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環(huán)境試驗設備的可靠性測試
日期：2024-10-10 19:08
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摘要：
環(huán)境試驗設備的可靠性測試
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**節(jié)的公式計算出MTBF，當然樣品數(shù)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*后一個樣品出現(xiàn)故障――需要的測試時間長得無法想象，要所有樣品都出現(xiàn)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(xiàn)；經過大量專家、長時間的統(tǒng)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(xiàn)，說明未達到產品的極限能力，所以此時對應的MTBF是產品的*小值）。其它計算方法見下文。（*應力：就是指外界各種環(huán)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(huán)境測試
產品在使用過程中，有不同的使用環(huán)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(huán)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(huán)境下正常工作，國標、行標都要求產品在環(huán)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(huán)測試、熱沖擊測試）；
4、高溫高濕測試（濕熱貯存、濕熱循環(huán)）；
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(huán)境試驗的相關國家標準如下（部分試驗可能沒有相關國標，或者是我還沒有找到）：
1、低溫試驗
按GB/T2423.1—89《電工電子產品環(huán)境試驗**部分：試驗方法低溫試驗》；
GB/T2423.22—87《電工電子產品環(huán)境試驗**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(huán)境試驗**部分：試驗方法高溫試驗》；
GB/T2423.22—87《電工電子產品環(huán)境試驗**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(huán)境試驗**部分：試驗方法恒定濕熱試驗》；
GB/T2423.4—93《電工電子產品環(huán)境試驗**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(huán)境試驗**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(huán)境試驗**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(huán)境試驗**部分：試驗方法低氣壓試驗》；
GB/T2423.25—92《電工電子產品環(huán)境試驗**部分：試驗方法低溫/低氣壓試驗》；
GB/T2423.26—92《電工電子產品環(huán)境試驗**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(huán)境試驗**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），*大位移振幅3.5mm（滿載）。頻率范圍（電磁振動臺）：5～3000Hz，*大位移25mmP-P。
8、沖擊試驗
按GB/T2423.5—95《電工電子產品環(huán)境試驗**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(huán)境試驗**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(huán)境試驗**部分：試驗方法傾跌與翻到試驗》；
GB/T2423.8—95《電工電子產品環(huán)境試驗**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**地概括了產品在實現(xiàn)使用過程中碰到的外界環(huán)境；實際測試時，因為各產品本身屬性的相差較遠、使用環(huán)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(huán)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(huán)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(fā)、小批量試產、批量生產三個不同的階段。在研發(fā)階段，測試條件*嚴（應力*大）、測試延續(xù)的時候*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*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(fā)發(fā)現(xiàn)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(wěn)定性低應力、短時間有條件的允許故障發(fā)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(huán)境試驗技術
傳統(tǒng)的環(huán)境試驗是基于真實環(huán)境模擬的試驗方法，稱為環(huán)境模擬試驗。這種試驗方法的特點是：模擬真實環(huán)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(huán)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(tǒng)可靠性試驗的技術思路，將激發(fā)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(huán)境試驗技術領域的研究與應用推廣對可靠性工程的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。
加速環(huán)境試驗
激發(fā)試驗(Stimulation)通過施加激發(fā)應力、環(huán)境快速檢測來**產品的潛在缺陷。試驗所施加的應力并不模擬真實環(huán)境，而以提高激發(fā)效率為目標。
加速環(huán)境試驗是一種激發(fā)試驗，它通過強化的應力環(huán)境來進行可靠性試驗。加速環(huán)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(huán)境下的壽命與在加速環(huán)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(fā)方式。高溫變率的溫度循環(huán)和寬帶隨機振動是公認*有效的激發(fā)應力形式。加速環(huán)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(fā)生、何時發(fā)生、為何發(fā)生磨耗失效的。
下面分別對2種基本類型進行簡單闡述。 高低溫試驗箱
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(xiàn)出的特性與產品在長時間、低應力作用下表現(xiàn)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(shù)據，這在當今的市場上是很關鍵的，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**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(shù)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(tǒng)地施加逐漸增大的環(huán)境應力和工作應力，來激發(fā)故障和暴露設計中的薄弱環(huán)節(jié)，從而評價產品設計的可靠性。因此，RET應該在產品設計和發(fā)展周期中*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*好方法之一。它獲得的可靠性比傳統(tǒng)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(tǒng)方法那樣需要長時間的可靠性增長(TAAF)，從而降低了成本。
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(xiàn)；經過大量專家、長時間的統(tǒng)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(xiàn)，說明未達到產品的極限能力，所以此時對應的MTBF是產品的*小值）。其它計算方法見下文。（*應力：就是指外界各種環(huán)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(huán)境測試
產品在使用過程中，有不同的使用環(huán)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(huán)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(huán)境下正常工作，國標、行標都要求產品在環(huán)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(huán)測試、熱沖擊測試）；
4、高溫高濕測試（濕熱貯存、濕熱循環(huán)）；
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(huán)境試驗的相關國家標準如下（部分試驗可能沒有相關國標，或者是我還沒有找到）：
1、低溫試驗
按GB/T2423.1—89《電工電子產品環(huán)境試驗**部分：試驗方法低溫試驗》；
GB/T2423.22—87《電工電子產品環(huán)境試驗**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(huán)境試驗**部分：試驗方法高溫試驗》；
GB/T2423.22—87《電工電子產品環(huán)境試驗**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(huán)境試驗**部分：試驗方法恒定濕熱試驗》；
GB/T2423.4—93《電工電子產品環(huán)境試驗**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(huán)境試驗**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(huán)境試驗**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(huán)境試驗**部分：試驗方法低氣壓試驗》；
GB/T2423.25—92《電工電子產品環(huán)境試驗**部分：試驗方法低溫/低氣壓試驗》；
GB/T2423.26—92《電工電子產品環(huán)境試驗**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(huán)境試驗**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），*大位移振幅3.5mm（滿載）。頻率范圍（電磁振動臺）：5～3000Hz，*大位移25mmP-P。
8、沖擊試驗
按GB/T2423.5—95《電工電子產品環(huán)境試驗**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(huán)境試驗**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(huán)境試驗**部分：試驗方法傾跌與翻到試驗》；
GB/T2423.8—95《電工電子產品環(huán)境試驗**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**地概括了產品在實現(xiàn)使用過程中碰到的外界環(huán)境；實際測試時，因為各產品本身屬性的相差較遠、使用環(huán)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(huán)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(huán)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(fā)、小批量試產、批量生產三個不同的階段。在研發(fā)階段，測試條件*嚴（應力*大）、測試延續(xù)的時候*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*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(fā)發(fā)現(xiàn)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(wěn)定性低應力、短時間有條件的允許故障發(fā)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(huán)境試驗技術
傳統(tǒng)的環(huán)境試驗是基于真實環(huán)境模擬的試驗方法，稱為環(huán)境模擬試驗。這種試驗方法的特點是：模擬真實環(huán)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(huán)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(tǒng)可靠性試驗的技術思路，將激發(fā)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(huán)境試驗技術領域的研究與應用推廣對可靠性工程的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義。
加速環(huán)境試驗
激發(fā)試驗(Stimulation)通過施加激發(fā)應力、環(huán)境快速檢測來**產品的潛在缺陷。試驗所施加的應力并不模擬真實環(huán)境，而以提高激發(fā)效率為目標。
加速環(huán)境試驗是一種激發(fā)試驗，它通過強化的應力環(huán)境來進行可靠性試驗。加速環(huán)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(huán)境下的壽命與在加速環(huán)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(fā)方式。高溫變率的溫度循環(huán)和寬帶隨機振動是公認*有效的激發(fā)應力形式。加速環(huán)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(fā)生、何時發(fā)生、為何發(fā)生磨耗失效的。
下面分別對2種基本類型進行簡單闡述。 高低溫試驗箱
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(xiàn)出的特性與產品在長時間、低應力作用下表現(xiàn)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(shù)據，這在當今的市場上是很關鍵的，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**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(shù)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(tǒng)地施加逐漸增大的環(huán)境應力和工作應力，來激發(fā)故障和暴露設計中的薄弱環(huán)節(jié)，從而評價產品設計的可靠性。因此，RET應該在產品設計和發(fā)展周期中*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*好方法之一。它獲得的可靠性比傳統(tǒng)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(tǒng)方法那樣需要長時間的可靠性增長(TAAF)，從而降低了成本。