9可靠性试验.ppt
2023/11/18,Reliability Text,1,第九讲 可靠性试验Reliability Text,2023/11/18,Reliability Text,2,一、可靠性试验概述,1.可靠性试验的定义 了解、评价、分析和提高产品（包括系统、设备、零部件及材料）可靠性而进行的试验的总称。2.可靠性试验的目的(1)发现产品设计、工艺方面的缺陷、为产品的改进提供依据(2)获取评价产品的可靠性水平所需的数据资料，验证可靠性指标(3)为改善产品的战备完好性、提高任务成功性、减维修及保障费用提供信息,2023/11/18,Reliability Text,3,可靠性试验的全阶段性,2023/11/18,Reliability Text,4,可靠性试验的分类,（一）按试验目的分类 国军标GJB450将可靠性试验分为两大类，四个工作项目。,工程试验的目的是暴露缺陷；统计试验的目的评价产品的可靠性水平，验证产品是否达到了规定的可靠性水平。,2023/11/18,Reliability Text,5,可靠性试验的分类,(二)按试验场地分类 内场(实验室)可靠性试验；外场(现场)可靠性试验实验室(内场)试验在实验室内模拟产品的现场（实际）使用条件或在规定的工作及环境条件下进行的试验优点：可测得产品的固有可靠性；试验(故障)可以再现；由于试验条件可以控制，所以试验结果具有可比性；数据收集和分析较方便。缺点：不能完全模拟现场使用真实条件；试验费用大；子样少。,2023/11/18,Reliability Text,6,可靠性试验的分类,现场（外场）可靠性试验在使用现场实际使用状态下进行的可靠性试验优点：可获得产品的使用可靠性；真实的使用条件(包括环境条件、工作条件、使用维护条件）；费用小；子样大；缺点：数据收集和分析较困难，信息丢失多、数据准确性和完整性差；不能严格控制试验条件，随机性大；试验（故障）再现的可能性低；组织管理工作复杂。,2023/11/18,Reliability Text,7,可靠性试验的分类,（三）根据试验截止情况分类a.全数寿命试验:样本全部失效才停止试验。这种试验可以获得较完整的数据，统计分析结果也较为可信。但是所需试验时间较长，甚至难以实现。b.定时截尾寿命试验：试验到规定的时间，不管样本已失效多少，试验就截止。c.定数截尾寿命试验：试验到规定的失效数时试验就截止。若规定失效数为全部试样n，即为全数寿命试验。,2023/11/18,Reliability Text,8,定时截尾寿命试验,1.事先规定试验截尾时间（图示说明）2.有替换、无替换3.优点：事先已确定最大累积试验时间，便于计划管理；可以对产品MTBF的真值进行估计，应用广泛。4.缺点无论对于质量很好或很差的产品，做出判断都要经最大的累积试验时间或故障数,2023/11/18,Reliability Text,9,定时截尾寿命试验,2023/11/18,Reliability Text,10,定数截尾试验,(1)事先规定试验截尾的故障数tr（图示说明）(2)有替换Vs.无替换(3)缺点不易事先估计所需试验时间，实际应用较少,2023/11/18,Reliability Text,11,序贯截尾试验,1、按事先拟定的接收、拒收及截尾时间线，在试间，对受试产品进行连续地观测，并将累积的相关试验时间和故障数与规定的接收、拒收或继续试验的判据做比较（图示说明）2、优点 做出判断所要求的平均故障数和平均累积试验时间最小，常用于可靠性验收试验3、缺点 随产品质量不同，总的试验时间差别较大，尤其对于产品，由于不易做出判断，最大累积试验时间或故障数可能会超过相应的定时截尾试验方案,2023/11/18,Reliability Text,12,序贯截尾试验,2023/11/18,Reliability Text,13,可靠性试验分类,（四）按抽样方式1.全数试验 产品批每个产品都进行试验，如环境应力筛选试验2.抽样试验 在产品批中按事先规定好的试验方案，随机抽取有限数量的样品进行试验，如可靠性鉴定试验、可靠性验收试验,2023/11/18,Reliability Text,14,二、环境应力筛选试验（ESS）,1、目的在产品交付使用前发现和排除不良元器件、制造工艺和其他原因引入的缺陷造成的早期故障。2、时机产品研制阶段、生产（如装配前）阶段和使用（如大修后）阶段。3、原理利用加剧的应力，在短时间内将产品内部的一些潜在缺陷加速扩大，使其变成故障。,2023/11/18,Reliability Text,15,环境应力筛选试验（ESS）,2023/11/18,Reliability Text,16,环境应力筛选试验（ESS）,注意事项1）不应改变产品失效机理2）不必准确模拟产品真实环境条件，但也不能超过规定值，只是剔除早期故障，不能引入故障3）筛选不直接提高可靠性，只有通过改进设计或工艺才能提高固有可靠性4）关键设备，要实施3级100%的筛选5）不能代替鉴定试验、验收试验,2023/11/18,Reliability Text,17,三、可靠性增长试验（RGT）,1、定义指在研制阶段，产品性能基本达到规定要求之后所进行的暴露缺陷、分析和改进设计，以提高产品可靠性所做的试验。2、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。3、时机产品的研制阶段后期，产品的技术状态大部分已经确定。4、适用新研复杂产品、关键产品（其它一般新研和沿用产品采取一般RG）。,2023/11/18,Reliability Text,18,可靠性增长试验（RGT）,2023/11/18,Reliability Text,19,实现可靠性增长的要素,1、通过分析和试验发现故障源2、发现问题的反馈3、根据发现的问题，采取有效的改正措施 可靠性增长的速度取决于上述三个要素实现的完善程度,2023/11/18,Reliability Text,20,可靠性增长的方法,2023/11/18,Reliability Text,21,对比分析：一般RG 与 RGT,2023/11/18,Reliability Text,22,对比分析：RGT Vs.RQT,2023/11/18,Reliability Text,23,可靠性增长试验注意事项,1）根据产品特点、重要程度、经费、进度等条件，权衡分析确定RGT方法，不一定都进行。2）试验本身只能暴露问题，不能提高产品的固有可靠性，必须采取改正措施防止故障的再现。3）必须建立健全的FRACAS（故障报告、分析和纠正措施系统），监控可靠性增长情况。4）试验应模拟产品真实环境。5）应在设计定型前做。6）试验样品应能反映小批生产时的技术状态及生产过程，并已通过了ESS和环境鉴定试验。7）强调：可靠性增长试验是一个试验分析改进试验（TAAF）的过程，不能狭义地理解为某次试验。,2023/11/18,Reliability Text,24,可靠性增长试验的试件要求,1、具有规定的功能，并检查合格2、通过环境试验3、通过必要的环境应力筛选4、具有最新状态（结构、布局、设计和工艺更改、）5、试验件数1件，最好2件,2023/11/18,Reliability Text,25,可靠性增长摸底试验,定义：为了了解产品的可靠性与规定要求的差距所进行的试验。目的：通过短时间的试验，暴露产品设计、工艺等方面缺陷，进行分析，采取有效的改进措施，使产品可靠性得到增长，并具有一定的可靠性水平。用于：研制阶段中期。“可靠性增长摸底试验”属于可靠性研制试验的范畴（GJB450A工作项目402）。,2023/11/18,Reliability Text,26,可靠性增长摸底试验应用情况,九十年代初，为了以较少的费用，暴露设计和工艺过程的缺陷，采取有效的改进措施，确保XX飞机首飞和调整试飞的顺利进行，根据“七五”期间大量可靠性试验结果统计发现，产品在100小时左右的试验时间内能发现50%的故障，因此在使用方的大力支持下，在XX飞机首飞前，对火控系统和电源系统总共20余项产品进行了100小时的可靠性增长摸底试验。该试验不验证产品可靠性指标，只是暴露问题并及时改进。实践证明，效果是显著的。后来其它型号都采用了此方法。,2023/11/18,Reliability Text,27,可靠性增长试验的效益,2023/11/18,Reliability Text,28,可靠性增长试验的效益,2023/11/18,Reliability Text,29,可靠性增长的数学模型,定义：是一个数学式，描述了产品在可靠性增长试验过程中产品可靠性的增长规律或总趋势目的：1、使可靠性增长做到有计划（试验时间和增长速度）2、能动态评估当前的可靠性水平3、能预测将来的可靠性水平种类，近十种：图分析法杜安（Duane）模型：简单易于理解统计分析法AMSAA模型：坚实的统计学基础,2023/11/18,Reliability Text,30,Duane模型可修产品,2023/11/18,Reliability Text,31,AMSAA模型,1、前提假设AMSAA模型把可修产品在RGT过程中关联故障的累积过程建立在随机过程理论基础上，认为关联故障的累积过程是一个特定的非齐次Poisson过程。2、AMSAA模型是Duane模型的概率解释3、AMSAA模型建立在严格的随机过程理论基础上，在评估RGT试验结果时有一系列的统计分析方法增长趋势检验；模型参数点估计；拟合优度检验；最终MTBF估计，,2023/11/18,Reliability Text,32,四、寿命试验,1、目的验证产品在规定的条件下的使用寿命、储存寿命是否达到规定的要求。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。2、时机产品设计定型阶段，产品已通过环境鉴定试验，产品的技术状态已固化。3、前提条件：具有耗损特性的产品。,2023/11/18,Reliability Text,33,产品的寿命参数,用于度量产品的耐久性首次大修期限（首翻期）使用寿命大修间隔期（翻修间隔期）总寿命储存寿命（储存条件下）可靠寿命（给定可靠度）寿命单位可以是时间单位，也可以是循环次数、里程等。,2023/11/18,Reliability Text,34,寿命试验的分类,1、使用寿命试验（模拟使用状态）验证首翻期、使用寿命等指标2、储存寿命试验（模拟储存条件，如导弹类产品）验证储存寿命指标3、加速寿命试验（恒定应力、步进应力、序进应力）,2023/11/18,Reliability Text,35,加速寿命试验（ALT）,1、用加大应力，而又不改变故障机理的办法，使产品的故障发生得到加速，称之为ALT；2、根据ALT结果可以外推正常使用条件下的产品寿命；3、尤其对于长寿命、高可靠产品，只能ALT,2023/11/18,Reliability Text,36,五、可靠性试验的实施,可靠性试验的实施要素1、试验条件2、故障和故障判据3、剖面（寿命、任务、环境、试验）4、可靠性试验大纲（计划）5、可靠性试验标准6、,2023/11/18,Reliability Text,37,试验条件,既要考虑到受试产品的固有特性，还有考虑到影响受试产品故障出现的其他因素。工作条件，如：功能模式（多种功能模式应按典型情况模拟）；输入/输出信号；负载条件（电负载、机械负载）；电源特性（电压、频率、波形、瞬变等及容差）；产品的启动特性，工作循环等。环境条件：如温度、湿度、振动、低气压、霉菌、盐雾等。国内外故障统计表明，航空机载设备有52%左右的故障是由环境因素引起的。而其中温度占42%，振动占27%，湿度占19%。这三种应力引起的故障占环境因素引起故障（52%）的82%左右，故一般可靠性试验常采用上述三种环境应力，若需要还可以加低气压应力。使用维护条件：应与现场使用时的维护项目与要求相一致，不进行维护或额外的维护都会影响试验结果的准确性。试验中把预防性维护作为一项正常操作程序，并规定维护的内容。,2023/11/18,Reliability Text,38,故障及故障判据,2023/11/18,Reliability Text,39,综合试验剖面的制定,2023/11/18,Reliability Text,40,可靠性试验大纲（计划）内容,1、产品的可靠性要求2、可靠性试验的条件3、可靠性试验的进度计划及费用概算4、可靠性试验的方案5、受试产品的要求6、可靠性试验中对产品性能的监测要求7、可靠性试验用的设备、仪表8、试验结果的数据处理方法9、试验报告的内容,2023/11/18,Reliability Text,41,可靠性试验依据和相关标准,1、GJB 450A-2004 装备可靠性工作通用要求2、GJB 899-1990 可靠性鉴定和验收试验3、GJB 1407-1992 可靠性增长试验4、GJB 1032-1990 电子产品环境应力筛选方法5、GJB 150-1986 军用设备环境试验方法6、MIL-STD-785B;MIL-STD-781D；MIL-STD-1635;MIL-STD-2164,2023/11/18,Reliability Text,42,可靠性试验的实施过程,1、试验前应具备的条件：试验大纲、试验程序、可靠性预计、FMECA、环境（鉴定）试验、环境应力筛选、FRACAS、试验质量控制和保证措施、试验前准备工作评审等内容。2、试验中的实施要求：受试样品要求、试验设备和检测仪器要求、受试产品检测要求、受试产品故障、元器件失效分析、预防性维护等内容。3、试验后的工作内容：试验报告、纠正措施、受试产品复原、试验结果评审。,2023/11/18,Reliability Text,43,六、可靠性评估（评定）,可靠性评估就是利用产品寿命周期各阶段特定试验的试验信息（或使用信息），或综合利用产品研制阶段不同试验的试验信息、低层次单元的试验信息、相似产品的相关信息、仿真信息、专家信息等，用概率统计的方法给出产品在某一特定条件下的可靠性特征量的估计值。一般为给定置信度下的产品可靠性参数，如MTBF、可靠度R、可用度A等的置信下限估计值。,2023/11/18,Reliability Text,44,可靠性评估（评定）的意义,可靠性评定是可靠性试验工作的重要组成部分，它贯穿发动机研制的各个阶段。可靠性评定是可靠性工作中不可缺少的重要环节，具有十分重要的意义。科学先进的可靠性评定方法，可以减少试验费用，缩短研制周期，合理安排试验项目，协调系统联动试验和单元分体试验的数量。通过可靠性评定，检验产品是否达到了规定的可靠性指标，验证可靠性设计的合理性。通过可靠性评定，还可以发现薄弱环节，为改进设计和工艺指明方向，更好地开展可靠性增长工作。另外，可靠性评定需要数据记录、分析和反馈，从而促进可靠性信息管理工作的开展。,2023/11/18,Reliability Text,45,可靠性评估的作用,2023/11/18,Reliability Text,46,可靠性评估的类型,可靠性评定应主要包括以下方面：（1）由寿命分布模型和统计信息进行单元体的可靠性评定；（2）系统可靠性多级综合评定；（3）可靠性增长评定等。,2023/11/18,Reliability Text,47,可靠性评估的数据类型,2023/11/18,Reliability Text,48,可靠性评估的流程,2023/11/18,Reliability Text,49,可靠性评估的数据收集,收集数据内容主要包括：产品的技术状态与生产质量状态产品所处的研制（或使用）阶段试验（和使用）条件结构强度试验结果性能参数测试结果研制试验信息（试验名称、总时间、故障次数、）试验环境信息收集数据范围：研制阶段所有使用数据、使用阶段信息，有时还需收集相似产品信息等,2023/11/18,Reliability Text,50,故障判据,故障判据根据评估的可靠性参数不同而不同。对于基本可靠性参数，凡是关联故障都应记录；对于任务可靠性参数，只记录会导致任务失败的关联故障。例如：关联故障：设计缺陷或制造工艺缺陷造成的故障；零部件及元器件缺陷造成的故障；耗损件在寿命期内发生的故障；故障原因不明的故障；,2023/11/18,Reliability Text,51,故障判据,非关联故障：试验过程中由于安装不当引起的故障试验设备、监测设备发生的故障以及由此引起的受试产品的故障试验或使用过程中由于意外事故或误操作引起的故障由其他产品引起的从属故障由试验程序、规程等方面的错误引起的故障在同一部件第二次或相继出现的间歇故障在筛选、寻找故障、修复验证或正常维护调整中发生的故障由于超过设计要求的过应力造成的故障超寿命期工作时出现的故障批准的试验程序中明确的其他非关联故障其他任何非系统的独立故障引起的失败或故障,2023/11/18,Reliability Text,52,故障统计原则,对关联故障次数的统计原则：对一次工作中出现的同一部件或设备的间歇性故障或多次虚警只计为一次可证实多个故障模式是由同一器件的失效引起的，计为一次有多个零部件或单元同时失效的情况下，不能证明是一个失效引起了另一些失效时，每个器件的失效均计为一次独立故障已报告过的故障由于未能真正修复而又出现的，应和原来报告过的故障合计为一次由于独立故障引起的从属故障不计入试验对象或其部件计划内的拆卸事件不计入故障零部件的轻微缺陷，若不丧失规定功能，并能按照维修规程通过工作前检查和工作后检查等予以原位修复（不引起拆卸）的事件，如松动、漂移、噪声等，不计入故障次数,2023/11/18,Reliability Text,53,成败型单元级产品可靠性评估方法,成败型产品：其试验结果取两种对立状态，如成功与失败，合格与不合格等，成败型产品的失败数服从二项分布，产品试验样本n，失败次数r，给定置信度c,2023/11/18,Reliability Text,54,指数分布型单元级产品可靠性评估方法,指数分布型：对于电子设备、复杂系统和经过老练筛选且进行定时维修的机电产品，可以假设其寿命服从指数分布，输入数据要求：试验时间T（由下表计算），故障次数r，任务时间t0，给定置信度c,2023/11/18,Reliability Text,55,指数分布型单元级产品可靠性评估方法,2023/11/18,Reliability Text,56,系统可靠性评估,系统级产品综合评估的L-M法是将系统看作二项分布，并且为由成败型单元组成的串联系统，利用系统本身的试验数据(n,f)和由设备得到的等效系统试验数据(n*,f*)，根据二项分布，得到系统可靠度置信下限。非成败型数据可以根据其点估计和置信下限转换为成败型试验数据。该方法只适用于串联系统。,2023/11/18,Reliability Text,57,系统级产品综合评估的L-M法,2023/11/18,Reliability Text,58,系统级产品综合评估的MML法,也是将系统看作二项分布，利用系统可靠度方差和设备等效可靠度方差相等，得到系统等效试验数据，再和系统本身试验数据，根据二项分布，得到系统可靠度置信下限。非成败型数据可以根据其点估计和置信下限转换为成败型试验数据。该方法适用于各种可靠性结构类型的系统。具体参见型号可靠性工程手册L-M法的评估结果较MML法保守！,2023/11/18,Reliability Text,59,系统级产品综合评估的蒙特卡罗法,2023/11/18,Reliability Text,60,寿命评估概述,1、产品的寿命直接装备的战备完好、出勤及安全使用，反映了产品的耐久性。也反映了对维修的要求。2、低估寿命：造成提前更换，提前维修等，带来不必要的备件、贮存、维修人力及费用消耗！3、高估寿命：造成使用可靠性降低，增加每次翻修的费用、甚至造成安全事故等！,2023/11/18,Reliability Text,61,寿命评估的参数选取,1、耗损失效的可修复产品使用寿命首次翻修寿命（首翻期）2、耗损失效的不可修复产品使用寿命3、耗损失效的产品，处于偶然失效期或耗损特性不明显的阶段可用指数分布描述寿命分布，MTBF或MTTF4、仅有偶然失效特征的产品典型的指数分布，MTBF或MTTF5、连续使用，有可靠度要求的产品可靠寿命总之，产品寿命评估指标的选取应根据使用方的要求，承制方按产品的具体情况给出。,2023/11/18,Reliability Text,62,寿命评估的基本方法,1、实验室（寿命试验）法2、现场（外场）信息法残存比率法（外场失效数据统计）平均秩次法（外场失效数据统计）领先使用法、检查法、3、工程分析法最短寿命零部件法（薄弱环节法）相似产品法折算法,2023/11/18,Reliability Text,63,寿命评估的基本过程,
