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【質(zhì)量與可靠性學(xué)堂】可靠性強化試驗技術(shù)發(fā)展與爭議
閱讀：3034 發(fā)布時間：2017-10-13 隨著軍用電子產(chǎn)品越來越復(fù)雜，使用環(huán)境越來越嚴(yán)酷,，對產(chǎn)品質(zhì)量的要求也越來越高,。為了提高電子產(chǎn)品的可靠性，內(nèi)場(實驗室)可靠性試驗越來越被國外可靠性工程界所重視,。隨著軍用電子產(chǎn)品在研制階段的環(huán)境應(yīng)力篩選,、可靠性增長、可靠性鑒定等試驗技術(shù)發(fā)展和日趨成熟,，為了減少試驗費用,，必須研究新的試驗技術(shù)和方法。90年代初,，美國波音公司考慮到市場競爭的需求,，為了減少產(chǎn)品研制費用，并在產(chǎn)品研制早期能得到高可靠性的產(chǎn)品,，提出了可靠性強化試驗（Reliability Enhancement Testing, 縮寫為RET）,。
可靠性試驗技術(shù)的研究和發(fā)展
當(dāng)前，國外可靠性試驗技術(shù)發(fā)展動向主要表現(xiàn)在從電子設(shè)備走向機電設(shè)備(美國人稱為M/E-M設(shè)備),，從單個系統(tǒng)(設(shè)備)走向M/E-M復(fù)雜系統(tǒng)的綜合試驗,，從傳統(tǒng)的可靠性模擬(Simulation)試驗走向可靠性激發(fā)(stimulation)試驗。
1,、從電子設(shè)備走向M/E-M設(shè)備
通過近幾十年的工程實驗,，電子產(chǎn)品可靠性試驗技術(shù)已趨成熟，與此相應(yīng)M/E-M產(chǎn)品由于種類繁多,，故障分布各異,，敏感的應(yīng)力不固定及小樣本大風(fēng)險等因素給可靠性驗證試驗技術(shù)的研究帶來很大的困難。國外已經(jīng)從80年代開始研究解決這類問題,。例如,，由美國、英國,、加拿大,、澳大利亞和新西蘭為成員的技術(shù)合作計劃(TTCP)委員會從80年代初開始就著手研究M/E-M產(chǎn)品的可靠性技術(shù)問題。再如,，美國國防部聯(lián)合后勤指揮組(JLC)下設(shè)的可靠性,、有效性和維修性(JTCC-RAM)組已被授權(quán)調(diào)研機械/電-機(M/E-M)設(shè)備可靠性試驗技術(shù)的現(xiàn)狀，并研究對策以協(xié)助軍事計劃管理人員制訂能夠承受的非電子設(shè)備可靠性試驗計劃,。
2,、從單一系統(tǒng)走向M/E-M復(fù)雜系統(tǒng)的綜合試驗
由于現(xiàn)代高科技武器裝備研制的需求,，國外近年來非常重視大系統(tǒng)的地面綜合試驗(包括性能與可靠性綜合試驗)，尤其是M/E-M復(fù)雜系統(tǒng)的綜合試驗,。這樣不僅可以減少外場試驗的費用，縮短進度和降低風(fēng)險,，而且可以充分暴露系統(tǒng)中各種機械,、液壓、電子電氣等各類產(chǎn)品之間的接口,、數(shù)據(jù)傳輸,、通訊及干擾影響等缺陷。它比單一產(chǎn)品試驗,，可以獲得高置信度的系統(tǒng)可靠性,。如美國空軍和波音飛機公司都分別為F-22和波音777建立了地面各種性能和可靠性綜合實驗室。美國海軍武器中心具有容積65m3的溫度-濕度-振動-高度四綜合試驗系統(tǒng),，美國空軍早在80年代就開始研究各種飛機使用的標(biāo)準(zhǔn)慣性導(dǎo)航這類精密復(fù)雜機電一體化系統(tǒng)的可靠性試驗技術(shù),。
3、從傳統(tǒng)的可靠性模擬試驗走向可靠性激發(fā)試驗
從50年代初,，美國就對*開始采用單環(huán)境應(yīng)力模擬的研制試驗與鑒定試驗以檢驗產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量和可靠性,。從70年代開始發(fā)展到采用綜合環(huán)境應(yīng)力模擬可靠性試驗并在試驗中要模擬任務(wù)剖面中的主要環(huán)境應(yīng)力。隨著可靠性模擬試驗的日趨發(fā)展,，美國國防部從1963年開始頒發(fā)了一系列可靠性模擬試驗的標(biāo)準(zhǔn),。如1963年頒發(fā)的美軍標(biāo)MIL-STD-781及隨后又進行了不斷的修改和充實完善的MIL-STD-781A、MIL-STD-781B,、MIL-STD-781C,、MIL-STD-781D，再如空間飛行器試驗標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD-1540以及它們的修訂版,。長期以來,，傳統(tǒng)的環(huán)境模擬可靠性試驗標(biāo)準(zhǔn)一直是美國為保障*可靠性而實施的主要試驗手段。
傳統(tǒng)環(huán)境模擬可靠性試驗的特點是,，盡可能地模擬任務(wù)剖面的真實環(huán)境,，而且是典型的真實環(huán)境，再加上設(shè)計裕度來確保產(chǎn)品的可靠性,。研制階段的可靠性增長試驗,，也是模擬典型的真實環(huán)境。因此,，環(huán)境模擬的真實程度和設(shè)計裕度的大小便成為兩個關(guān)鍵的因素,。要提高可靠性就必須對環(huán)境進行更的模擬和提高設(shè)計裕度，但往往在產(chǎn)品的設(shè)計階段更的模擬真實環(huán)境根本不可能,，而提高設(shè)計裕度又增大成本,。另外，可靠性鑒定試驗是考核產(chǎn)品可靠性設(shè)計指標(biāo)是否達到，有"通過"和"不通過"問題,，既使暴露設(shè)計缺陷,，由于鑒定試驗是在產(chǎn)品設(shè)計定型時完成，已經(jīng)沒有重大修改的時間,，潛在的缺陷仍然殘量不少,，隨時都可能在外場使用時暴露并引起故障。
激發(fā)試驗與環(huán)境模擬可靠性試驗的思路相反,，它是用人為施加環(huán)境應(yīng)力的方法,，加速激發(fā)產(chǎn)品潛在的缺陷來達到提高可靠性的目的。因此,，試驗時不考核是否"通過",，激發(fā)出的潛在缺陷越*越好。
國外初的激發(fā)試驗是50~60年代的老化(老煉)試驗,，所施加的環(huán)境應(yīng)力有高溫,、高低溫循環(huán)和溫度沖擊等。70年代后發(fā)展為當(dāng)今的環(huán)境應(yīng)力篩選,。1979年美國海軍頒布了海軍生產(chǎn)篩選大綱NAVMAT P-9492,，使環(huán)境應(yīng)力篩選方法上了一個新臺階，并收到了很好的效果,。1982年美國環(huán)境科學(xué)學(xué)會又頒發(fā)了指導(dǎo)性文件《電子產(chǎn)品環(huán)境應(yīng)力篩選指南》,，使應(yīng)力篩選進入了一個蓬勃發(fā)展的時期。在此同時,，美國國防部還頒發(fā)了通用標(biāo)準(zhǔn),，如MIL-STD-2164《電子產(chǎn)品環(huán)境應(yīng)力篩選方法》、MIL-HDBK-344《環(huán)境應(yīng)力篩選手冊》等,，使應(yīng)力篩選進入一個更規(guī)范發(fā)展的階段,。
80年代初,，在應(yīng)力篩選迅速發(fā)展的同時，人們已經(jīng)注意到環(huán)境應(yīng)力篩選方法并不足以暴露產(chǎn)品設(shè)計缺陷,，主要是剔除生產(chǎn)工藝過程缺陷,，這為產(chǎn)品可靠性的提高提供了可觀的空間。尤其是東西方冷戰(zhàn)結(jié)束后,，世界性裁軍和削減國防預(yù)算又帶來價格和研制周期問題,，也就是全壽命周期費用問題?？煽啃詮娀囼灳褪窃谶@種背景下脫穎而出的,。實踐證明,，可靠性強化試驗正是綜合解決這一問題的好方法。
美國G.K.Hobps,K.A.Gray和L.W.Condra等人是早從事這方面研究的幾位專家,。他們曾經(jīng)稱這種試驗為高加速壽命試驗(HALT)和高加速應(yīng)力篩選(HASS),，前者是針對設(shè)計，后者是針對生產(chǎn)過程,。這種方法的核心是不模擬真實環(huán)境,，大大超出設(shè)計規(guī)范所允許的極限，而且是一步步地加,，逐步排除缺陷，故又叫步進應(yīng)力(Step Stree)方法,。從加速可靠性試驗觀點出發(fā),，可靠性強化試驗(RET)是加速壽命試驗(ALT)和環(huán)境應(yīng)力篩選(ESS)之后的第三種加速可靠性試驗?？煽啃詮娀囼灥氖褂门c目的性,，目前上尚未取得廣泛的一致。事實上,，對這種試驗的目的性目前還沒有統(tǒng)一看法,，以致于對于這種試驗也有幾種不同的叫法，如步進應(yīng)力(Step Stress),、應(yīng)力壽命及強加速壽命試驗(HALT)等,。這種方法從80年代末至90年代初，相繼在各工業(yè)部門推廣應(yīng)用,，并取得很大成功,。由于美國波音公司應(yīng)用，影響也大,，并且使用可靠性強化試驗(RET),，后來人們逐漸習(xí)慣接受了這一術(shù)語。
可靠性強化試驗技術(shù)引起可靠性觀念爭議
可靠性強化試驗的目的是通過系統(tǒng)的施加逐漸增大的環(huán)境應(yīng)力和工作應(yīng)力,，來激發(fā)故障和暴露設(shè)計中的薄弱環(huán)節(jié),，從而評價產(chǎn)品設(shè)計可靠性?？梢?，可靠性強化試驗有如下技術(shù)特點：
a、可靠性強化試驗施加環(huán)境應(yīng)力和工作應(yīng)力是變化的,，且是遞增的,，可見它是一種加速試驗；
b,、既然主要目的是查明和排除設(shè)計中的薄弱環(huán)節(jié),，評價產(chǎn)品設(shè)計可靠性,，那么因制造(工藝)缺陷所造成的自然被看成是不相關(guān)的，不是主要目的(制造缺陷主要靠環(huán)境應(yīng)力篩選),；
c、為了試驗的有效性,，可靠性強化試驗必須在能夠代表設(shè)計、元件,、材料和生產(chǎn)中所使用的制造工藝都已落實的樣件上進行,，并且應(yīng)盡早進行，以便修改設(shè)計,；
d,、可靠性強化試驗是在超出規(guī)范極限以外進行并且快速(加速)進行，這也是可靠性強化試驗與傳統(tǒng)的可靠性試驗方法顯著不同的特點之一,。
從可靠性強化試驗的技術(shù)特點可見,，研究可靠性強化試驗的意義是，如果在產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)階段適當(dāng)?shù)囊?guī)劃和實施可靠性強化試驗,，可以使產(chǎn)品制造者確保得到早期高可靠性,，并且已經(jīng)知道*件產(chǎn)品具有"成熟的可靠性"，可以使產(chǎn)品的設(shè)計者和制造者從中獲得可用于改進產(chǎn)品快和確切的信息,，可以確定環(huán)境應(yīng)力篩選(ESS)的應(yīng)力量級,，可以使鑒定試驗的故障減少到低程度，從而使鑒定試驗以及可靠性驗證工作變?yōu)橹皇且环N形式而已,。
鑒于以上技術(shù)特點,，可靠性強化試驗技術(shù)引起了可靠性工程界對傳統(tǒng)可靠性觀念的爭議。美國可靠性專家L.W.Condra認(rèn)為,，美國制造商在80年代認(rèn)識到質(zhì)量的重要性,，深知市場只接受質(zhì)高價廉的產(chǎn)品，到90年代又認(rèn)識到可靠性的重要性,，深知市場對產(chǎn)品不僅要求高的開箱率,，而且要求在設(shè)計壽命期內(nèi)確保性能良好不變。這是新一輪對可靠性的挑戰(zhàn),，而可靠性強化試驗正是為滿足這一挑戰(zhàn)而發(fā)展起來的試驗技術(shù),。
Condra還指出,，按傳統(tǒng)的可靠性定義去應(yīng)付瞬息萬變的動態(tài)市場已經(jīng)顯得太被動了，制造商只對用戶的條件(規(guī)范)負責(zé),，不對產(chǎn)品的使用負責(zé),，必然導(dǎo)致在市場競爭中的失敗。于是近幾年一種進取性的為市場競爭需求的可靠性定義便提出來了,。
"一種可靠的產(chǎn)品應(yīng)隨時都能完成用戶需其完成的任何任務(wù),。"
對于這種為了市場競爭的需求而提出的可靠性定義是否正確，還需要進一步科學(xué)論證和理論推敲,，但就學(xué)術(shù)上由可靠性強化試驗技術(shù)的研究和迅猛發(fā)展而引起可靠性觀念的爭議應(yīng)該引起質(zhì)量與可靠性研究者的注意和重視,。同時，該觀點的提出,，對產(chǎn)品可靠性提出了更高的要求,。制造商只有深入了解用戶對產(chǎn)品的要求，關(guān)注市場的發(fā)展,，生產(chǎn)的產(chǎn)品不僅能達到用戶提出的技術(shù)規(guī)范條件，還必須滿足用戶需要該產(chǎn)品所能完成的任何任務(wù),，除非達到了該產(chǎn)品的破壞極限,。
由于可靠性強化試驗技術(shù)的理論依據(jù)是故障物理學(xué)(Physics of failure)，它把故障或失效當(dāng)作研究的主要對象,，通過發(fā)現(xiàn),、研究和*故障達到提高可靠性的目的。對當(dāng)今高技術(shù)和高復(fù)雜度的電子或機電產(chǎn)品要發(fā)現(xiàn)潛在的故障并不易,，特別是一些"潛伏"極深的或不易*的間歇故障,，必須采用加大應(yīng)力的方法使其暴露。因此,，從故障防治策略來講,，可靠性強化試驗的理論依據(jù)是科學(xué)的。國外實踐證明,，可靠性強化試驗方法效果是顯著的,。這也是可靠性強化試驗逐漸蓬勃發(fā)展起來的主要原因。
當(dāng)前,，可靠性強化試驗技術(shù)還在不斷的發(fā)展,。隨著科學(xué)的迅猛發(fā)展，經(jīng)驗的積累,，可靠性強化試驗技術(shù)會不斷地完善,。同時，可靠性強化試驗技術(shù)與傳統(tǒng)的可靠性模擬試驗技術(shù)也必然朝著相輔相成,、取長補短,、互相滲透以獲取產(chǎn)品的高可靠性,、佳費/效比的方向發(fā)展。