可靠性试验作为暴露产品缺陷、验证产品可靠性水平的重要手段,在陆军地面作战电子产品中应用广泛。常见的可靠性试验类型包括可靠性研制试验、可靠性增长试验、可靠性增长摸底试验、可靠性鉴定和验收试验。除可靠性研制试验不局限于综合应力外,其余类型均属于综合环境应力试验,通常采用的应力包括恒定温度、温度变化、振动、电应力等。可靠性试验应力的选择起到非常关键的作用,直接影响到可靠性指标是否达成。
一、确定应力的优先次序
1、实测应力
根据装备在实际使用中执行典型任务剖面时,在受试产品安装位置附近测得的数据,经过处理后确定的应力。
2、估计应力
根据处于相似位置,具有相似用途的产品在执行相似任务剖面时测得的数据,经过分析处理后确定的应力。只有在无法得到实测应力的情况下才使用估计应力。
3、参考应力
根据标准给出的应力或提供的数据、公式和方法到处的应力,只有在无法得到实测应力或估计应力的情况下才使用参考应力。
二、通常采用的应力类型
电应力;振动应力;温度应力;湿度应力;温度+湿度+振动综合应力等。
1、电应力
电应力应包括产品的通断电循环、规定的工作模式及工作周期、规定的输入标称电压及其最大的允许偏差。
2、振动应力
振动应力量值和剖面应按产品的现场使用类别、产品的安装位置和预期使用情况确定。要注意考虑振动类型、频率范围、振动量级、施加振动的方向等。
3、温度应力
温度应力应真实地模拟受试产品在使用中经历的实际环境。确定温度应力时,至少考虑以下内容:
a.起始温度(热浸、冷浸);
b.工作温度(范围、温度变化率和持续时间);
c.每个任务剖面的温度变化情况;
d.冷却气流(设备功耗、拥挤情况及冷却空气流动情况等)。
4、湿度应力
试验循环期间一般对湿度不要求,只是在需要的时候,如预计现场使用中会出现冷凝、结霜或结冰时才在试验循环的适当阶段喷入水蒸汽,来模拟使用中经历的环境条件。
5、产品工作循环
产品工作循环应模拟现场工作情况
三、可靠性试验试验应力应如何选择呢,若订购方没有规定,那么可靠性试验应该在电压输入、温度试验、振动试验、湿度试验和其他有关试验条件的综合作用下实现。这些试验条件的量值应根据设备的任务剖面和环境剖面来确定。
1、任务剖面
是对产品在完成规定任务这段时间内所经历的全部重要事件和状态的一种时序描述。它仅是寿命剖面的一部分,例如导弹的挂飞阶段和自由飞阶段。一种设备可用于执行单一任务,也可用于执行多项任务,因此,任务剖面可以是一个,也可以是多个。任务剖面决定产品在使用中将会遇到的主要环境条件的基础,它取决于设备的使用要求。
2、环境剖面
产品在贮存、运输、使用过程中将会遇到的各种主要环境参数和时间的关系图,它可以是根据任务剖面绘制。每个任务剖面对应一个环境剖面,所以环境剖面可以是一个,也可以是多个。试验剖面:它是直接供试验用的环境参数与时间的关系图,是按照一定的规则对环境剖面进行处理后得到的。
3、试验剖面试验剖面还考虑了任务剖面意外的环境条件,例如飞机起飞前地面停机和开机的温度环境。对设计用于执行一种任务的产品,试验剖面和环境剖面和任务剖面呈现一一对应的关系,对于设计用于执行多个任务的产品,应该按照一定的规则将多个试验剖面合成一个试验剖面。为了尽量真实的模拟设备在使用中遇到的实际环境,应优先选择实测应力,特别是振动应力和温度应力,当然,也可以使用估计应力。
四、示例:地面固定设备的可靠性应力选择
地面固定设备一般不进行循环试验,但在可靠性试验开始前需要对每台设备在不加电的情况下进行一次振动试验。地面固定设备一般采用电应力、振动应力、温度应力。
1、电应力:50%的时间输入电压为设计的标称电压;25%的时间输入电压为设计标称电压的上限;其余25%的时间输入电压为设计标称电压的下限。若无其他规定,则输入电压的变化范围应为标称电压的±10%。应该按照产品的使用情况来确定工作循环的时间,如产品定为每天4小时,8小时,16小时或包括定期停止工作进行维修在内的24小时的连续工作,则工作循环的时间为4小时,8小时,16小时或24小时。产品通电工作状况应占试验时间的90%。具体的断电时间段应随机选择。
2、振动应力:通常情况下,不加振动应力,但产品在可靠性试验开始前应完成运输过程中预期的振动环境试验。对于产品可能会带包装或不带包装,那么试验的时候就要注意。一般选择随机振动试验的居多,但是也会有选择正弦振动试验的。
3、温度应力:一般分为低温温度和高温温度点 (如冷浸温度-40℃,热浸温度为+85℃),如果产品装在有自动控制的空调和加温的建筑物内,则工作环境温度取20℃;若产品装在无空调的建筑物内,夏季温度很高的情况,则工作环境温度应需40℃;若产品装在无空调的建筑物内,又处于亚热带或热带时,则50%的试验时间的工作环境温度为60℃,25%时间为40℃,其他25%时间内为20℃。
4、若合同中没有明确规定,一般不需要进行湿度试验。对于有的产品可能一直处于工作状态下,那么应该整改试验期间都需要施加电应力,没有断电的时间。当然也有的设备在特殊的场合下工作,也许只涉及一种应力类型,那么就选择一种应力来做,若涉及多种应力类型,那么要尽量选择多种应力综合来做。
可靠性试验的循环时间一般都是24小时为一个周期,或者是24小时的可约小时数。可靠性试验的应力选择是可靠性试验成功与否的关键指标,若是应力选择错误,就达不到考核的可靠性指标。
五、受试产品数量的选择
1、对于可靠性鉴定试验,统计方案所需要的样品数量应按合同规定,或有承制方与订购方共同商定。若无具体规定时,至少应有两台产品进行试验。
2、对于可靠性验收试验,若订购方没有其他规定,每批产品至少应有两台进行试验。推荐的样本大小为每批产品的10%,但最多不超过20台,仅在特殊情况下才采用全数试验(100%抽样)。
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