一、什么是可靠性研制试验

 

可靠性研制试验Reliability development test（RDT），即通过向受试产品施加应力将产品中存在的材料、元器件、设计和工艺缺陷激发成为故障，进行故障分析定位后，采取纠正措施加以排除，这实际也是一个试验、分析、改进（TAAF）的过程。可靠性研制试验的最终目的是使产品尽快达到规定的可靠性要求，但直接的目的在研制阶段的前后有所不同。研制阶段的前期，试验的目的侧重于充分地暴露缺陷，通过采取纠正措施，以提高可靠性，因此，大多采用加大环境和工作应力的方式激发故障，暴露设计缺陷。而研制的后期，试验的目的侧重于了解产品可靠性与规定要求的接近程度，并对发现的问题，通过采取纠正措施，进一步提高产品的可靠性，因此，试验条件应尽可能模拟实际使用条件，大多采用综合环境条件，例如可靠性增长试验和可靠性摸底试验就是这种类型。在工程研制阶段，还可以结合性能试验，开展对产品功能故障逻辑关系以及故障传播影响的包容能力进行验证，例如通过故障注入影响的试验，可以物理试验方式开展，也可以半物理半仿真方式开展，其也属于可靠性研制试验的范畴。

 

二、可靠性研制试验的种类

 

主要包含可靠性强化试验、可靠性增长试验以及可靠性摸底试验等。

 

1、可靠性强化试验

 

可靠性强化试验（RET）的基本目的是使产品设计得更为健壮，其通过施加步进应力，不断发现设计缺陷，找到产品的工作极限和破坏极限，并进行改进和验证，使产品耐环境和工况的能力达到最高，直到现有材料、工艺、技术和费用支撑能力无法进一步改进为止，因此可视为在研制阶段前期进行的一种可靠性研制试验。可靠性强化试验，又称为高加速寿命试验（HALT），详细试验方法可参考GB/T 29309《电工电子产品加速应力试验规程高加速寿命试验导则》。

 

HALT试验对产品施加的应力主要是温度和振动应力，也可考虑施加湿度等常见环境应力。除此之外，还要考虑在HALT期间可以向产品施加的所有可能的应力，比如可以考虑通电循环、电压变化、频率变化、电流等可以激发产品相关设计或工艺问题的应力。

 

2、可靠性摸底试验

 

可靠性摸底试验是根据我国国情开展的一种可靠性研制试验，它是一种以可靠性增长为目的，无增长模型，也不确定增长目标值的短时间可靠性试验。其试验的目的是在模拟实际使用的综合应力条件下，用较短的时间、较少的费用，暴露产品在设计、材料、元器件和工艺方面的潜在缺陷，并及时采取纠正措施，使产品的可靠性水平得到增长，保证产品具有一定的可靠性水平和安全，同时为产品以后的可靠性工作提供信息。关于可靠性摸底试验试验对象的选择，主要结合产品本身的结构特点、重要度、技术特点、复杂程度以及经费的多少等因素综合权衡。

 

① 结构特点：机械产品的寿命大多数呈非指数分布，其故障多发区一般集中在耗损阶段，因此对其安排摸底试验意义不大。电子产品寿命基本上服从指数分布，且试验环境易于模拟。因此，可靠性摸底试验的对象主要是电子产品。

 

② 重要度：对于重要度较高的关键产品，为了确保产品在研制初期具有一定的可靠性水平和安全，应安排可靠性摸底试验。对于重要度较低的产品，其可靠度主要通过可靠性设计分析来保证，一般不必安排可靠性摸底试验。

 

③ 技术特点：对于采用了大量的新技术、新材料、新工艺，技术跨度大，缺乏继承性等技术特点的新研产品，应安排可靠性摸底试验，并根据试验情况，确定可靠性较为薄弱的关键产品，进而安排可靠性增长试验。对于采用新设计较少，技术跨度较小，继承性较高，设计较为成熟，初始可靠性水平较高的产品，一般不安排可靠性摸底试验。

 

④ 复杂程度：对于所使用的电子元器件数量和种类较少的产品，其可靠性可通过设计过程的可靠性分析来保证。这种产品在短时间内发生故障的概率很低，对它们安排可靠性摸底试验的意义不大；对于所使用的电子元器件数量和种类较多的关键复杂产品，应优先安排可靠性摸底试验。因此，可靠性摸底试验主要以较为复杂的、重要度较高的、无继承性的新研或改型电子产品为主要对象，类似的机电产品也可适当考虑。试验剖面的选择，应模拟产品实际的使用条件，包括环境条件、工作条件和使用维护条件。一般按照GJB899A《可靠性鉴定和验收试验》确定试验剖面，在不破坏产品且不会有引起与现场使用时不相符的故障的前提下，可以使用加速应力。

 

3、可靠性增长试验

 

可靠性增长试验是可靠性增长管理中的一个重要手段，它是一种有计划的试验、分析和改进的过程，可按照GB/T 15174《可靠性增长大纲》和GJB 1407《可靠性增长试验》的要求进行。由于可靠性增长试验不仅要找出产品中的设计缺陷和采取有效的纠正措施，而且还要达到预期的可靠性增长目标，因此，可靠性增长试验必须在受控的条件下进行。为了达到既定的增长目标，并对最终可靠性水平作出合理的评估，要求试验前评估出产品的初始可靠性水平，确定合理的增长率，选用恰当的增长模型并进行过程跟踪，对试验中所使用的环境条件严格控制，对试验前准备工作情况及试验结果进行评审，必要时还应进行试验过程中评审。如下图为一个理想的可靠性增长过程，可靠性增长就是通过逐步改正产品设计和制造中的缺陷，不断提高产品可靠性的过程。①研制阶段（A点到B点）：主要针对设计缺陷采取纠正措施，通过设计优化使可靠性不断增长；②试生产阶段（C点到D点）：主要针对设计不足和元器件方面的缺陷，采取改进措施提升可靠性；③批生产和使用阶段（E点到F点）：主要针对工艺缺陷、装配缺陷和质量控制问题，逐项解决不断提升可靠性。

 

 

试验开始前，应根据增长模型绘制一条试验计划曲线（如下图），作为试验监控的依据。其中m代表可靠性增长率，增长率的确定应综合考虑研制计划、经费及技术水平等。m的可能范围在0.3~0.6之间，在0.1~0.3时，表明改正措施不太有力，而在0.6~0.7时，表明采取了强有力的故障分析和纠正措施，是增长率的极限值。

 

 

试验过程中，应一直监控增长曲线，不断地将观测的MTBF值和计划的增长值进行比较，以对增长率和资金进行再分配和控制。当试验进行到规定的总时间，利用试验数据估计的MTBF值已达到要求时，可以结束试验；如果试验过程中一直没有出现故障，假设其寿命服从指数分布，可以以90%置信水平确信受试设备的MTBF已达到要求，从而提前结束试验。由于可靠性增长试验要求采用综合环境条件，需要综合试验设备，试验时间较长，需要投入较大的资源，因此，一般只对那些有定量可靠性要求、任务或安全关键的、新技术含量高且增长试验所需的时间和经费可以接受的产品进行可靠性增长试验。

 

三、应用对象

 

可靠性研制试验适用于所有的研制产品。需要指出的是，产品按设计图纸制成硬件后，要经历功能、性能和环境试验、安全性试验乃至电磁兼容性试验，这些试验中必然会发现一些设计和工艺缺陷，通过对这些缺陷采取纠正措施，不仅可促使产品达到这些试验考核的目标，同时也可提高产品的可靠性。这些试验可以看作是研制试验的组成部分，但并不是可靠性研制试验。

 

四、应用时机

 

从理论上讲，可靠性研制试验的最佳应用时机应是在制造出样机之后，而且其功能和性能在实验室环境条件(常温、静态)下满足设计规范要求和经过环境鉴定试验之后进行。鉴于产品的可靠性和环境适应性均与环境应力和载荷应力密切相关，而且环境适应环境与可靠性性高的产品必然可靠，因此，在工程实践中，常常将环境适应性研制试验和可靠性研制试验一起进行，从而在样机制成且其功能和性能在实验室条件下满足规范要求后，与环境适应性研制试验一起开始进行可靠性研制试验。研制早期阶段的环境适应性研制试验及可靠性研制试验实质上都属于工程研制试验。两者的区别在于传统的环境适应性研制试验有一组环境极值(环境适应性要求)作为目标，但无论是环境应力和可靠性水平，可靠性研制试验均无具体的目标值或约束条件。

 

五、试验所用应力

 

可靠性研制试验的应力可以根据产品特性、可靠性的提高幅度、试验设备条件、经费和进度等资源确定。一般采取用温度应力、振动应力、湿度应力和产品特别敏感的其他应力进行依次单独、组合或综合施加的方式，可以模拟或不模拟真实环境，也可以使用不加速或加速应力。但为了快速激发产品的内在缺陷，一般采用不模拟实际环境的加速应力。以往的可靠性研制试验，其施加应力一般不会超过规范或合同环境适应性要求中规定的最大环境应力，但近年来，施加应力已远远超出规定的应力值，且又不会激发出现场使用中不会出现的故障，这一思路已在高加速寿命试验中得到广泛应用。

 

六、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。

 

6、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。

 

 

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