汽車零部件檢測實驗室

一款新產品研發后需要進行的可靠性測試項目有那些?

 

  可靠性測試應該在可靠性設計之后,但目前我國的可靠性工作主要還是在測試階段,這里將測試放在前面。為了測得產品的可靠度(也就是為了測出產品的MTBF),我們需要拿出一定的樣品,做較長時間的運行測試,找出每個樣品的失效時間,根據第一節的公式計算出MTBF,當然樣品數量越多,測試結果就越準確。但是,這樣的理想測試實際上是不可能的,因為對這種測試而言,要等到最后一個樣品出現故障――需要的測試時間長得無法想象,要所有樣品都出現故障——需要的成本高得無法想象。

為了測試可靠性,這里介紹:加速測試(也就增加應力),使缺陷迅速顯現;經過大量專家、長時間的統計,找到了一些增加應力的方法,轉化成一些測試的項目。如果產品經過這些項目的測試,依然沒有明顯的缺陷,就說明產品的可靠性至少可以達到某一水平,經過換算可以計算出MTBF(因產品能通過這些測試,并無明顯缺陷出現,說明未達到產品的極限能力,所以此時對應的MTBF是產品的最小值)。其它計算方法見下文。(*應力:就是指外界各種環境對產品的破壞力,如產品在85℃下工作受到的應力比在25℃下工作受到的應力大;在高應力下工作,產品失效的可能性就大大增加了);

一、環境測試

產品在使用過程中,有不同的使用環境(有些安裝在室外、有些隨身攜帶、有些裝有船上等等),會受到不同環境的應力(有些受到風吹雨濕、有些受到振動與跌落、有些受到鹽霧蝕侵等等);為了確認產品能在這些環境下正常工作,國標、行標都要求產品在環境方法模擬一些測試項目,這些測試項目包括:

1、高溫測試(高溫運行、高溫貯存);

2、低溫測試(低溫運行、低溫貯存);

3、高低溫交變測試(溫度循環測試、熱沖擊測試);

4、高溫高濕測試(濕熱貯存、濕熱循環);

5、機械振動測試(隨機振動測試、掃頻振動測試);

6、汽車運輸測試(模擬運輸測試、碰撞測試);

7、機械沖擊測試;

8、開關電測試;

9、電源拉偏測試;

10、冷啟動測試;

11、鹽霧測試;

12、淋雨測試;

13、塵砂測試;

上述環境試驗的相關國家標準如下(以下只列舉部分試驗相關國標,或者是獨立的企標或者車廠標準):

1、低溫試驗

按GB/T2423.1—89《電工電子產品環境試驗第二部分:試驗方法低溫試驗》;

GB/T2423.22—87《電工電子產品環境試驗第二部分:試驗方法溫度變化試驗方法》

進行低溫試驗及溫度變化試驗。

溫度范圍:-70℃~10℃。

2、高溫試驗

按GB/T2423.2—89《電工電子產品環境試驗第二部分:試驗方法高溫試驗》;

GB/T2423.22—87《電工電子產品環境試驗第二部分:試驗方法溫度變化試驗方法》

進行高溫試驗及溫度變化試驗。

溫度范圍:10℃~210℃

3、濕熱試驗

按GB/T2423.3—93《電工電子產品環境試驗第二部分:試驗方法恒定濕熱試驗》;

GB/T2423.4—93《電工電子產品環境試驗第二部分:試驗方法交變濕熱試驗》

進行恒定濕熱試驗及交變濕熱試驗。

濕度范圍:30%RH~100%RH

4、霉菌試驗

按GB/T2423.16—90《電工電子產品環境試驗第二部分:試驗方法長霉試驗》進行霉菌試驗。

5、鹽霧試驗

按GB/T2423.17—93《電工電子產品環境試驗第二部分:試驗方法鹽霧試驗》進行鹽霧試驗。

6、低氣壓試驗

按GB/T2423.21—92《電工電子產品環境試驗第二部分:試驗方法低氣壓試驗》;

GB/T2423.25—92《電工電子產品環境試驗第二部分:試驗方法低溫/低氣壓試驗》;

GB/T2423.26—92《電工電子產品環境試驗第二部分:試驗方法高溫/低氣壓試驗》;

進行低氣壓試驗,高、低溫/低氣壓試驗。試驗范圍:-70℃~100℃0~760mmHg20%~95%RH。

7、振動試驗

按GB/T2423.10—95《電工電子產品環境試驗第二部分:試驗方法振動試驗》進行振動試驗。

頻率范圍(機械振動臺):5~60Hz(定頻振動5~80Hz),最大位移振幅3.5mm(滿載)。頻率范圍(電磁振動臺):5~3000Hz,最大位移25mmP-P。

8、沖擊試驗

按GB/T2423.5—95《電工電子產品環境試驗第二部分:試驗方法沖擊試驗》進行沖擊試驗。沖擊加速度范圍:(50~1500)m/s2。

9、碰撞試驗

按GB/T2423.6—95《電工電子產品環境試驗第二部分:試驗方法碰撞試驗》進行碰撞試驗。

10、跌落試驗

按GB/T2423.7—95《電工電子產品環境試驗第二部分:試驗方法傾跌與翻到試驗》;

GB/T2423.8—95《電工電子產品環境試驗第二部分:試驗方法自由跌落試驗》進行跌落試驗。

說明:上面13項比較全面地概括了產品在實現使用過程中碰到的外界環境;實際測試時,因為各產品本身屬性的相差較遠、使用環境相差也很大,各公司可以根據產品的特點,適當選取、增加一些項目來測試(此產品對應的國/行標中要求的必測試項目,當然是必須測試的);也可以根據產品特定的使用環境與使用方法,自行設計一些新測試項目,以驗證產品是否能長期工作。

測試條件:不同的產品測試條件不一樣;就拿高溫測試來說,有些產品要求做高溫貯存測試,有些要求做高溫運行測試,有些產品的高溫用85℃做測試,有些產品的高溫是用65℃做測試。但是,宗旨只有一個,那就是至少滿足國/行標。要測試一種產品的可靠性,找到這種產品的國/行標是必需的,按照國/行標的要求和指引找出必須的測試項目與各項目的測試方法,從而進行環境測試;

同一種產品,在不同的階段,測試條件也不一樣;一般而言,產品會經過研發、小批量試產、批量生產三個不同的階段。在研發階段,測試條件最嚴(應力最大)、測試延續的時候最短;小批量試產階段,測試應力適中、測試時間適中;批量生產階段,測試應力最小、測試時間較短;三個階段的主要差別見下表:

階段實驗目的實驗特點實驗要求

研發發現設計缺陷,擴大設計余量高應力、短時間無故障

中試考察產品是否達到基本的可靠性水平中應力、中長時間無明顯故障

批量生產生產工藝條件的穩定性低應力、短時間有條件的允許故障發生

鑒定鑒定產品的可靠性、計算產品的MTBF低應力、長時間無特別要求

加速環境試驗技術

傳統的環境試驗是基于真實環境模擬的試驗方法,稱為環境模擬試驗。這種試驗方法的特點是:模擬真實環境,加上設計裕度,確保試驗過關。其缺陷在于試驗的效率不高,并且試驗的資源耗費巨大。

加速環境試驗AET(AcceleratedEnvironmentalTesting)是一項新興的可靠性試驗技術。該技術突破了傳統可靠性試驗的技術思路,將激發的試驗機制引入到可靠性試驗,可以大大縮短試驗時間,提高試驗效率,降低試驗耗損。加速環境試驗技術領域的研究與應用推廣對可靠性工程的發展具有重要的現實意義。

加速環境試驗

激發試驗(Stimulation)通過施加激發應力、環境快速檢測來清除產品的潛在缺陷。試驗所施加的應力并不模擬真實環境,而以提高激發效率為目標。

加速環境試驗是一種激發試驗,它通過強化的應力環境來進行可靠性試驗。加速環境試驗的加速水平通常用加速因子來表示。加速因子定義為設備在自然服役環境下的壽命與在加速環境下的壽命之比。

施加的應力可以是溫度、振動、壓力和濕度(即所謂“四綜合”)及其它應力,應力的組合亦是有些場合更為有效的激發方式。高溫變率的溫度循環和寬帶隨機振動是公認最有效的激發應力形式。加速環境試驗有2種基本類型:加速壽命試驗(AcceleratedLifeTesting)、可靠性強化試驗(ReliabilityEnhancementTesting)。

可靠性強化試驗(RET)用以暴露與產品設計有關的早期失效故障,但同時,也用于確定產品在有效壽命期內抗隨機故障的強度。加速壽命試驗的目的是找出產品是如何發生、何時發生、為何發生磨耗失效的。

下面分別對2種基本類型進行簡單闡述。

1、加速壽命試驗(ALT)

加速壽命試驗只對元器件、材料和工藝方法進行,用于確定元器件、材料及生產工藝的壽命。其目的不是暴露缺陷,而是識別及量化在使用壽命末期導致產品損耗的失效及其失效機理。有時產品的壽命很長,為了給出產品的壽命期,加速壽命試驗必須進行足夠長的時間。

加速壽命試驗是基于如下假設:即受試品在短時間、高應力作用下表現出的特性與產品在長時間、低應力作用下表現出來的特性是一致的。為了縮短試驗時間,采用加速應力,即所謂高加速壽命試驗(HALT)。

加速壽命試驗提供了產品預期磨損機理的有價值數據,這在當今的市場上是關鍵的,因為越來越多的消費者對其購買的產品提出了使用壽命要求。估計使用壽命僅僅是加速壽命試驗的用處之一。它能使設計者和生產者對產品有更全面的了解,識別出關鍵的元器件、材料和工藝,并根據需要進行改進及控制。另外試驗得出的數據使生產廠商和消費者對產品有充分的信心。

加速壽命試驗的對象是抽樣產品。

2、可靠性強化試驗(RET)

可靠性強化試驗有許多名稱和形式,如步進應力試驗、應力壽命試驗(STRIEF)、高加速壽命試驗(HALT)等。RET的目的是通過系統地施加逐漸增大的環境應力和工作應力,來激發故障和暴露設計中的薄弱環節,從而評價產品設計的可靠性。因此,RET應該在產品設計和發展周期中最初的階段實施,以便于修改設計。

國外可靠性的有關研究人員在80年代初就注意到由于設計潛在缺陷的殘留量較大,給可靠性的提高提供了可觀的空間,另外價格和研制周期問題也是當今市場競爭的焦點。研究證明,RET不失為解決這個問題的最好方法之一。它獲得的可靠性比傳統的方法高得多,更為重要的是,它在短時間內就可獲得早期可靠性,無須像傳統方法那樣需要長時間的可靠性增長(TAAF),從而降低了成本。