簡述可靠性試驗及其分類

一、 可靠度試驗
可靠度試驗(Reliability Test)乃驗證產(chǎn)品在時間方面的特性，又稱為壽命試驗(Life Test)或經(jīng)久性試驗(Durability Test)。可靠度試驗的分類，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(Survey Test)、可靠度發(fā)展/成長試驗(Reliability Development/Growth Test, RDGT)、可靠度鑒定試驗(Reliability Qualification Test, RQT)、生產(chǎn)可靠度接收試驗(Production Reliability Acceptance Test, PRAT)等四類。可靠度試驗的主要參考規(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復(fù)合環(huán)境輪廓、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計試驗方案、以及可靠度估算方法。
1.1量測試驗
量測試驗之目的系在說明規(guī)劃與執(zhí)行熱及振動量測試驗之程序，用以決定裝備的溫度穩(wěn)定時間與結(jié)構(gòu)動態(tài)共振特性。
熱與振動量測試驗應(yīng)該以裝備的樣本進行，以便決定裝備的溫度穩(wěn)定水平及找尋共振條件與設(shè)計弱點。溫度與振動量測應(yīng)該在執(zhí)行可靠度成長試驗之前實施，若有規(guī)定時，在可靠度鑒定試驗與環(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)該在試驗用裝備中選擇一個樣本，在可靠度試驗程序中規(guī)定的溫度與工作循環(huán)條件下實施。熱量測主要在決定裝備中的熱點與具有*大熱惰性的組件，以及建立裝備與試驗柜溫度之間的時間一溫度關(guān)系，這些關(guān)系應(yīng)該用以決定裝備的熱穩(wěn)定水平。試驗溫度下限的穩(wěn)定時間為裝備中熱惰性*大點的溫度達到試驗溫度下限的2℃之內(nèi)或溫度變化率小于每小時2℃。試驗溫度上限的穩(wěn)定時間為裝備中熱惰性*大點的溫度達到試驗溫度上限的2℃之內(nèi)或溫度變化率小于每小時2℃。在執(zhí)行量測與試驗時，應(yīng)該同時持續(xù)記錄裝備冷卻空氣與試驗柜空氣的溫度。一旦熱量測的結(jié)果顯示局部溫度顯著的此*終熱設(shè)計分析的預(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，則在開始進行可靠度試驗之前應(yīng)該采取必要的改進行動，并且經(jīng)過驗證與認可。
1.1.2振動量測
振動量測應(yīng)該在試驗用裝備中選擇一個樣本實施以找尋共振條件與設(shè)計弱點。除非采購單位另有規(guī)定，量測用的振動條件應(yīng)該依照可靠度試驗程序中之規(guī)定。任何在執(zhí)行振動量測試驗過程中發(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)行可靠度試驗之前應(yīng)該完成必要的改正行動，并且經(jīng)過驗證與認可。振動量測時裝備的安裝情形應(yīng)該模擬實際使用時的安裝情形。
1.2可靠度發(fā)展/成長試驗
可靠度發(fā)展/成長試驗(Reliability Development/Growth Test, RDGT)，是在研發(fā)過程正式鑒定之前、將系統(tǒng)或裝備放在實際的、摸擬的或加速的任務(wù)輪廓復(fù)合環(huán)境下進行試驗，加速失效的發(fā)生。當(dāng)失效發(fā)生時，分析與隔離失效的原因，據(jù)以執(zhí)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)計改正行動，并再試驗驗證改正行動之成效。經(jīng)由此一連串有計劃的試驗、分析與改正(Test, Analyze, And Fix, TAAF)的過程，可以盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計弱點及疵病，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，因而促進可靠度成長，達到增加系統(tǒng)與裝備實地可靠度(Field Reliability)的目的，因此又有人將可靠度成長/發(fā)展試驗稱之為TAAF。其實光是試驗本身并不能使可靠度成長，唯有能防止試驗時的失效再在實際操作時發(fā)生的設(shè)計改正行動，才能真正地改進裝備的可靠度。
目前美國國防部的政策是，在全型發(fā)展、發(fā)展與生產(chǎn)并行(必須經(jīng)認可)及初期部署時，可靠度都必須成長。研發(fā)者必須擬訂可靠度成長管理計晝，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的可靠度成長預(yù)估值，計劃中同時規(guī)定每一個里程點所需執(zhí)行的試驗，以及改正試驗時發(fā)現(xiàn)的缺陷和疵病所需的時間與手段，以免這些失效在實際操作時重現(xiàn)。
可靠度成長計劃經(jīng)評估核可后，必須強制執(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)展試驗時發(fā)生的失效是受歡迎的，而且研發(fā)階段的重點工作為估算設(shè)計產(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。表面成長是因為篩除試件中的較弱零件及**工藝所造成的，而階梯成長則是因為改正設(shè)計所造成的。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)計改正行動，階梯成長則確實會轉(zhuǎn)移到生產(chǎn)件上。因此，TAAF過程包括一序列的試驗時問(表面成長)，而每一試驗時間后則必須跟著一段改正時間(階梯成長)。當(dāng)有兩件或兩件以上的試件同時進行試驗時，試驗與改正時間必須錯開，如此當(dāng)一件試件在執(zhí)行試驗時，其它則在進行改正行動。
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，則可減低維護人力成本。
在研發(fā)初期*好能夠獲得的一或二件裝備進行RDGT，因為設(shè)計初期難免會有不成熟或考慮不周之處，假如延遲發(fā)現(xiàn)失效的時間，一旦進入正式的形態(tài)管制循環(huán)后再改正設(shè)計，因為增加可靠度工程變更所需的行政處理程序，反而會引起更大的研發(fā)時程耽擱。這種耽擱累積的結(jié)果，將造成計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)計改正行動。
執(zhí)行RDGT時，以電子裝備為例，一般的程序為l)先執(zhí)行ESS，以消除試件中**工藝和較弱零件等非設(shè)計疵病;(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，確定硬品耐環(huán)境極值的能力;(3)*后再以壽命周期輪廓的復(fù)合環(huán)境應(yīng)力，按試驗一分析一改正原則進行可靠度試驗。
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，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)，可獲致提早改進設(shè)計缺失之效果，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，一個適當(dāng)?shù)目煽慷扔媱潱瑧?yīng)當(dāng)強調(diào)ESS及RDGT，而后適度執(zhí)行RQT及PRAT，但非完全不做。RDGT與RQT*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
可靠度鑒定試驗(Reliability Qualification Test, RQT)，可靠度鑒定試驗之目的是在裝備進入生產(chǎn)前，對研制裝備滿足*低可靠度需求的合理保證。可靠度鑒定試驗的試驗輪廓必須考慮壽命周期的實際操作狀況。同時RQT是一種合約性的行為，利用統(tǒng)計的原理，抽樣試驗檢定可靠度參數(shù)是否達到約定的目標(biāo)，作為分析履約與否的依據(jù)，試驗結(jié)果可以推算可靠度估計值，但必須考慮樣本大小的因素。在所選用的統(tǒng)計試驗方案必須預(yù)先訂定裝備的合格準(zhǔn)則(允收)，此一準(zhǔn)則規(guī)定裝備真實可靠度小于*小允收可靠度需求以及大于*大拒收可靠度需求的冒險機率極限，前者即為生產(chǎn)者冒險(α)，后者為消費者冒險(β)。統(tǒng)計試驗方案的選擇必須根據(jù)成本與時程有效的加以裁適。
在可靠度試驗的實務(wù)上，常會遭遇到一種困擾的現(xiàn)象，亦即不管是否與統(tǒng)計上的假設(shè)矛盾，試驗十件試件、每件試驗十小時，并不等于試驗一件試件、每件試驗一百小時，除非試件的MTBF小于10小時、且100小時的試驗時間尚末達試件老化的時期。
可靠度鑒定試驗是正式生產(chǎn)前先導(dǎo)生產(chǎn)階段的試驗，目的在決定生產(chǎn)制造能力已經(jīng)可制造設(shè)計成熟的系統(tǒng)或裝備，因此RQT必須及時完成，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:可靠度鑒定試驗計劃，及可靠度鑒定試驗細部程序、試件清單、裝備規(guī)范、可靠度鑒定試驗環(huán)境輪廓、統(tǒng)計試驗方案，以及確實規(guī)定試驗權(quán)責(zé)單位、試驗時問、試驗地點，以及所使用試驗儀具設(shè)備的可靠度鑒定試驗執(zhí)行方案。
1.4生產(chǎn)可靠度接收試驗
生產(chǎn)可靠度接收試驗(Production Reliability Acceptance Test, PRAT)，生產(chǎn)可靠度接收試驗也是利用統(tǒng)計檢定的方法驗證交貨裝備或生產(chǎn)批的可靠度是否符合設(shè)計規(guī)定。試驗環(huán)境條件必須是代表實際任務(wù)輪廓的操作與環(huán)境狀況，在統(tǒng)計試驗方案中，必須訂定允收準(zhǔn)則，以及特定信賴(冒險)水平下的*小允收可靠度。此一準(zhǔn)則必須依據(jù)成本與時程效率而加以裁適。試驗結(jié)果或許可以提供驗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)可靠度接收試驗結(jié)果有時可代替書面或口頭的使用保證，作為反應(yīng)制造者正面或負面財務(wù)狀況的基礎(chǔ)。
由于本項試驗必須仿真裝備的壽命周期與操作環(huán)境，生產(chǎn)可靠度接收試驗可能需要相當(dāng)昂貴的試驗設(shè)備，因此一般都不建議采用所有裝備，亦即100%抽樣的試驗方案。因為此項試驗結(jié)果為履約的依據(jù)，因此生產(chǎn)可靠度接收試驗應(yīng)該盡可能由與研制者無關(guān)的獨立單位來負責(zé)。*后由于生產(chǎn)可靠度接收試驗具有提供使用者的保護機能，以及對于研制者質(zhì)量管理計劃的激勵作用，當(dāng)生產(chǎn)運作一切都很健全和順利時，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)可靠度接收試驗的需求可以完全擱置或加以廢止。