第61可靠性试验概述课件.ppt

第6章 可靠性试验概述(1)概述 1）目的 a）发现产品在设计、材料、元器件和工艺方面的各种缺陷； b）确认是否符合可靠性定量要求,可靠性试验是产品在研制和生产阶段提高和验证可靠性的必要工作项目； c）改善产品的使用完好性、减小维修费用提供信息。 可靠性是设计出来的，是制造出来的，也是试验出来的。,2）分类,a）可靠性试验它分为工程试验（环境应力筛选试验、可靠性研制试验及可靠性增长试验）及统计试验（可靠性鉴定试验、可靠性测定试验及可靠性验收试验）； 环境应力筛选（ESS） 工程试验 可靠性研制试验 (RDT) 可靠性增长试验（RGT） 可靠性试验 可靠性鉴定试验（RQT） 统计试验 可靠性测定试验（RDT) 可靠性验收试验（PRAT） b）从试验场合，则分为实验室试验及现场可靠性试验。在这讲中，我们主要介绍实验室中进行可靠性试验的内容。,3）基本概念a)可靠性试验本身是不能提高产品可靠性;b) 可靠性试验用来寻找和发现产品在设计、材料、元器件和工 艺方面的各种缺陷、针对暴露的产品各种缺陷,在研制和生产 阶段通过改进产品的设计,才能提高产品可靠性; c) 验证产品可靠性是否满足合同规定的要求，确认是否符合可 靠性定量要求; d) 寻找和发现产品各种缺陷的试验和提高产品可靠性的试验所 加的环境应力一般为加速应力;e) 各类验证产品可靠性的试验所加的环境应力一般为正常使用 应力。,6.1 环境应力筛选（ESS）Environment stress screen,（1）作用：剔除产品缺陷及激发早期故障,在产品出厂前，有意将环境应力施加到产品上，使产品的潜在缺陷加速发展成早期故障，并加以排除，从而提高产品的可靠性。,(2) 环境应力筛选的目的,(3)环境应力筛选与试验的比较 表6-1 筛 选与试验的比较,*不包括元器件（零部件）筛 选。*其中试验是指：设计鉴定试验和可靠性验证试验。,（4）筛选对象 不同组装等级（元器件级、组件级、单元级、设备或系统级）的环境应力筛选。,各级筛选剔除缺陷过程,(5) 要求 1)各组装等级100%进行ESS，并且,能 够 很快析出缺陷 析出适当数量的固有缺陷 不 会 引起不适当的设计故障 诱发附加的故障 使设备性能下降或寿命降低 不 应 使筛选应力强度超过设计极限,2）筛选采用的环境应力类型,应力类型的选择优先采用温度循环和随机振动两者的组合。,应力,表6-2 常用的应力及其强度、费用和筛选效果,（6）温度循环和随机振动的各参数量对筛选效果的影响,1）温度循环参数量：温度范围、保持时间、温度 变化速率、循环次数。,t6,2）随机振动参数量：频率范围、加速度功率谱密度、加速度功率谱形。,表4-3 筛选前的准备工作和环境应力筛选程序,(7)环境应力筛选的应用范围,研制阶段或可靠性增长中激发材料、元器件、设计缺陷和工艺缺陷,可靠性增长试验前预处理,备 件 的 筛 选,可靠性鉴定试验前预处理,组装件的筛选,可靠性验收试验前预处理,出厂交付前的筛选,产品维修后筛选,环境应力筛选,研制阶段,生产阶段,使用阶段,6.2 可靠性增长试验 （1）可靠性增长试验概述 可靠性增长试验是产品研制阶段中单独安排的一个可靠性工作项目，作为工程研制阶段的组成部分。保证产品进入批生产前的可靠性达到预期的目标。可靠性增长试验通常安排在工程研制基本完成之后和可靠性鉴定试验之前。 可靠性增长试验是一种有目标、有计划、有增长模型的专项试验。可靠性增长试验耗费的资源相当巨大，试验总时间通常为产品预期MTBF目标值的525倍，所以,并不是任何一个产品都合适进行增长试验。,6.2 可靠性增长试验 （1）可靠性增长试验概述 可靠性增长试验是产品研制阶段中单独安排的一个可靠性工作项目，作为工程研制阶段的组成部分。保证产品进入批生产前的可靠性达到预期的目标。可靠性增长试验通常安排在工程研制基本完成之后和可靠性鉴定试验之前。 可靠性增长试验是一种有目标、有计划、有增长模型的专项试验。可靠性增长试验耗费的资源相当巨大，试验总时间通常为产品预期MTBF目标值的525倍，所以,并不是任何一个产品都合适进行增长试验。,（2）可靠性增长与可靠性增长试验的目的和一般方法,可靠性增长试验的目的是在研制阶段保证产品在进入批生产前的可靠性达到预期的目标。 可靠性增长试验的一般方法是制定增长目标、确定增长模型, 通过试验发现产品故障, 根据故障分析,改进设计的这样一个不断反复试验改进过程。,(再）试验,故障分析,再设计（纠正）,可靠性增长试验过程,杜安（DUANE）模型,累积 MTBF：,瞬时 MTBF：,式中： -截矩（增长起始点）； m-增长率。,可靠性增长模型,AMSAA模型以下不介绍，费用高不适用民用产品,6.3 可靠性研制试验 (RDT) (1)目的 通过对产品施加适当的环境应力、工作载荷,寻找产品中的设计缺陷,以改进设计,提高产品的固有可靠性水平。 (2)方法 试验、分析、改进。 (3)类型 可靠性强化试验(RET)、高加速寿命试验(HALT)、可靠性增长摸试验。 (4) 适用时机 可靠性研制试验应在产品的研制阶段尽早开展，通过试验、分析与改进的过程来提高产品的固有可靠性水平。,(5)基本要求1) 承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。2) 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。3) 承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。4) 可靠性研制试验前期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。5) 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。,(6) 工作要点1)与可靠性增长试验不同之处在于可靠性研制试验没有增长目标，只要达到诱发故障,并通过改进设计，提高产品的固有可靠性水平的目的即可。2)对于新技术含量较高的产品应安排可靠性研制试验，一般在合同中规定可靠性研制试验的项目。3)民用产品可靠性研制试验可以采用加速应力进行，以识别薄弱环节并诱发故障或验证设计余量。加速应力可采用单应力步进加速或多应力同时加速。4)在民用产品环境试验条件时，也可按照受试产品使用需要设计。,6.4 可靠性验证试验1 目的与分类 （1）目的：是确认产品是否符合合同规定的可靠性 定量要求。 （2）分类： 1）可靠性鉴定试验 为了验证设备设计是否符合规定的可靠性要求，应用能代表具有批准的技术状态的设备, 在规定的环境试验条件下进行可靠性鉴定试验。若无其他规定，则至少要用两台设备进行定时截尾试验方案的鉴定试验。统计试验方案应是订购方规定或同意的GB5080中的方案。,2)可靠性验收试验 为了确定生产的设备是否符合规定的可靠性要求，应按规定的抽样原则从各生产批次中抽取设备, 在与可靠性鉴定试验相同的环境试验条件下进行可靠性验收试验，这些受试设备应能代表其所属批次的特征。验收试验统计试验方案应从GB5080中给出的序贯截尾试验方案或定时截尾试验方案。（3）验证试验(统计试验)方案的分类指数寿命型：定时截尾、序贯截尾、定数等方案成败型：一次抽样、序贯截尾等方案,2 验证试验的可靠性度量和决策风险的术语定义 （1）可靠性的度量（指数分布） 平均故障间隔时间（MTBF）的验证区间demonstrated MTBF interval（L ，u）- 在试验条件下真实 MTBF的可能范 围，即在所规定的置信度下对MTBF的区间估计。 MTBF的观测值（点估计）observed MTBF（ ）- - 设备 总工作时间除以关联(责任)故障数。 MTBF的检验下限 lower test MTBF（1）-拒收的MTBF值。 统计试验方案以高概率拒收MTBF真值接近1的设备。,2 验证试验的可靠性度量和决策风险的术语定义 （1）可靠性的度量（指数分布） MTBF的检验上限（0）upper test MTBF（0）- 可接收的 MTBF值。它等于鉴别比d乘以MTBF检验下限1。统计试验方案 以高概率接收MTBF真值接近0的设备。 MTBF的预计值（p）predicted MTBF（p） 用规定的可靠性预计方法确定的MTBF值。它取决设备设计和使用环境，数值上应等于或大于0 ，以保证设备在可靠性试验期间能以高概率接收。,（2）判决（决策）风险 decision risk 由使用方风险、生产方风险和鉴别比组成。 使用方风险（）consumers risk（） MTFB的真值等于其检验下限1时设备被接收的概率。当 MTBF真值低于1时设备被接收的概率将低于。 生产方风险（）producers risk（） MTFB的真值等于其检验上限0时设备被拒收的概率。当 MTBF真值大于0时设备被拒收的概率将低于。 鉴别比（d） discrimination ratio（d） MTBF的检验上限0与检验下限1的比值。 d=0/1,(3)关于决策风险说明 生产方风险-MTBF的真值等于其检验上限。时设备被拒收的概率。当MTBF的真值大于。时设备被拒收的概率将低于 。 使用方风险-MTBF的真值等于其检验下限1时设备被接收的概率。当MTFB的真值低于1时设备被接收的概率将低于 。 鉴别比 d=。/1 。,鉴别比太大给产品设计带来困难，因要求预计值p。,3 验证试验方案（指数寿命型统计试验方案）(1)定时截尾统计试验方案 随机抽取一组样本量为n的样本进行可靠性鉴定试验。试验进行到累积时间达到预定值T*时截止。 设在试验过程中共出现r次故障。如果rAc(接收数)，认为批产品可靠性合格，可接收；如果rRc(拒收数)，认为批产品可靠性不合格，拒收。其方框图如图 。,定时截尾方案方框图,当已知决策风险、鉴别比, 則试验时间、判决故障数可由下表4.4查得,该表通过公式计算得到。表4-4 标准型定时试验方案简表(GJB899),（1）定时截尾统计试验方案,表4-5 短时高风险定时试验方案简表(GJB899),（1）定时截尾统计试验方案 表4-6 GB/T5080.7推荐的部分定时截尾试验方案,（2）序贯截尾试验方案,表4-7 标准型序贯试验方案简表,注：1）名义值又叫标称值，用来称呼各方案的决策风险。,（2）序贯试验方案,表4-8 短时高风险序贯试验方案简表,序贯截尾试验,拒收区,接收区,继续试验区,接收,拒 收,序贯截尾试验方案验证试验（统计试验方案）,示例2设: =20%, d=1.5判别标准（方案2）,总试验时间（1 的倍数）2）,注：1）总试验时间是所有受试设备工作时间的总和 2）实际判决时间等于标准化判决时间t乘以MTBF的检验下限1,判别标准（方案2）,表 4-9 接收拒收判决标准,注：1）总试验时间是所有受试设备工作时间的总和 2）实际判决时间等于标准化判决时间t乘以MTBF的检验下限1,表 6-10 各统计试验方案分类优缺点及适用范围,4 可靠性验证试验的条件（剖面） （1）试验剖面的制定： 从任务剖面环境剖面试验剖面 任务剖面 任务剖面是对设备在完成规定任务这段时间内所要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。 (*寿命剖面: 是产品从交付到寿命终结或退出使用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。) 环境剖面试验剖面,（2）试验应力条件确定准则 订购方应在合同中规定可靠性验证试验过程中所要施加的应力类型及其量值。 可靠性验证试验的环境条件应不同于环境试验的极值条件，它应时序地模拟受试设备在使用中经历的最主要的应力，确定应力的优先次序如下： 1）实测应力 根据设备在实际使用中执行典型任务剖面时，在其安装位置测得的数据，经过分析处理后确定的应力；,（2）试验应力条件确定准则 2）估计应力 根据处于相似位置，具有相似用途的设备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方可使用估计应力。,（2）试验应力条件确定准则 3）参考应力 标准给出的应力或按标准提供的数据、公式和方法导出的应力，只有在无法得到实测应力或估计应力的情况下方可使用参考应力。可靠性验证试验采用综合环境应力试验条件 温度应力、振动应力、湿度应力综合（可同时）施加，还加电应力（工作应力）在产品上（见完整的综合应力试验剖面图）。,5 试验结果处理(1)故障判据 在试验过程中，出现下列任何一种事件即应判为故障： 1)受试产品或产品的一部分丧失一个或几个功能； 2)产品或产品的一部分性能参数超出产品技术条件中允许的范围； 3)受试产品出现机械零部件、结构件或元器件的松动、断裂等损坏状态。 (2)可靠性试验期间试验故障分类 1) 试验期间出现所有故障应按分为关联故障和非关联故障: 非关联故障: 已经证实未按规定的条件使用而引起的故障；或已经证实仅 属于某项将不采用的设计所引起的故障,否则为关联故障。 非责任故障: 指非关联故障或事先已经规定不属某个特定组织提供的产品 的关联故障。否则为责任故障。,选定某一方案，试验结束后，按关联故障（责任故障）及总试验时间计算试验结果。关联故障（责任故障）,5 试验结果处理（4）总试验时间 设备试验时的总工作时间或受试验应力累积时间。 如有多台产品同时试验，则总试验时间为每台设备工作时间或每台受应力累积时间总和（即台时数）。 多台产品如有一台产品的累计试验时间少于全部受试产品的平均试验时间的一半（虽然达到了该方案规定的时间和接收判决故障数），则不应作出接收判决。,（5）结果处理先要给出观察值（点估计值） =T/r T设备的总试验时间 r责任故障数 要求给出产品试验MTBF的验证区间值。,要设定置信度，才能计算验证区间值，一般建议采用置信度C=（1-2）100%，根据置信度和责 任故障数，可以表查得上下限置信系数(c,r), c=(1+c)/2置信度越高，则验证时间越宽。 同样置信度下，故障数增加，验证区间变窄。 验证下限L=L（c, r） 验证上限u=u（c,r）即MTBF验证区间值。,6.5 可靠性测定试验 (1)目的: 测定设备可靠性特征值的试验。 (2)要求和方法: 1)要求: 可靠性测定试验的试验条件(工作和环境条件)、受试设备性能、故障定义与可靠性验证试验相同(见国标GB5080.1设备可靠性试验总要求)。 2)方法: 可靠性测定试验的受试设备抽样、试验前准备、试验测试及试验程序、故障维修与可靠性验证试验相同(见上述国标GB5080.1)。 可以在实验室或现场进行试验。,(3) 特点: 1) 没有对产品定量地规定可靠性指标时,可以通过 可靠性测定试验评定该产品达到的可靠性水平; 2)可靠性验证统计试验方案不适宜采用,可靠性测定 试验不存在接收或拒收; 3)各种分布均可得到失效率、MTBF、MTTF点估计 值和置信区间(见国标GB5080.4) 。,表6-12 各类可靠性试验的比较,6.6 寿命试验与评估1 目的 寿命试验的目的，一是发现产品中可能过早发生耗损的零部件，以确定影响产品寿命的根本原因和可能采取的纠正措施；二是验证产品在规定条件下的使用寿命、贮存寿命是否达到规定的要求。2 产品的耐久性与寿命 产品的耐久性是指：产品在规定的使用、储存与维修条件下，达到极限状态之前，完成规定功能的能力，一般用寿命参数度量。 极限状态是指由于耗损（如疲劳、磨损、腐蚀、变质等）使产 品从技术上或从经济上考虑，都不宜再继续使用而必须大修或报废的状态。,3 产品主要的寿命参数1) 使用寿命产品使用到无论从技术上还是经济上考虑都不宜再使用，而必须大修或报废时的寿命单位数。2) 总寿命在规定条件下，产品从开始使用到报废的寿命单位数。3) 储存寿命产品在规定的储存条件下能够满足规定要求的储存期限。4) 可靠寿命给定的可靠度所对应的的寿命单位。,4 产品寿命试验分类及方法 寿命试验是为了验证产品在规定条件下，处于工作（使用）状态或储存状态时，其寿命到底有多长，即要了解产品在一定应力条件下的寿命。根据工作状态、储存状态，产品寿命试验分为使用寿命试验、储存寿命试验。 寿命试验可模拟正常使用状态或储存状态进行寿命试验，但对于高可靠性产品而言，寿命试验时间很长。 为了缩短试验时间，在不改变故障模式和故障机理的条件下，用大应力的方法进行寿命试验，这一试验称为加速寿命试验。 按照增加应力的方式，加速寿命试验可以分为恒定应力、步进应力、序进应力的加速寿命试验三种。,5 试验室使用寿命试验 使用寿命试验就是在一定环境条件下加负荷，模拟使用状态的试验。其目的是验证产品首次大修期限或使用寿命指标。寿命试验方案一般采用工程经验法。 (1) 试验条件 它是产品的环境条件、工作条件和维护条件的总称。进行设备寿命试验时，应尽可能模拟实际的使用条件。 (2) 试验时间 对于产品一般取产品首次大修期限或使用寿命指标的11.5倍作为试验时间。其他的产品可根据其使用特点确定试验时间。（3) 被试产品的选择 对新研制的产品应选取具备定型条件的合格产品作为被试样品。（4) 被试产品数量 被试产品数量一般不应少于2台（套）。,7 寿命试验评估（1）关联故障 对于可修复的产品，凡发生在耗损期内的，并导致产品翻修的耗损性故障为关联故障。 对于不可修复的产品，发生在耗损期内的，并导致产品翻修的耗损性故障和偶然故障均为关联故障。（2）数据处理如果受试产品寿命试验到T截止时，全部产品均未发生关联故障时，应按公式评估产品的首次大修期限或使用寿命T0: T0=T/K式中：T每台受试产品试验时间； K 经验修正系数。,表6-13 寿命试验与可靠性验证试验,