[科普中国]-可靠性增长试验

基本概念

可靠性增长试验，是通过对产品施加真实的或模拟的综合环境应力，暴露产品的潜在缺陷并采取纠正措施，使产品的可靠性达到预定要求的一种实验。它是一个有计划的试验——分析——改进（TAAF）的过程，其试验目的在于对暴露出的问题采取有效的纠正措施，从而达到预定的可靠性增长目标。

产品的固有可靠性是由设计确定并通过制造实现的。由于产品复杂性的不断增加和新材料、新工艺、新技术的广泛应用，产品设计需要有一个不断认识、不断改进、完善的过程。样机在试验或运行当中，不断暴露出薄弱环节，再不断纠正、改进，从而提高产品的可靠性水平，逐步达到可靠性目标值。1

大量工程实践证明，可靠性增长试验是提高产品可靠性非常重要的途径。GJB1407-92 也强调，可靠性增长试验是GJB450 的一个工作项目，是实现可靠性增长的正规途径和主要手段。可靠性增长是保证现代复杂系统投入使用后具有所要求的可靠性的一种有效途径，贯穿于产品寿命周期的各个阶段。在不同的寿命周期阶段，可采用不同的方法及技术实现可靠性增长。1

理想的可靠性增长过程右图直观地表示一个理想的可靠性增长过程。

第一阶段：研制阶段。第一台样机研制出来时，由于存在设计缺陷等系统性薄弱环节，初始的平均故障间隔时间(MTBF)较低(A 点)。在可靠性增长研制试验以及其他试验中，不断地暴露出系统性失效，通过分析，有针对性地采取纠正措施，进行设计更改，一直到研制阶段结束，可靠性在不断增长，达到B 点。

第二阶段：试生产阶段。由于设计阶段样机数量较少，设计缺陷很难充分暴露出来，特别是批次性的元器件缺陷不能充分暴露出来；设计阶段元器件由设计人员掌握，设计更改、元器件更换随意性较大，往往会掩盖设计方面的不足和元器件方面的缺陷；样机的应力筛选试验很充分，而生产阶段的产品不可能有如此长的环境应力筛选周期。所以，在试生产开始的时候，使产品的可靠性低于样品研制结束时的可靠性，从B 点下降到C 点。在试生产过程中，通过继续采用纠正、改进措施，可靠性将不断增长，达到D 点。

第三阶段：批生产和使用阶段。在批生产开始的时候，由于工艺缺陷、装配缺陷以及质量控制问题，可能使批生产产品的可靠性水平从D 点下降到E 点。随着关键问题的不断解决，各种工艺缺陷、装配缺陷得到纠正，可靠性将继续增长，达到规定的MTBF 。由以上可知，实现可靠性增长是反复设计、反复纠正的结果。随着设计的成熟，研究确定实际存在(通过试验)的或潜在(通过分析)的故障源，进一步的设计工作应当放在改正这些问题上。从理论上讲，产品寿命期的各个阶段都可以实现可靠性增长，但是对于各阶段所进行的可靠性增长，在经济性和及时性方面又都各不相同。

研制阶段实现可靠性增长的主要优点是费用低，更改设计方便、及时。研制阶段进行可靠性增长的主要信息来源有3 个方面：

（1）经验信息。包括同类产品使用信息、同类产品可靠性增长经验、历史经验数据、技术经验、各种数据库及出版物。这些信息在方案设计阶段就可利用，以通过更改早期设计来实现可靠性增长，因此具有很好的及时性和经济性。

（2）分析信息。在对新产品的研制进行方案论证时，对新研制系统进行分析、产品研制成熟程度、研究及评审所获得的信息，如可行性研究、权衡分析、可靠性预计、FMECA 、故障树分析、以及设计评审等所获得的信息。利用分析信息实现可靠性增长的优点是及时性和经济性较好，特别是对于高可靠性要求的产品，可以减少或避免某些费时和昂贵的试验。

（3）试验信息。产品在研制阶段可利用的试验信息种类多、范围广。研制过程各个阶段、各个层次的产品在各种环境条件下进行各种类型的试验都能提供有价值的信息。试验信息是实现可靠性增长最为通用的信息源，利用试验信息实现可靠性增长的主要优点是具有很高的确实性。尽管试验费用是影响利用试验信息实现可靠性增长的主要障碍，但是，在实现可靠性增长的过程中，最经济有效的方法仍是在研制阶段合理安排各种可靠性试验，比如可靠性增长试验，以便于在产品研制早期确定故障模式，设计更改更容易，试验费用和风险更低，具有更好的及时性和经济性。其与环境试验及性能试验相比，具有更系统、全面和深入发现故障，确实性好，效费比更高的优点，因此，可靠性增长试验是目前国外在实现可靠性增长过程中广泛采用的方法。1

可靠性增长试验方案可靠性增长试验前必须制订产品的可靠性增长试验方案。

试验方案应着重说明如何进行性能监控、故障检测、失效分析，并特别强调防止故障再现的设计更改及其验证。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，要求试验前先评估出产品可能的初始可靠性水平；确定合理的增长率；选用恰当的跟踪和评估模型；试验中应对产品施加由产品寿命周期内的任务剖面转换得来的综合环境应力或实际的使用环境应力；对试验前的准备工作情况及试验结果要进行评审。

产品可靠性增长试验前，应完成并通过环境适应性试验。可靠性增长试验一般只适用于有定量可靠性要求，且增长试验所需的时间和经费可以接受，现有的实验室能够提供其要求的综合环境条件的关键、主要的产品。当需用成功的可靠性增长试验代替可靠性鉴定试验时，该方案事先必须得到订购方的认可。2

产品开发和生产过程中都应促进自身的可靠性增长。预期的增长应表现在各开发阶段和生产过程中都有相应的增长目标值。因此，应制定一个完整的可靠性增长计划，计划应包括对产品开发增长的计划曲线。增长计划曲线的制定主要应根据同类产品预计过程中所得的数据，通过分析以便确定可靠性增长试验的时间，并且使用监测试验过程的方法对增长计划进行管理.

依据标准GB/T15174-1994

GJB1407

IEC61014等。

应用方向目前可靠性试验广泛运用于民用、航空、航天等不同领域。实施试验的单位主要有北京环境可靠性与电磁兼容试验中心和一些航天单位。

在产品研制过程中，除了可靠性试验外，还经常会进行许多试验，如工程设计试验、性能试验、环境试验等。这些试验当中含有大量失效信息，各方应尽可能地利用产品各个阶段的资源与信息，将各种试验信息结合起来，进行科学的可靠性增长管理，经济、高效地促使产品达到预定的可靠性目标。1