可靠性試驗(yàn)簡述及分類

一、 可靠度試驗(yàn)
可靠度試驗(yàn)（Reliability Test）乃驗(yàn)證產(chǎn)品在時(shí)間方面的特性，又稱為壽命試驗(yàn)（Life Test）或經(jīng)久性試驗(yàn)（Durability Test）?？煽慷仍囼?yàn)的分類，在研發(fā)與生產(chǎn)階段上依據(jù)美軍標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD-785B（1983）之說明，可分為量測試驗(yàn)（Survey Test）、可靠度發(fā)展/成長試驗(yàn)（Reliability Development/Growth Test, ）、可靠度鑒定試驗(yàn)（Reliability Qualification Test, RQT）、生產(chǎn)可靠度接收試驗(yàn)（Production Reliability Acceptance Test, PRAT）等四類?？煽慷仍囼?yàn)的主要參考規(guī)范為美軍標(biāo)準(zhǔn)ML-STD-781D（1986），和美軍手冊MlL-HDBK-781D（1986），前者說明可靠度試驗(yàn)的一般需求與規(guī)定，后者提供各種裝備分類的可靠度試驗(yàn)復(fù)合環(huán)境輪廓、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方案、以及可靠度估算方法。
1.1量測試驗(yàn)
量測試驗(yàn)之目的系在說明規(guī)劃與執(zhí)行熱及振動量測試驗(yàn)之程序，用以決定裝備的溫度穩(wěn)定時(shí)間與結(jié)構(gòu)動態(tài)共振特性。
熱與振動量測試驗(yàn)應(yīng)該以裝備的樣本進(jìn)行，以便決定裝備的溫度穩(wěn)定水平及找尋共振條件與設(shè)計(jì)弱點(diǎn)。溫度與振動量測應(yīng)該在執(zhí)行可靠度成長試驗(yàn)之前實(shí)施，若有規(guī)定時(shí)，在可靠度鑒定試驗(yàn)與環(huán)境應(yīng)力篩選之前亦應(yīng)該執(zhí)行。除非經(jīng)過采購單位特別許可，選定執(zhí)行可靠度。
1.1.1熱量測
熱量測應(yīng)該在試驗(yàn)用裝備中選擇一個(gè)樣本，在可靠度試驗(yàn)程序中規(guī)定的溫度與工作循環(huán)條件下實(shí)施。熱量測主要在決定裝備中的熱點(diǎn)與具有zui大熱惰性的組件，以及建立裝備與試驗(yàn)柜溫度之間的時(shí)間一溫度關(guān)系，這些關(guān)系應(yīng)該用以決定裝備的熱穩(wěn)定水平。試驗(yàn)溫度下限的穩(wěn)定時(shí)間為裝備中熱惰性zui大點(diǎn)的溫度達(dá)到試驗(yàn)溫度下限的2℃之內(nèi)或溫度變化率小于每小時(shí)2℃。試驗(yàn)溫度上限的穩(wěn)定時(shí)間為裝備中熱惰性zui大點(diǎn)的溫度達(dá)到試驗(yàn)溫度上限的2℃之內(nèi)或溫度變化率小于每小時(shí)2℃。在執(zhí)行量測與試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)該同時(shí)持續(xù)記錄裝備冷卻空氣與試驗(yàn)柜空氣的溫度。一旦熱量測的結(jié)果顯示局部溫度顯著的此zui終熱設(shè)計(jì)分析的預(yù)估結(jié)果還高，或者比可靠度預(yù)估所用的減額定值還大時(shí)，則在開始進(jìn)行可靠度試驗(yàn)之前應(yīng)該采取必要的改進(jìn)行動，并且經(jīng)過驗(yàn)證與認(rèn)可。
1.1.2振動量測
振動量測應(yīng)該在試驗(yàn)用裝備中選擇一個(gè)樣本實(shí)施以找尋共振條件與設(shè)計(jì)弱點(diǎn)。除非采購單位另有規(guī)定，量測用的振動條件應(yīng)該依照可靠度試驗(yàn)程序中之規(guī)定。任何在執(zhí)行振動量測試驗(yàn)過程中發(fā)生的失效都應(yīng)該加以記錄、調(diào)查及分析原因;在開始執(zhí)行可靠度試驗(yàn)之前應(yīng)該完成必要的改正行動，并且經(jīng)過驗(yàn)證與認(rèn)可。振動量測時(shí)裝備的安裝情形應(yīng)該模擬實(shí)際使用時(shí)的安裝情形。
1.2可靠度發(fā)展/成長試驗(yàn)
可靠度發(fā)展/成長試驗(yàn)（Reliability Development/Growth Test, RDGT），是在研發(fā)過程正式鑒定之前、將系統(tǒng)或裝備放在實(shí)際的、摸擬的或加速的任務(wù)輪廓復(fù)合環(huán)境下進(jìn)行試驗(yàn)，加速失效的發(fā)生。當(dāng)失效發(fā)生時(shí)，分析與隔離失效的原因，據(jù)以執(zhí)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)改正行動，并再試驗(yàn)驗(yàn)證改正行動之成效。經(jīng)由此一連串有計(jì)劃的試驗(yàn)、分析與改正（Test, Analyze, And Fix, TAAF）的過程，可以盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)弱點(diǎn)及疵病，排除在將來生產(chǎn)型系統(tǒng)與裝備可能發(fā)生的類似失效現(xiàn)象，因而促進(jìn)可靠度成長，達(dá)到增加系統(tǒng)與裝備實(shí)地可靠度（Field Reliability）的目的，因此又有人將可靠度成長/發(fā)展試驗(yàn)稱之為TAAF。其實(shí)光是試驗(yàn)本身并不能使可靠度成長，唯有能防止試驗(yàn)時(shí)的失效再在實(shí)際操作時(shí)發(fā)生的設(shè)計(jì)改正行動，才能真正地改進(jìn)裝備的可靠度。
目前美國*的政策是，在全型發(fā)展、發(fā)展與生產(chǎn)并行（必須經(jīng)認(rèn)可）及初期部署時(shí)，可靠度都必須成長。研發(fā)者必須擬訂可靠度成長管理計(jì)晝，規(guī)定可靠度啟始值及目標(biāo)，以及在研發(fā)過程的每一階段中特定里程點(diǎn)的可靠度成長預(yù)估值，計(jì)劃中同時(shí)規(guī)定每一個(gè)里程點(diǎn)所需執(zhí)行的試驗(yàn)，以及改正試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)的缺陷和疵病所需的時(shí)間與手段，以免這些失效在實(shí)際操作時(shí)重現(xiàn)。
可靠度成長計(jì)劃經(jīng)評估核可后，必須強(qiáng)制執(zhí)行，以免因可靠度工程變更提議而在行政上造成延誤。在可靠度成長/發(fā)展試驗(yàn)時(shí)發(fā)生的失效是受歡迎的，而且研發(fā)階段的重點(diǎn)工作為估算設(shè)計(jì)產(chǎn)品的可靠度算值，因此研制單位不會受罰則的約束。
廣義的可靠度成長可分為表面成長和階梯成長兩種。表面成長是因?yàn)楹Y除試件中的較弱零件及不良工藝所造成的，而階梯成長則是因?yàn)楦恼O(shè)計(jì)所造成的。表面成長不會由原型件轉(zhuǎn)到生產(chǎn)件，但是會在裝備的每一單件上重復(fù)發(fā)生，因此又有人稱之為非成長之成長（No-Growth Growth）.。由于有效的加入設(shè)計(jì)改正行動，階梯成長則確實(shí)會轉(zhuǎn)移到生產(chǎn)件上。因此，TAAF過程包括一序列的試驗(yàn)時(shí)問（表面成長），而每一試驗(yàn)時(shí)間后則必須跟著一段改正時(shí)間（階梯成長）。當(dāng)有兩件或兩件以上的試件同時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)與改正時(shí)間必須錯(cuò)開，如此當(dāng)一件試件在執(zhí)行試驗(yàn)時(shí)，其它則在進(jìn)行改正行動。
RDGT必須改正的主要失效種類包括（l）減低操作有效性的失效，以及（2）造成維護(hù)與后勤支持成本的失敕。改正前者，可提高任務(wù)可靠度;改正后者，則可減低維護(hù)人力成本。
在研發(fā)初期能夠獲得的一或二件裝備進(jìn)行RDGT，因?yàn)樵O(shè)計(jì)初期難免會有不成熟或考慮不周之處，假如延遲發(fā)現(xiàn)失效的時(shí)間，一旦進(jìn)入正式的形態(tài)管制循環(huán)后再改正設(shè)計(jì)，因?yàn)樵黾涌煽慷裙こ套兏璧男姓幚沓绦?，反而會引起更大的研發(fā)時(shí)程耽擱。這種耽擱累積的結(jié)果，將造成計(jì)劃后期無法避免的配合困難問題，甚至于可能無法采取必需的設(shè)計(jì)改正行動。
執(zhí)行RDGT時(shí)，以電子裝備為例，一般的程序?yàn)?/span>l）先執(zhí)行ESS，以消除試件中不良工藝和較弱零件等非設(shè)計(jì)疵病;（2）其次依照MIL-STD-810規(guī)定之方注與程序執(zhí)行環(huán)境試驗(yàn)，確定硬品耐環(huán)境極值的能力;（3）zui后再以壽命周期輪廓的復(fù)合環(huán)境應(yīng)力，按試驗(yàn)一分析一改正原則進(jìn)行可靠度試驗(yàn)。
在系統(tǒng)壽命周期中，由于失效原因及模式之不同而產(chǎn)生浴缸曲線式的失效率變化，研發(fā)初期所存在的失效率往往比理想的失效率為高，可依失效類別安排適當(dāng)試驗(yàn)，將相關(guān)失效模式發(fā)掘及排除，在RDGT初期利用超應(yīng)力（Over stress）及復(fù)合應(yīng)力（Combined-Stress），可獲致提早改進(jìn)設(shè)計(jì)缺失之效果，以防止在漫長貯存期中失效模式之突然出現(xiàn)。
依據(jù)785B之需求，一個(gè)適當(dāng)?shù)目煽慷扔?jì)劃，應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)ESS及RDGT，而后適度執(zhí)行RQT及PRAT，但非*不做。RDGT與RQTzui大的不同為RDGT之目的在發(fā)掘失效，而RQT則是履約的依據(jù)。
1.3可靠度鑒定試驗(yàn)
可靠度鑒定試驗(yàn)（Reliability Qualification Test, RQT），可靠度鑒定試驗(yàn)之目的是在裝備進(jìn)入生產(chǎn)前，對研制裝備滿足zui低可靠度需求的合理保證。可靠度鑒定試驗(yàn)的試驗(yàn)輪廓必須考慮壽命周期的實(shí)際操作狀況。同時(shí)RQT是一種合約性的行為，利用統(tǒng)計(jì)的原理，抽樣試驗(yàn)檢定可靠度參數(shù)是否達(dá)到約定的目標(biāo)，作為分析履約與否的依據(jù)，試驗(yàn)結(jié)果可以推算可靠度估計(jì)值，但必須考慮樣本大小的因素。在所選用的統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方案必須預(yù)先訂定裝備的合格準(zhǔn)則（允收），此一準(zhǔn)則規(guī)定裝備真實(shí)可靠度小于zui小允收可靠度需求以及大于zui大拒收可靠度需求的冒險(xiǎn)機(jī)率極限，前者即為生產(chǎn)者冒險(xiǎn)（α），后者為消費(fèi)者冒險(xiǎn)（β）。統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方案的選擇必須根據(jù)成本與時(shí)程有效的加以裁適。
在可靠度試驗(yàn)的實(shí)務(wù)上，常會遭遇到一種困擾的現(xiàn)象，亦即不管是否與統(tǒng)計(jì)上的假設(shè)矛盾，試驗(yàn)十件試件、每件試驗(yàn)十小時(shí)，并不等于試驗(yàn)一件試件、每件試驗(yàn)一百小時(shí)，除非試件的MTBF小于10小時(shí)、且100小時(shí)的試驗(yàn)時(shí)間尚末達(dá)試件老化的時(shí)期。
可靠度鑒定試驗(yàn)是正式生產(chǎn)前先導(dǎo)生產(chǎn)階段的試驗(yàn)，目的在決定生產(chǎn)制造能力已經(jīng)可制造設(shè)計(jì)成熟的系統(tǒng)或裝備，因此RQT必須及時(shí)完成，以便作為生產(chǎn)決策的管理信息輸入數(shù)據(jù)。
在開始執(zhí)行RQT之前，有一些必要的試驗(yàn)執(zhí)行與管制文件必須事先備便，這些文件包括:可靠度鑒定試驗(yàn)計(jì)劃，及可靠度鑒定試驗(yàn)細(xì)部程序、試件清單、裝備規(guī)范、可靠度鑒定試驗(yàn)環(huán)境輪廓、統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方案，以及確實(shí)規(guī)定試驗(yàn)權(quán)責(zé)單位、試驗(yàn)時(shí)問、試驗(yàn)地點(diǎn)，以及所使用試驗(yàn)儀具設(shè)備的可靠度鑒定試驗(yàn)執(zhí)行方案。
1.4生產(chǎn)可靠度接收試驗(yàn)
生產(chǎn)可靠度接收試驗(yàn)（Production Reliability Acceptance Test, PRAT），生產(chǎn)可靠度接收試驗(yàn)也是利用統(tǒng)計(jì)檢定的方法驗(yàn)證交貨裝備或生產(chǎn)批的可靠度是否符合設(shè)計(jì)規(guī)定。試驗(yàn)環(huán)境條件必須是代表實(shí)際任務(wù)輪廓的操作與環(huán)境狀況，在統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方案中，必須訂定允收準(zhǔn)則，以及特定信賴（冒險(xiǎn)）水平下的zui小允收可靠度。此一準(zhǔn)則必須依據(jù)成本與時(shí)程效率而加以裁適。試驗(yàn)結(jié)果或許可以提供驗(yàn)證得可靠度的推定值，但是由于所選定試件樣本數(shù)的限制，其信賴水平將受影響。
生產(chǎn)可靠度接收試驗(yàn)結(jié)果有時(shí)可代替書面或口頭的使用保證，作為反應(yīng)制造者正面或負(fù)面財(cái)務(wù)狀況的基礎(chǔ)。
由于本項(xiàng)試驗(yàn)必須仿真裝備的壽命周期與操作環(huán)境，生產(chǎn)可靠度接收試驗(yàn)可能需要相當(dāng)昂貴的試驗(yàn)設(shè)備，因此一般都不建議采用所有裝備，亦即100%抽樣的試驗(yàn)方案。因?yàn)榇隧?xiàng)試驗(yàn)結(jié)果為履約的依據(jù)，因此生產(chǎn)可靠度接收試驗(yàn)應(yīng)該盡可能由與研制者無關(guān)的獨(dú)立單位來負(fù)責(zé)。zui后由于生產(chǎn)可靠度接收試驗(yàn)具有提供使用者的保護(hù)機(jī)能，以及對于研制者質(zhì)量管理計(jì)劃的激勵(lì)作用，當(dāng)生產(chǎn)運(yùn)作一切都很健全和順利時(shí)，通常抽樣頻率可以適度地予以放松，但是此一調(diào)整并不意味著生產(chǎn)可靠度接收試驗(yàn)的需求可以*擱置或加以廢止。

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