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可靠性强化试验技术引起的可靠性观念争议

嘉峪检测网        2018-06-06 09:02

可靠性强化试验的目的是通过系统的施加逐渐增大的环境应力和工作应力,来激发故障和暴露设计中的薄弱环节,从而评价产品设计可靠性。

可靠性强化试验有如下技术特点:

1、可靠性强化试验施加环境应力和工作应力是变化的,且是递增的,是一种加速试验;

2、主要目的是查明和排除设计中的薄弱环节,评价产品设计可靠性,那么因制造(工艺)缺陷所造成的自然被看成是不相关的,不是主要目的(制造缺陷主要靠环境应力筛选);

3、为了试验的有效性,可靠性强化试验必须在能够代表设计、元件、材料和PCBA加工生产中所使用的制造工艺都已落实的样件上进行,并且应尽早进行,以便修改设计;

4、可靠性强化试验是在超出规范极限以外进行并且快速(加速)进行,这也是可靠性强化试验与传统的可靠性试验方法显著不同的特点之一。

从可靠性强化试验的技术特点可见,研究可靠性强化试验的意义是,如果在产品设计和开发阶段适当的规划和实施可靠性强化试验,可以使产品制造者确保得到早期高可靠性,并且已经知道第一件产品具有'成熟的可靠性',可以使产品的设计者和制造者从中获得可用于改进产品最快和最确切的信息,可以确定环境应力筛选(ESS)的应力量级,可以使鉴定试验的故障减少到最低程度,从而使鉴定试验以及可靠性验证工作变为只是一种形式而已。

鉴于以上技术特点,可靠性强化试验技术引起了可靠性工程界对传统可靠性观念的争议。美国制造商在上世纪80年代认识到质量的重要性,深知市场只接受质高价廉的产品,到90年代又认识到可靠性的重要性,深知市场对产品不仅要求高的开箱率,而且要求在设计寿命期内确保性能良好不变。这是新一轮对可靠性的挑战,而可靠性强化试验正是为满足这一挑战而发展起来的试验技术。

按传统的可靠性定义去应付瞬息万变的动态市场已经显得太被动了,制造商只对用户的条件(规范)负责,不对产品的使用负责,必然导致在市场竞争中的失败。于是近几年一种进取性的为市场竞争需求的可靠性定义便提出来了:可靠的产品应随时都能完成用户需其完成的任何任务。

对于这种为了市场竞争的需求而提出的可靠性定义是否正确,还需要进一步科学论证和理论推敲,但就学术上由可靠性强化试验技术的研究和迅猛发展而引起可靠性观念的争议应该引起质量与可靠性研究者的注意和重视。同时,该观点的提出,对产品可靠性提出了更高的要求。制造商只有深入了解用户对产品的要求,关注市场的发展,生产的产品不仅能达到用户提出的技术规范条件,还必须满足用户需要该产品所能完成的任何任务,除非达到了该产品的破坏极限。

可靠性强化试验技术引起的可靠性观念争议

由于可靠性强化试验技术的理论依据是故障物理学(Physics of failure),它把故障或失效当作研究的主要对象,通过发现、研究和根治故障达到提高可靠性的目的。对当今高技术和高复杂度的电子或机电产品要发现潜在的故障并不易,特别是一些'潜伏'极深的或不易根除的间歇故障,必须采用加大应力的方法使其暴露。因此,从故障防治策略来讲,可靠性强化试验的理论依据是科学的。国外实践证明,可靠性强化试验方法效果是显著的。这也是可靠性强化试验逐渐蓬勃发展起来的主要原因。

当前,可靠性强化试验技术还在不断的发展。随着科学的迅猛发展,经验的积累,可靠性强化试验技术会不断地完善。同时,可靠性强化试验技术与传统的可靠性模拟试验技术也必然朝着相辅相成、取长补短、互相渗透以获取产品的高可靠性、最佳费/效比的方向发展。

以下是国外开展可靠性强化试验的例子:

波音公司、福特汽车公司、惠普公司、ECE公司和Tandem计算机公司等,考虑到市场竞争的需要,为了减少产品研制费用,并在产品研制早期就能得到较高的可靠性水平,都大量采用了RET技术。其中美国波音公司应用的最好,影响也最大,效果十分显著。下面是波音公司在航空飞机上的应用效果。

1、对波音777飞机中40个LRU(现场可更换单元)分别开展了RET和ALT(加速寿命试验),并与常规服务站收集的故障数进行对比,见图1。可见RET激发故障的效果非常显著。

可靠性强化试验技术引起的可靠性观念争议

图1  RET与ALT以及服务站收集的故障数对比

2、对波音777飞机中390套LRU(可更换单元)开展了1000个周期的更换维修试验,做RET的217套LRU更换率为4%,不做RET的173套LRU更换率为35%,见图2。可见应用RET能大幅度降低维修更换率和维修费用。

可靠性强化试验技术引起的可靠性观念争议


图2  RET效果与更换率的对比

3、对波音777飞机中5类设备分别开展了RET和RQT(可靠性鉴定试验),又对RET改进后的5类设备进行RQT,故障数对比情况见图3。可见RET激发故障的效果非常显著,并有助于RQT。

可靠性强化试验技术引起的可靠性观念争议

图3  5类设备开展RET和RQT的故障数对比

从波音公司的应用可以看出,可靠性强化试验对于快速激发产品缺陷是非常有效的手段,研制阶段的强化试验可极大的减少产品投入使用后出现故障,从而降低维修费用,经济效益明显。

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来源:91质量