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【質(zhì)量與可靠性學(xué)堂】可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)技術(shù)發(fā)展與爭(zhēng)議
閱讀：3035 發(fā)布時(shí)間：2017-10-13 隨著軍用電子產(chǎn)品越來(lái)越復(fù)雜,，使用環(huán)境越來(lái)越嚴(yán)酷，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求也越來(lái)越高,。為了提高電子產(chǎn)品的可靠性,，內(nèi)場(chǎng)(實(shí)驗(yàn)室)可靠性試驗(yàn)越來(lái)越被國(guó)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(zhǎng),、可靠性鑒定等試驗(yàn)技術(shù)發(fā)展和日趨成熟，為了減少試驗(yàn)費(fèi)用,，必須研究新的試驗(yàn)技術(shù)和方法,。90年代初,，美國(guó)波音公司考慮到市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需求，為了減少產(chǎn)品研制費(fèi)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(qiáng)化試驗(yàn)（Reliability Enhancement Testing, 縮寫(xiě)為RET）。
可靠性試驗(yàn)技術(shù)的研究和發(fā)展
當(dāng)前,，國(guó)外可靠性試驗(yàn)技術(shù)發(fā)展動(dòng)向主要表現(xiàn)在從電子設(shè)備走向機(jī)電設(shè)備(美國(guó)人稱(chēng)為M/E-M設(shè)備),，從單個(gè)系統(tǒng)(設(shè)備)走向M/E-M復(fù)雜系統(tǒng)的綜合試驗(yàn)，從傳統(tǒng)的可靠性模擬(Simulation)試驗(yàn)走向可靠性激發(fā)(stimulation)試驗(yàn),。
1,、從電子設(shè)備走向M/E-M設(shè)備
通過(guò)近幾十年的工程實(shí)驗(yàn)，電子產(chǎn)品可靠性試驗(yàn)技術(shù)已趨成熟,，與此相應(yīng)M/E-M產(chǎn)品由于種類(lèi)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(xiǎn)等因素給可靠性驗(yàn)證試驗(yàn)技術(shù)的研究帶來(lái)很大的困難,。國(guó)外已經(jīng)從80年代開(kāi)始研究解決這類(lèi)問(wèn)題,。例如，由美國(guó),、英國(guó),、加拿大、澳大利亞和新西蘭為成員的技術(shù)合作計(jì)劃(TTCP)委員會(huì)從80年代初開(kāi)始就著手研究M/E-M產(chǎn)品的可靠性技術(shù)問(wèn)題,。再如,，美國(guó)國(guó)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(jī)械/電-機(jī)(M/E-M)設(shè)備可靠性試驗(yàn)技術(shù)的現(xiàn)狀,，并研究對(duì)策以協(xié)助軍事計(jì)劃管理人員制訂能夠承受的非電子設(shè)備可靠性試驗(yàn)計(jì)劃,。
2、從單一系統(tǒng)走向M/E-M復(fù)雜系統(tǒng)的綜合試驗(yàn)
由于現(xiàn)代高科技武器裝備研制的需求,，國(guó)外近年來(lái)非常重視大系統(tǒng)的地面綜合試驗(yàn)(包括性能與可靠性綜合試驗(yàn)),，尤其是M/E-M復(fù)雜系統(tǒng)的綜合試驗(yàn)。這樣不僅可以減少外場(chǎng)試驗(yàn)的費(fèi)用,，縮短進(jìn)度和降低風(fēng)險(xiǎn),，而且可以充分暴露系統(tǒng)中各種機(jī)械、液壓,、電子電氣等各類(lèi)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(yàn),，可以獲得高置信度的系統(tǒng)可靠性。如美國(guó)空軍和波音飛機(jī)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(shí)驗(yàn)室。美國(guó)海軍武器中心具有容積65m3的溫度-濕度-振動(dòng)-高度四綜合試驗(yàn)系統(tǒng),，美國(guó)空軍早在80年代就開(kāi)始研究各種飛機(jī)使用的標(biāo)準(zhǔn)慣性導(dǎo)航這類(lèi)精密復(fù)雜機(jī)電一體化系統(tǒng)的可靠性試驗(yàn)技術(shù),。
3、從傳統(tǒng)的可靠性模擬試驗(yàn)走向可靠性激發(fā)試驗(yàn)
從50年代初,，美國(guó)就對(duì)*開(kāi)始采用單環(huán)境應(yīng)力模擬的研制試驗(yàn)與鑒定試驗(yàn)以檢驗(yàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量和可靠性,。從70年代開(kāi)始發(fā)展到采用綜合環(huán)境應(yīng)力模擬可靠性試驗(yàn)并在試驗(yàn)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(yàn)的日趨發(fā)展,，美國(guó)國(guó)防部從1963年開(kāi)始頒發(fā)了一系列可靠性模擬試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn),。如1963年頒發(fā)的美軍標(biāo)MIL-STD-781及隨后又進(jìn)行了不斷的修改和充實(shí)完善的MIL-STD-781A、MIL-STD-781B,、MIL-STD-781C,、MIL-STD-781D,，再如空間飛行器試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD-1540以及它們的修訂版,。長(zhǎng)期以來(lái)，傳統(tǒng)的環(huán)境模擬可靠性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)一直是美國(guó)為保障*可靠性而實(shí)施的主要試驗(yàn)手段,。
傳統(tǒng)環(huán)境模擬可靠性試驗(yàn)的特點(diǎn)是,，盡可能地模擬任務(wù)剖面的真實(shí)環(huán)境，而且是典型的真實(shí)環(huán)境,，再加上設(shè)計(jì)裕度來(lái)確保產(chǎn)品的可靠性,。研制階段的可靠性增長(zhǎng)試驗(yàn)，也是模擬典型的真實(shí)環(huán)境,。因此,，環(huán)境模擬的真實(shí)程度和設(shè)計(jì)裕度的大小便成為兩個(gè)關(guān)鍵的因素。要提高可靠性就必須對(duì)環(huán)境進(jìn)行更的模擬和提高設(shè)計(jì)裕度,，但往往在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段更的模擬真實(shí)環(huán)境根本不可能,，而提高設(shè)計(jì)裕度又增大成本。另外,，可靠性鑒定試驗(yàn)是考核產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)指標(biāo)是否達(dá)到,，有"通過(guò)"和"不通過(guò)"問(wèn)題，既使暴露設(shè)計(jì)缺陷,，由于鑒定試驗(yàn)是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)定型時(shí)完成,，已經(jīng)沒(méi)有重大修改的時(shí)間，潛在的缺陷仍然殘量不少,，隨時(shí)都可能在外場(chǎng)使用時(shí)暴露并引起故障,。
激發(fā)試驗(yàn)與環(huán)境模擬可靠性試驗(yàn)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(lái)達(dá)到提高可靠性的目的,。因此，試驗(yàn)時(shí)不考核是否"通過(guò)",，激發(fā)出的潛在缺陷越*越好,。
國(guó)外初的激發(fā)試驗(yàn)是50~60年代的老化(老煉)試驗(yàn),，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(guó)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(gè)新臺(tái)階,，并收到了很好的效果,。1982年美國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)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(jìn)入了一個(gè)蓬勃發(fā)展的時(shí)期,。在此同時(shí),，美國(guó)國(guó)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(cè)》等,，使應(yīng)力篩選進(jìn)入一個(gè)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(shí),，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(jì)缺陷，主要是剔除生產(chǎn)工藝過(guò)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(guó)防預(yù)算又帶來(lái)價(jià)格和研制周期問(wèn)題,，也就是全壽命周期費(fèi)用問(wèn)題,。可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)就是在這種背景下脫穎而出的,。實(shí)踐證明,，可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)正是綜合解決這一問(wèn)題的好方法。
美國(guó)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(zhuān)家,。他們?cè)?jīng)稱(chēng)這種試驗(yàn)為高加速壽命試驗(yàn)(HALT)和高加速應(yīng)力篩選(HASS),，前者是針對(duì)設(shè)計(jì)，后者是針對(duì)生產(chǎn)過(guò)程,。這種方法的核心是不模擬真實(shí)環(huán)境,，大大超出設(shè)計(jì)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(jìn)應(yīng)力(Step Stree)方法。從加速可靠性試驗(yàn)觀點(diǎn)出發(fā),，可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)(RET)是加速壽命試驗(yàn)(ALT)和環(huán)境應(yīng)力篩選(ESS)之后的第三種加速可靠性試驗(yàn),。可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)的使用與目的性，目前上尚未取得廣泛的一致,。事實(shí)上,，對(duì)這種試驗(yàn)的目的性目前還沒(méi)有統(tǒng)一看法，以致于對(duì)于這種試驗(yàn)也有幾種不同的叫法,，如步進(jìn)應(yīng)力(Step Stress),、應(yīng)力壽命及強(qiáng)加速壽命試驗(yàn)(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(mén)推廣應(yīng)用,，并取得很大成功。由于美國(guó)波音公司應(yīng)用,，影響也大,，并且使用可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)(RET)，后來(lái)人們逐漸習(xí)慣接受了這一術(shù)語(yǔ),。
可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)技術(shù)引起可靠性觀念爭(zhēng)議
可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)的目的是通過(guò)系統(tǒng)的施加逐漸增大的環(huán)境應(yīng)力和工作應(yīng)力,，來(lái)激發(fā)故障和暴露設(shè)計(jì)中的薄弱環(huán)節(jié)，從而評(píng)價(jià)產(chǎn)品設(shè)計(jì)可靠性,?？梢?jiàn),，可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)有如下技術(shù)特點(diǎn)：
a,、可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)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(jiàn)它是一種加速試驗(yàn),；
b、既然主要目的是查明和排除設(shè)計(jì)中的薄弱環(huán)節(jié),，評(píng)價(jià)產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(yàn)的有效性，可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)必須在能夠代表設(shè)計(jì),、元件,、材料和生產(chǎn)中所使用的制造工藝都已落實(shí)的樣件上進(jìn)行，并且應(yīng)盡早進(jìn)行,，以便修改設(shè)計(jì),；
d、可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)是在超出規(guī)范極限以外進(jìn)行并且快速(加速)進(jìn)行,，這也是可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)與傳統(tǒng)的可靠性試驗(yàn)方法顯著不同的特點(diǎn)之一,。
從可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)的技術(shù)特點(diǎn)可見(jiàn)，研究可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)的意義是，如果在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)階段適當(dāng)?shù)囊?guī)劃和實(shí)施可靠性強(qiáng)化試驗(yàn),，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(jì)者和制造者從中獲得可用于改進(jìn)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(jí),，可以使鑒定試驗(yàn)的故障減少到低程度，從而使鑒定試驗(yàn)以及可靠性驗(yàn)證工作變?yōu)橹皇且环N形式而已,。
鑒于以上技術(shù)特點(diǎn),，可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)技術(shù)引起了可靠性工程界對(duì)傳統(tǒng)可靠性觀念的爭(zhēng)議。美國(guó)可靠性專(zhuān)家L.W.Condra認(rèn)為,，美國(guó)制造商在80年代認(rèn)識(shí)到質(zhì)量的重要性,，深知市場(chǎng)只接受質(zhì)高價(jià)廉的產(chǎn)品，到90年代又認(rèn)識(shí)到可靠性的重要性,，深知市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品不僅要求高的開(kāi)箱率,，而且要求在設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)確保性能良好不變。這是新一輪對(duì)可靠性的挑戰(zhàn),，而可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)正是為滿(mǎn)足這一挑戰(zhàn)而發(fā)展起來(lái)的試驗(yàn)技術(shù),。
Condra還指出，按傳統(tǒng)的可靠性定義去應(yīng)付瞬息萬(wàn)變的動(dòng)態(tài)市場(chǎng)已經(jīng)顯得太被動(dòng)了,，制造商只對(duì)用戶(hù)的條件(規(guī)范)負(fù)責(zé),，不對(duì)產(chǎn)品的使用負(fù)責(zé)，必然導(dǎo)致在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的失敗,。于是近幾年一種進(jìn)取性的為市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)需求的可靠性定義便提出來(lái)了,。
"一種可靠的產(chǎn)品應(yīng)隨時(shí)都能完成用戶(hù)需其完成的任何任務(wù)。"
對(duì)于這種為了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需求而提出的可靠性定義是否正確,，還需要進(jìn)一步科學(xué)論證和理論推敲,，但就學(xué)術(shù)上由可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)技術(shù)的研究和迅猛發(fā)展而引起可靠性觀念的爭(zhēng)議應(yīng)該引起質(zhì)量與可靠性研究者的注意和重視。同時(shí),，該觀點(diǎn)的提出,，對(duì)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(hù)對(duì)產(chǎn)品的要求,，關(guān)注市場(chǎng)的發(fā)展,，生產(chǎn)的產(chǎn)品不僅能達(dá)到用戶(hù)提出的技術(shù)規(guī)范條件，還必須滿(mǎn)足用戶(hù)需要該產(chǎn)品所能完成的任何任務(wù),，除非達(dá)到了該產(chǎn)品的破壞極限,。
由于可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)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(duì)象,，通過(guò)發(fā)現(xiàn),、研究和*故障達(dá)到提高可靠性的目的,。對(duì)當(dāng)今高技術(shù)和高復(fù)雜度的電子或機(jī)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(lái)講,，可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)的理論依據(jù)是科學(xué)的,。國(guó)外實(shí)踐證明，可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)方法效果是顯著的,。這也是可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)逐漸蓬勃發(fā)展起來(lái)的主要原因,。
當(dāng)前，可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)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(yàn)的積累，可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)技術(shù)會(huì)不斷地完善,。同時(shí),，可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)技術(shù)與傳統(tǒng)的可靠性模擬試驗(yàn)技術(shù)也必然朝著相輔相成、取長(zhǎng)補(bǔ)短,、互相滲透以獲取產(chǎn)品的高可靠性,、佳費(fèi)/效比的方向發(fā)展。