可靠性强化试验技术发展介绍
梁伟明+潘廷龙+王涛
[摘 要]可靠性试验技术是一项新兴的试验技术，在产品研制的设计、制造、装配、测试和试验过程中，设计是决定产品质量和可靠性的关键环节，制造与装配体现产品的设计思想和要求，试验是验证设计的重要手段。因此， 加速可靠性试验成为可靠性试验领域的重要研究方向。
[关键词]可靠性 强化试验 关键技术 发展趋势
中图分类号：TU823 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）45-0052-01
引言：可靠性强化试验是对受试产品施加单一或综合的环境应力（应力水平远超过正常使用环境），以快速激发产品潜在缺陷，通过故障原因、失效模式分析和改进结构设计，提高产品可靠性。
一、可靠性强化试验技术的原理
RET的理论依据是故障物理学，它把故障或失效当作研究的主要对象，通过发现、研究和根治故障达到提高可靠性的目的。以当今高技术和高度复杂的武器产品为例，要发现潜在的故障并不容易，特别是一些“潜伏”极深的或不易根除的间歇故障，必须采用加大应力的方法使其暴露。因此，从故障防治的策略来讲，RET的理论依据是科学的。
二、可靠性强化试验技术的目的
RET的目的是通过系统地施加逐渐增大的环境应力和工作应力，激发故障和暴露设计中的薄弱环节，从而评价产品的设计可靠性。由于其目的是要引起失效，因此它是破坏性试验，试样数量应尽可能地少。进行RET的理想时间是在设计周期的末期，此时设计、材料、元器件和工艺等都准备就绪，而生产尚未开始：此时进行RET，可以暴露与产品设计有关的早期失效故障，并确定产品在有效的寿命周期内发生随机故障的强度，以便于修改设计，从而在短时期内获得比传统方法高得多的早期可靠性，并且无须像传统方法那样需要长时间的可靠性增长，从而降低了成本，缩短了研制周期。
三、可靠性强化试验技术的特点
可靠性试验是故障防治策略中的关键环节，与应力筛选针对生产缺陷不同，它的目标主要针对设计缺陷或设计薄弱环节。可靠性强化试验是通过强化试验手段查明并排除设计薄弱环节，不许重现，以获得预期高设计可靠性。它主要体现在，一是可靠性试验施加环境应力和工作应力是变化的，且是递增的，可见它是一种加速试验；二是既然其主要目的是查明和排除设计中的薄弱环节，评价产品的设计可靠性，那么因制造（工艺）缺陷所引发的故障自然被看成是不相关的，不是主要的（制造缺陷主要靠环境应力筛选试验来清除）；三是为了试验的有效性，可靠性试验必须在能够代表设计、元件、材料和生产中所使用的制造工艺都已落实的样件上进行，并且应尽早地进行，以便修改设计；四是可靠性试验是在超出规范极限以外进行并且要快速（加速）进行，这也是可靠性试验与传统的可靠性试验显著不同的特点之一。
四、可靠性强化试验技术
可靠性强化试验是一种激发试验。它以步进的方式对试件施加不断加大的环境应力和工作应力来激发产品设计中潜伏的各种缺陷，所施加的应力量级最终远远超出为验证耐用产品设计所要求的水平，直至产品的破坏极限。在这种强化的环境应力作用下，产品的缺陷行以快速激发并以故障形式表现出来，然后，通过分析故障原因，采取改进措施来消除缺陷，提高产品可靠性。可靠性强化试验需要的强化环境应力由专门的试验设备（如：液氮快速制冷箱、气动式全轴振动台、多应力综合试验系统）提供，这些应力包括热应力、振动、电应力、湿应力以及各种应力相结合的综合应力等等。
1、强化失效机理分析技术
强化失效机理是可靠性强化试验的理论基础，对可靠性强化试验技术的研究，以及强化试验的设计与分析具有重要的指导意义。通过强化失效机理研究，可以掌握失效在强化环境中的加速过程，建立产品的强化特性描述，为强化环境的确定以及试验方法的选择提供理论基础和依据。根据经验至今公认为最基本最有效的应力高温变率的温度循环和宽带随机振动。强化失效机理分析技术着重在这两个方面：强化温变失效机理和强化振动失效机理。
2、超高应力环境试验系统环境特性分析技术
为了能更充分的发挥试验设备的加速环境试验的能力，首先必须掌握试验设备的行为特性，特别针对在国外已广泛应用而国内却为数甚少的波振综合环境试验台。它具有施加椭球振动、大变温率温循、湿度三综合应力环境的能力。对于温循环境，可以对液氮制冷方式下的大变温率温循环境的温度场三维分布情况进行研究，为在可靠性强化试验中应用该环境奠定基础。对于椭球振动环境，目前常用的均方根（RMS）与功率谱密度（PSD）描述都不是其完整测度，所以本项目将对椭球振动的相关特性进行大量研究，掌握其频率成分和三轴向振动的关系，以建立其完善的描述方法。
3、强化环境确定技术
目前常用的强化应力环境除了椭球振动、大温变率温度循环、高低温、湿度以外，还包括电压、电流、电功率等电应力和负载等。考虑到试验的激发效率原则，可靠性强化试验需要从这些环境中选择最有效的应力环境来进行试验。因此，可以进行强化环境确定技术研究，针对具体的失效模式选择激发效率高的应力环境进行试验，实现对潜在缺陷的快速激发与定位。
4、强化试验方法
强化试验方法必须考虑试验的效率问题，以达到试验快速激发缺陷的目的。研究内容将主要包括：强化应力环境的加载方法和试验结果的分析与综合。强化应力环境加载方法包括三类问题：1）恒定应力的施加方式；2）循环应力的施加方式；3）综合应力条件的施加方式。强化试验的最终目标在于可靠性的快速增长，因此必须对试验中出现的故障进行故障分析和机理研究，以达到改进设计及工艺缺陷的目的。
另外，可靠性强化试验技术还包括：试验层次性的确定、环境应力与诱发故障模式之间对应关系研究，即失效机理分析、试验剖面的制定、试验样件的选择、试验结果处理等各项内宾，其中失效机理分析是整个可靠性强化试验技术研究的核心，是制定高效率试验剖面的理论依据。整个可靠性强化试验过程都是按照试验剖面进行的，试验剖面中涉及到的应力类型选择、应力施加方式、应力施加顺序、应力综合方式和试验停止原则等关键内容，都是要建立在对“环境应力与诱发故障模式之间对应关系”科学分析基础上，只有这样才能达到彻底激发缺陷，最大限度提高产品可靠性的目的。
五、可靠性强化试验技术的发展趋势
当前，我国可靠性强化试验技术的发展动向主要表现在：从电子设备发展为机电设备；从单个系统发展为机电一体化复杂系统的综合试验；从傳统的可靠性模拟试验发展为可靠性激发试验；从一般的可靠性激发试验发展为可靠性强化试验。传统的环境模拟可靠性试验的特点是：尽可能地模拟任务的真实环境，而且是典型的真实环境，再加上设计欲度确保产品的可靠性。因此，环境模拟的真实程度和设计欲度的大小就成为两个关键的因素。要提高可靠性就必须对环境进行更真实的模拟和提高其设计欲度。其缺点是：往往在产品的设计阶段就根本不可能更精确地模拟真实的环境，而提高设计欲度又增大成本。另外，可靠性鉴定试验是考核产品可靠性设计指标是否达到，有“通过”与“不通过”问题，即使暴露了设计缺陷，由于鉴定试验是在产品设计定型时完成的，已经没有重大修改的时间，潜在的缺陷仍然残存不少，随时都可能在外场使用时暴露并引发故障。
结语
综上所述，产品的可靠性指标是一些综合性、统计性的指标，与质量性能指标完全不同，不可能用仪表、仪器或其它手段得到结果，而是必须要通过试验获取，所以可靠性试验是可靠性工程最基本的内容和最重要的工作项目。
参考文献
[1] 陈奇妙.美国可靠性强化试验技术发展点评[J].质量与可靠性，1998，（4）.
[2] 陈循，陶钧勇，张春华可靠性强化试验与加速寿命试验综述[J]国防科技大学学报，2002，24（4）.endprint
