可靠性课件
6. 可靠性试验
Reliability Testing
6.1可靠性试验的目的和分类
6.2可靠性试验应注意的问题
6.3环境试验
6.4可靠性筛选试验
6.56.6寿命试验和加速寿命试验
6.1.1可靠性试验的目的
（1）研制阶段使产品达到预定的可靠性指标。
（2）对研制定型的产品进行可靠性鉴定。
（3）产品的生产过程中，控制产品的质量。
（4）对产品进行筛选，以提高批产品的可靠性水平。
（5）研究产品的故障机理，有利于提高产品的可靠性水平。
6.2可靠性试验应注意的问题¾试验大纲（试验目的、故障定义、故障判断、施加的应力水平、抽样数量、测试方法、测试时间、测量次数、数据处理方法等）。
¾特别注意三方面的问题
（1）需要的信息
（2）环境应力的确定
（3）试验系统的管理
6.3 环境试验
1）环境条件的分类及其对产品的影响¾
¾
¾
¾
¾气候条件：温度、湿度、风、气压、油雾等力学条件：振动、冲击、离心、碰撞、跌落等生物条件：霉菌、昆虫、啮齿动物等辐射条件：太阳紫外线、空间带电粒子等电（磁）场、闪电、雷击、核爆炸等电磁条件：
2）环境试验的方法
¾现场使用试验
¾天然暴露试验
¾人工模拟试验
（1）单项环境试验
（2）综合环境试验
•筛选方案设计原则
¾有效剔除早期失效产品，但不应使不应剔除的正常产品提高失效率。
¾为提高筛选效率，可以采用强应力筛选，但不应该产生新的失效模式。
¾筛选项目和应力不必只是模拟使用情况；¾试验设计前应对元器件供应者正常筛选效率有所掌握。
¾了解被筛选对象的特性、材料、封装及制造技术，对其失效模式有所掌握，选择暴露失效的最佳次序。
¾将不可靠产品淘汰在上机前。
4）环境应力筛选（Environment Stress Screen）¾向产品施加合理的环境应力，将其内部的潜在缺陷加速变成故障，并通过检验发现和排除的过程。
¾环境应力筛选可用于产品的研制、生产和使用各阶段。
¾该机械和电子产品中。
良好的环境应力筛选试验的特点：¾能够很快检查出潜在的缺陷，包括能检查出适当数量的固有（设计）缺陷；
¾不会引起不适当的设计故障，诱发附加的故障、消耗受筛选产品的寿命；
¾不应对制造过程的控制增加限制。
环境应力筛选与有关工作的关系
环境应力筛选与可靠性增长
前者用于揭示并排除早期故障，使批产品的可靠性接近设计固有可靠性水平；后者通过消除产品中由设计缺陷造成的故障源或降低由于设计缺陷造成的故障出现概率提高产品的固有可靠性水平。
¾环境应力筛选与可靠性统计试验
前者是后者的预处理工艺
¾环境应力筛选与生产验收
准备交付验收的批产品应100%进行环境应力筛选试验¾
¾“试验-分析-改进-再试验”
TAAF (Test, Analysis and Fix)
¾注意：
①在改进设计中有可能引进新的系统性缺陷；②对发现的缺陷，改进措施不一定能予以消除，有时只能降低其故障率。
③大部分残余缺陷可通过可靠性筛选予以消除（机械产品的磨合及电子产品的老炼等），剩下的部分残余缺陷则留在产品中，在产品的寿命周期内随机出现。
④应保持良好的可靠性设计工作，不应只依靠可靠性增长工作来改进不良设计。
常见的可靠性增长
（1）一般性的可靠性增长
（2）可靠性增长管理
a. 有一系列逐步提高的可靠性增长目标
b. 充分利用寿命周期内的各项试验和运行结果
（3）可靠性增长试验
a. 可靠性增长试验的时机和适用范围b. 对受试产品的要求与处置
c. 可靠性增长试验与可靠性鉴定试验的关系
可靠性增长试验成功至少应具备以下条件：①具有可靠性鉴定试验所规定的环境工作条件。②试验跟踪严格，故障记录完整。
③有完善的故障报告闭环系统，并对故障纠正过程有详尽可追溯的记录。
④可靠性增长试验的最终结果的评估是可信的。
•可靠性增长试验的特点
①试验对象是经环境试验的样机或生产的产品。②试验剖面是真实剖面或模拟真实剖面。
③可靠性增长试验是一项不可缺少的为提高产品可靠性的一个工作项目。
可靠性增长模型
1）Compertz 增长模型
N R(N)=ab C
N——时期序号；
R(N)——时期N 的可靠性；
a,b,c ——模型参数，0＜a ≤1, 0＜b ＜1, 0＜c ＜1当N →∞时, R (N ) →a ,可见a 为R (N ) 增长上限;
当N →0时, R (N ) →ab , 可见ab 为R (N ) 增长的初始水平. b 反映初始水平与R (N ) 增长上限的比值;
c 反映R (N ) 增长速度,c ↓→增长速度↑。
在实际工程中，用Compertz 增长模型曲线调整管理计划、改进研究策略, 使产品可靠性增长符合预期要求。
2）杜安模型（Duane ）
适用于航空电子设备及系统的可靠性增长预测¾杜安模型的前提：产品在可靠性增长过程中而使可靠性突然大幅度提高。
Duane 增长模型的表达式
λ∑(t ) =kt −α
制定可靠性增长试验方案应考虑的因素¾系统固有的MTBF 值与要求的MTBF 值。¾增长线的起始MTBF 值。
¾MTBF 增长率α。
¾增长试验所要求的总试验时间。
3）AMSAA 增长模型
AMSAA （Army materiel system analysis activity）美国陆军装备系统分析中心L.Crow 提出的，根据Duane 增长模型改进而来的。
（1）AMSAA 增长模型的表达式
F =aT
式中
b
F —时间T 内累积失效数的期望值; a —初始可靠性的函数; b —反映改进效果的函数; T—累积试验时间。
2
给定显著性水平α, 查教材表8-5 临界量值表N
C （α）
若 C
则认为拟合良好，数据符合AMSAA 模型。AMSAA 模型与Duane 模型具有内在联系，但AMSAA 模型可以直接用试验原始数据(试验时间与失效数) ，计算较为简单。
因此，目前工程上广泛采用AMSAA 模型。
2N 2N
2）寿命试验的设计问题
¾试验目的¾试验对象¾试验条件¾试验截止时间¾测试周期¾失效判据¾数据记录和处理
例题：
某种产品寿命服从指数分布，从摸底试验可知该产品在300℃、250℃和200 ℃的平均寿命分别为80h 、300h 和3000h 。现在在300℃、250℃和200 ℃做贮存试验，要求测试过程中得到的累积失效概率分别为4%，10%，20%，40%和60%，求测试时间安排。
解：
①求F(ti ) 分别为4%，10%，20%，40%和60%时的t i /θ值
可通过查表得对应的t i /θ分别为：
0.04，0.10，0.22，0.51和0.92