决高温时性能指标超标问题,还要考虑产品长时间在高温下性能指标能否保证合格。

      应力施加

      可靠性研制试验的应力可根据产品特性、需提高可靠性的大致幅度、试验设备条件、经费和进度等因素进行确定。使用的应力(如温度应力、振动应力、湿度应力和其他应力)既可依次单独施加,也可组合或综合施加;既可模拟真实应力施加,也可使用加速应力施加,一般使用加速应力,但加速应力的强度应不会激发出现使用中不会出现的故障模式。

      可靠性增长摸底试验

      可靠性增长摸底试验是根据我国国情开展的一种可靠性研制试验。它是一种以可靠性增长为目的,无增长模型,也不确定增长目标值的短时间可靠性增长试验。其试验的目的是在模拟实际使用的综合应力条件下,用较短的时间、较少的费用,暴露产品的潜在缺陷,并及时采取纠正措施,使产品的可靠性水平得到增长,保证产品具有一定的可靠性水平和安全,同时为产品以后的可靠性工作提供信息。可靠性增长摸底试验一般在产品有了试验件后就应尽早进行。

      试验对象

      任何一个武器装备的研制过程,都不可能对构成装备的各项产品全部进行可靠性增长摸底试验。因此,必须考虑产品本身的结构特点、重要度、技术特点、复杂程度以及经费的多少等因素综合权衡来确定可靠性增长摸底试验的对象。

      a)产品的结构特点

      由于机械产品的寿命大多数呈非指数分布,其故障多发区一般集中在耗损阶段,因此对其安排增长摸底试验意义不大。电子产品寿命基本上服从指数分布,且试验环境易于模拟。因此,可靠性增长摸底试验的对象主要是电子产品。对于部分机电产品,如果试验条件允许,也可安排可靠性增长摸底试验。

      b)产品的重要度

      对于重要度较高的关键产品,为了确保产品在研制初期具有一定的可靠性水平和安全,应安排可靠性增长摸底试验。例如,航空机载II类或关键III类产品。对于重要度较低的产品(例如,航空机载一般III类或III类以下产品),其可靠度主要通过可靠性设计分析来保证,一般不必安排可靠性增长摸底试验。

      c)产品的技术特点

      对于采用了大量的新技术、新材料、新工艺,技术跨度大,缺乏继承性等技术特点的新研产品,应安排可靠性增长摸底试验,并根据增长摸底试验的情况,确定可靠性较为薄弱的关键产品,进而安排可靠性增长试验。对于采用新设计较少,技术跨度较小,继承性较高,设计较为成熟,初始可靠性水平较高的产品,一般不安排可靠性增长摸底试验。

      d)产品的复杂程度

      对于所使用的电子元器件数量和种类较少的产品,其可靠性可通过设计过程的可靠性分析来保证。这种产品在短时间内发生故障的概率很低,对它们安排可靠性增长摸底试验的意义不大;对于所使用的电子元器件数量和种类较多的关键复杂产品,应优先安排可靠性增长摸底试验。

      因此,建议可靠性增长摸底试验以较为复杂的、重要度较高的、无继承性的新研或改型电子产品为主要对象,类似的机电产品也可适当考虑。

      试验时间

      应根据以往同类产品试验时故障发生情况,以及新研产品在设计中可靠性工作的开展情况,来确定产品可靠性增长摸底试验的时间。

      根据我国目前产品可靠性水平及工程经验,通常可靠性增长摸底试验的试验时间取100200小时较为合适。可以对某一型号研制统一规定,也可以根据产品复杂程度、重要度、技术特点、可靠性要求等因素对各种产品分别确定试验时间。若分别确定试验时间,通常可取设计定型最低可接受值的20%30%左右。

      试验剖面

      应模拟产品实际的使用条件制定试验剖面,包括环境条件、工作条件和使用维护条件。由于可靠性增长摸底试验是在产品研制阶段的初期实施,不可能有实测数据。因此,一般按GJB 899-90《可靠性鉴定和验收试验》确定试验剖面。在不破坏产品且不会有引起与现场使用时不相符的故障的前提下,可以使用加速应力。

      受试产品

      受试产品应具备产品规范要求的功能和性能。受试产品在设计、材料、结构与布局及工艺等方面应能基本反映将来生产的产品。

      实施要点

      a)在可靠性增长摸底试验前,必须完成可靠性预计、FMECA等可靠性设计工作,同批产品应完成所规定的环境试验项目及环境应力筛选。

      b)产品的技术状态应满足可靠性增长摸底试验的要求。

      c)试验过程中的产品监测记录应完整,以保证为分析故障原因提供准确、真实的信息。

      资料来源:可靠性知识

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