可靠性试验技术与试验中心的发展参考模板范本.ppt

1、可靠性试验技术与试验中心的发展可靠性试验技术与试验中心的发展l 美国可靠性试验发展历程美国可靠性试验发展历程l 国内可靠性试验发展国内可靠性试验发展l 国内可靠性试验室发展方向国内可靠性试验室发展方向美国可靠性试验发展历程以美国的可靠性试验发展为例，可靠性试验的发展经历了四个阶段：1.可可靠性萌芽靠性萌芽：二战到20世纪50年代中期2.实施可靠性统计试验实施可靠性统计试验：20世纪50年代后期70年代中期3.重视综合环境试验重视综合环境试验：20世纪70年代后期80年代中期4.注重注重可靠性强化试验、可靠性强化试验、综合系统试验、仿真与虚拟试验综合系统试验、仿真与虚拟试验：20世纪80年代后期

2、至今国内可靠性试验发展国内可靠性研究始于20世纪70年代，八十年代中期开始实施可靠性试验，90年代开始可靠性验证试验（教练八飞机）。到了20世纪90年代末，我国才真正开始重视可靠性试验。我国各个军工企业从90年末才开始大量采购环境试验设备。国内各种可靠性试验的军标基本上根据美军标编制的，所以在实施上也有很大的不适用性。另外，美国总在挑战；而中国没有对产品研制周期和费用这方面的迫切感；所以中国的可靠性试验技术和执行远远落后于美国。笼统来说，中国目前的可靠性试验水平等同于美国80年代后期至90年初。但是随着我国对可靠性试验的深入，尤其对综合试验箱和可靠性强化试验箱的需求，已经引起了美国对我国的可靠

3、性试验技术的重视，比如2014年开始对我国实行综合试验箱和可靠性强化试验箱出口限制。国内可靠性试验发展考虑到可靠性试验方面更多涉及到经济性和安全性所以民用企业和军工企业存在很大的区别：从企业看：做得最好的是华为。（最早电路板器件焊脚）从行业看：汽车行业最好。关键是研发试验，很多先进的试验技术普及应用。比如振动非高斯随机试验。所以在研发试验上，民品比军品走在前面。军品是不计成本，严酷！国内可靠性试验发展方向总结：国内国情军工产品：元器件、部件、系统都是100%试验；主要试验量是筛选、摸底和鉴定试验（通过不通过，没有破坏性试验）。民品是研发试验、例行或者抽检、。发展：有效试验，增强研发试验，减少重

4、复试验；节省费用，减少周期u加强元器件和部件级产品的筛选老化试验，进行可靠性强化试验。u弱化系统级筛选试验；u加强综合环境应力试验。u加强整机的环境试验u加强仿真国内可靠性“试验室”发展方向1.第三方环境试验中心2.当前国内环境实验室状态3.设备管理规范化和标准化 第三方环境试验中心第三方环境试验中心 第三方环境试验中心是一个独立的试验单位，为用户提供产品的研制试验与评价。不仅提供各种试验设备和试验技术，而且提供试验 的评价，帮助用户进行分析、改进和决策。但是目前实验室基本上只提供试验设备的能力，提供一个试验运行的报告，不能获得和有效利用试验过程中其他试验数据（试验效率极低），更不用说提供试验

5、评价技术能力，一条腿走路，进入门槛很低，有试验设备和试验室认证就可以，成为一个没有技术含量的工作，这将导致没有竞争力。目前国内的“强基”政策和采购策略的改变（允许民营企业参与军品）都会要求提高环境试验水平。竞争力将取决于技术人员的环境试验的技术水平。试验与评价试验与评价当前国内环境实验室状态1.实验室的投资与门槛u 关系 销售、客户u 资金 设备u 质量体系认证（合作或去申请CNS认证）u 场地2.实验室运行成本比较固定n 设备采购n 场地租赁费用n 人工费用n 水电费用n 设备保障费用n 销售费用当前国内环境实验室状态3.特点l 门槛低，不需要试验技术，简单说，试验室人员就是一个接待工作和设

6、备操作工作，只有试验没有评价。l 国内环境实验室数量巨大，除了各个产品制造商和研究单位的自身建立的实验室外，独立的第三方环境实验室到处都是。l 简单试验，大型的（投资金额大，需要国家投入）或者全面综合试验室很少。4.竞争力 当前除少部分实验室外，大部分环境实验室靠关系接活，而不是靠技术服务，或者说没有竞争力；造成这种原因：当前国内环境实验室状态 造成这种原因：当前的市场需求u 国内试验技术水平和政策，造成大量的简单技术试验需求；u 进入门槛低，设备投资金额不大（简单的试验）u 收益相对稳定并较高。5问题与发展：国际形势的变化比如战争会要求产品研制周期的缩短和费用的减少；试验技术水平的提高，当前

7、国内的可靠性试验数据的积累，会导致简单技术试验量降低、综合试验量增加。第三方环境实验室相互竞争加剧从上面的投资和运行成本分析看，当前的第三方环境实验室采用降低价格（降低试验收费标准）方法，并不能保证或维持，或增加实验室的竞争力。当前国内环境实验室状态5解决与建议：提供技术服务的竞争力 突出技术服务的特点和优势；（本身技术管理显示出技术优势和特点，员工的试验技术水平、试验设备技术、帮用户解决问题的能力等）学习提高试验技术评价，尤其设备本身的技术性能的管理和正确与精确控制试验；向综合试验发展 研究学习产品研发可靠性试验技术强化试验。根据本身的行业特点，建设一个具有针对性技术特点或产品的综合服务的试

8、验室。设备管理规范标准化设备管理规范标准化目的：目的：避免设备故障纠纷，为试验评价建立数据基础。避免设备故障纠纷，为试验评价建立数据基础。1.安全与消防 设备、空间、地震、空气流通、防止混噪声、温度控制、安全（火、爆炸、腐蚀等）、水（管道、冷却装置、其他特殊用循环水的蓄水池）、电（稳压源）、压缩空气管道等。2.同设备安全和产品测试有关的电环境要求u 稳压电源u 高频滤波器和低频阻抗器u 防电击安全地线、独立的振动台地线、独立的测试地线u 规范地线布置和连接设备管理规范标准化设备管理规范标准化3.设备购置的统一技术要求为了统一夹具和安装方便，以及螺栓螺帽等标准件的使用更换方便，在采购振动台等类设

9、备，应统一要求安装螺纹孔和孔排位要求。统一安装台面的螺纹孔要求 统一安装台面的布孔要求；统一夹具 统一螺栓、螺帽等 统一工具 各种机械或电连接接口统一 统一的传感器和电缆线等 对噪声的要求、节能要求等设备管理规范标准化设备管理规范标准化4.设备性能技术管理 设备性能数据（除了计量单位提供外，试验室本身要了解自己的设备的性能特点）所有夹具的振动性能数据 正确试验：环境试验操作的具体规范要求，比如：环境试验箱里产品的摆放方式和要求（根据产品）；综合试验中传感器的连接方式要求；特别 的产品要先进行预测试分析。精确控制试验；可靠性萌芽：二战到可靠性萌芽：二战到20世纪世纪50年代中期年代中期可靠性源于

10、二战时期，当时美军运到战场的电子设备有50以上出现故障不能使用。二战结束后，以美国为首的西方国家开始重视收集有关电子产集有关电子产品的故障数据品的故障数据，并进行研究。同时航天技术的发展，促进了可靠性工程的发展。围绕着电子产品的使用环境和要求，开展了一系列研究，提出了试验规范和要求。从而可靠性试验在军工产品研制中普遍开展，使产品的可靠性得到了很大的提高。实施可靠性统计试验：实施可靠性统计试验：20世纪50年代后期70年代中期50年代后期美国国防部建立军用电子设备可靠性统计试验验方法。美国军用电子设备可靠性咨询组（AGREE）于1957年发表了军用电子设备可靠性研究报告，提出了一套军用电子设备的

11、可靠性试验方法，经过2年应用，国防部于1959年6月颁发、1962年9月更改的可靠性试验规范MIL-R-26667A“电子设备可靠性要求的通用规范”规定了可靠性验证试验要求；1963年美国国防部颁发了MIL-STD-781“可靠性试验（指数分布）”取代MIL-R-26667A，1965年进行了修改并颁发MIL-STD-781A“可靠性试验（指数分布）”，1967年又进一步进行大的修改，颁发了MIL-STD-781B，改名为“可靠性设计鉴定试验和验收试验（指数分布）”，规定了一组较完善的可靠性试验计划、试验程序及条件，在美国及世界上得到广泛应用，美军在60年代研制的F-14A、F-15A、A-7

12、A和C-5A等军用飞机的航空电子设备都按照MIL-STD-781B的要求进行可靠性验证试验，试验按照标准提供的试验统计方案及有关参数，如生产方风险、使用方风险、MTBF检验上限、MTBF检验下限1、鉴别比d等确定的试验时间与合同规定的模拟实际使用环境条件进行。重视综合环境试验重视综合环境试验20世纪70年代后期80年代中期70年代中后期到80年代中期，美英等国航空装备重视综合环境试验、可靠性工程试验，包括可靠性增长试验与环境应力筛选，而且把测试性作为维修性的组成部分进行试验验证。由于许多航空电子设备在外场使用中获得的MTBF与在实验室里按照MIL-STD-781B进行试验所获得的MTBF相差较

13、大，高达数倍。美国国防部于1977年颁发MIL-STD-781C“可靠性设计鉴定试验与产品可靠性验收（指数分布）”，该标准中规定了采用更加符合产品实际工作条件的综合环境试验条件，即温度、振动和湿度三综合的环境试验条件。同年，美国国防部还颁发了MIL-STD-2068“可靠性研制试验”，1978年又颁发了MIL-STD-1635“可靠性增长试验”，鼓励承包商通过可靠性研制试验与增长试验来提高产品的设计可靠性，以保证顺利通过可靠性鉴定试验。重视综合环境试验重视综合环境试验20世纪70年代后期80年代中期 MIL-STD-1635还指出“如果产品在交付前全部达到要求的可靠性，成功的可靠性增长试验可能

14、取消可靠性鉴定试验”。环境应力筛选是剔除航空电子设备早期失效的元器件，发现制造和工艺缺陷最经济有效的手段。这种技术先用于民用航空电子设备，后来越来越广泛地用于军用航空电子设备。1979年美国海军颁发了第一个环境应力筛选指导性文件NAVMA P 9492“海军制造筛选大纲”，随着美国国防部、三军等部门相继颁发了10个有关电子产品环境应力筛选的标准、手册及指南，以指导和管理电子产品环境应力筛选工作，在美国掀起环境应力筛选热潮，几乎所有的军用航空电子设备都有在元器件、组件和设备级进行环境应力筛选。例如，美国海军的F/A-18战斗机的火控雷达要求的集成电路、混合电路、印制电路板和某些设备都要100%进

15、行环境应力筛选。重视综合环境试验重视综合环境试验20世纪70年代后期80年代中期80年代初美国国防部修订了MIL-STD-781C，并于1986年颁发MIL-STD-781D改名为“工程研制、鉴定和生产的可靠性试验”。该标准是一个满足系统和设备整个研制和生产阶段需要的试验标准，包括了系统和设备的可靠性研制和增长试验、可靠性设计鉴定试验、可靠性生产验收试验和环境应力筛选等，并且适用于指数分布与非指数分布的系统和设备。美国在70年代中期以来新研制和改型的航空装备F-117、F-16C/D、F-15C/D、E等战斗机的航空电子设备等都强调采用可靠性研制与增长试验和环境应力筛选，保证了这些飞机的可靠性

16、水平有了显著提高。案例案例1：F/A-18战斗机的战斗机的RMS试验与评价试验与评价注重可靠性强化试验、综合系统试验、仿真注重可靠性强化试验、综合系统试验、仿真：20世纪80年代后期至今 可靠性强化试验可靠性强化试验随着经济全球化和市场竞争加剧，要求缩短新产品研制周期，节省研制费用，尽快使新产品投入市场；在军用产品研制过程中，对高可靠性产品的可靠性试验无论从费用上还是时间上都是一个严重的挑战。因此，1988年美国Hobbs工程公司的G.K.Hobbs博士提出了一种有利于缩短产品研制周期，缩短试验时间并节省研制费用的新型可靠性试验技术可靠性强化试验（RET），包括高加速寿命试验（HALT）和高加

17、速应力筛选（HASS），可靠性强化试验通常在较多的产品层次（组件）上进行。注重可靠性强化试验、综合系统试验、仿真注重可靠性强化试验、综合系统试验、仿真：20世纪80年代后期至今 可靠性强化试验可靠性强化试验高加速寿命试验通过对产品施加一系列单向应力（如三轴向、六自由度随机振动、快速温度循环、电应力）和组合应力，并逐步提高应力强度直到产品发生失效。在试验过程中，对在每一应力等级上产生的失效都要进行分析，在采取改进措施和验证后，再将应力提高到更高一级，如此连续不断进行，直到现有技术无能力排除故障为止。在产品研制过程中，HALT与HASS是一介整体，只有完成了HALT的产品，才允许进行HASS。注重

18、可靠性强化试验、综合系统试验、仿真注重可靠性强化试验、综合系统试验、仿真：20世纪80年代后期至今 可靠性强化试验可靠性强化试验高加速应力筛选（HASS）是在高加速寿命试验（HALT）的基础上发展起来的不同于常规环境应力筛选的新技术，它通常定义为一种使用比产品正常工作时所承受到的应力（产品设计规范中规定的最高应力）高得多的应力进行应力筛选。其应力可以是环境应力，也可以是工作负载造成的应力，或者是两者的综合。它要求应力能够激发在正常使用时会暴露出来的缺陷，并使之变成可检测到的故障加以排除，使经筛选的产品剩余疲劳寿命远高于正常使用条件下工作所要求的疲劳寿命，具有很高的安全余量。与ESS相比，HAS

19、S能更快、更经济有效地删除产品中的潜在缺陷，而使产品具有更高的使用可靠性和使用寿命。注重可靠性强化试验、综合系统试验、仿真注重可靠性强化试验、综合系统试验、仿真：20世纪80年代后期至今 可靠性强化试验可靠性强化试验九十年代以来，HALT和HASS美国等工业发达国家得到广泛应用，特别是用于各种电路板试验，它们的用途也是很广泛的。例如，F-22战斗机和波音-777运输机等的航空电子组件（模块）采用了比规定应力大10倍的加速应力进行可靠性强化试验，大大地提高这些航空电子组件的可靠性水平。据美国加洲Vista控制设备公司的市场部主任介绍，该公司一直对电路板进行HLAT和HASS，大部分的HASS是作

20、为环境应力筛选的一部分进行的。HALT因费用可能很昂贵而在有限的产品上进行，在进行HALT过程中，经常将产品试验到破坏后结束，当HALT达到某一极限后，便产生HASS的试验剖面。HALT通常要在几个星期内通过增加环境和工作应力的试验来模拟产品在整个寿命期的工作。HASS包括振动、冲击和温度极值的大部分试验过程。注重可靠性强化试验、综合系统试验、仿真注重可靠性强化试验、综合系统试验、仿真：20世纪80年代后期至今 可靠性强化试验可靠性强化试验Vista控制公司还利用HALT来确定产品的平均故障间隔时间（MTBF）。当设计师想真实了解一个产品是如何发生故障的，HALT是一种正确的选择。它是任务关键

21、产品与寿命关键产品的理想试验方法。Dy4公司也对该公司产品进行HALT，作为一种设计完整性试验。该公司市场部主任认为：HALT对确定产品寿命期的可靠性是无用的，但确实可大致了解产品的设计余量，使设计师能够对具体环境条件正确选择零部件。在产品进行HALT和HASS试验之前，Dy4公司的工程师们对这些产品进行了长时间的试验，包括调试（debug）和诸如施加电压和温度的功能试验。HALT完成后，把HALT结果转换成HASS和ESS。加拿大通用动力公司通常是在高可靠性的军用产品上进行HALT和HASS。该公司的商务经理认为，HALT对确定产品的环境范围是很有用的，他们也是通过进行HALT获得数据后再转

22、换成HASS的试验剖面。一个公司进行HALT和HASS的数量主要取决于具体产品的特性和用户的要求。注重可靠性强化试验、综合系统试验、仿真注重可靠性强化试验、综合系统试验、仿真：20世纪80年代后期至今 可靠性强化试验可靠性强化试验也可以分为两个阶段，随着并行工程（性能、可靠性和费用、研制周期）发展：把产品问题解决在部件级；技术储备。第一阶段 90年代：发展了试验技术，试验主要用于产品的研制阶段；第二阶段从21世纪开始至今：美国国防部采购指令提出了新的要求：第一把关键部件研发和重大技术问题解决放在在产品研制立项前完成；第二在产品研制过程中，主要解决整机状态的可靠性试验问题和仿真系统，比如在产品研

23、制中，把研制试验与使用试验并行或组合，提前解决整机试验中的问题，利用仿真系统对试验与评价提供支持。注重可靠性强化试验、综合系统试验、仿真注重可靠性强化试验、综合系统试验、仿真：20世纪80年代后期至今 综合系统试验综合系统试验从21世纪开始，美国越来越重视整机可靠性试验。整机系统的复杂结构和多系统性，决定了系统与部件级的高可靠性试验不能替代整机的可靠性试验（可靠性预计）。另外，一些重复试验，也导致费用的增加。温度场变化 整机结构的多自由度系统 电磁兼容 阳光、淋雨、腐蚀等（那个阶段试验问题就是那个阶段的产品问题，涉及返攻和引发以前的问题少。）案例案例2：军民用飞机：军民用飞机注重可靠性强化试验

24、、综合系统试验、仿真注重可靠性强化试验、综合系统试验、仿真：20世纪80年代后期至今 仿真与虚拟试验仿真与虚拟试验（1）仿真试验仿真试验美军最新颁发的防务采办条例DoDD5000.1“防务采办系统”规定：试验与评价应与建模与仿真活动结合进行，以有助于了解和评估技术成熟度和互用性，便于与野战部队综合，并能根据文件规定的能力需求和在系统威胁评估中描述的敌方能力来确定系统性能。仿真系统的建立，尤其对维修和保障提供数据。注重可靠性强化试验、综合系统试验、仿真注重可靠性强化试验、综合系统试验、仿真：20世纪80年代后期至今 仿真与虚拟试验仿真与虚拟试验（1）仿真试验近十多年来，特别是美国防务采办改革以来

25、，建模与仿真技术在可靠性、维修性和保障性（RMS）领域的应用也越发广泛。在制定航空装备的RMS要求过程中，建模与仿真是决定满足用户需求所必需的RMS水平和范围的一种有效的技术；利用建模与仿真技术还可以确定费用、进度与性能的要求，以及RMS在满足寿命周期费用条件下的优化组合参数；在RMS设计中，通过建模了解产品中各零部件、组件、设备和软件与整个产品的关系，并通过仿真来验证这种关系的正确性，分析产品可靠性设计的薄弱环节，改进设计、提高产品的可靠性。此外，建模与仿真技术也广泛用于航空装备的保障性分析，确定可靠性、维修性及各种保障资源对装备战备完好性及作战效能的影响，评价装备各种备件及维修人力要求，装

26、备保障的人力和后勤计划等。美英等国在80年代就运用CAD建模与仿真技术对F/A-18、F-16、F-22和EF-2000等第三代和第四代战斗机进行可靠性、维修性、可用性和保障性分析与评价。此外，功能可靠性仿真将系统可靠性与性能在统一的环境和统一的模型下进行分析，有效地解决航空装备缺少数据的问题。注重可靠性强化试验、综合系统试验、仿真注重可靠性强化试验、综合系统试验、仿真：20世纪80年代后期至今 仿真与虚拟试验仿真与虚拟试验（2）虚拟试验与评价虚拟试验与评价技术是以虚拟现实技术为基础，以产品的RMS为对象的设计分析与评价手段。国外广泛采用的技术是虚拟维修性设计与评价技术，借助这一手段，设计人员

27、可以通过多种传感器与多维信息环境进行自然地交互，从定性和定量综合集成环境中得到对产品维修性设计的全面认识，从而帮助维修性设计人员深入了解设计中存在的各种问题，提出创新的设计思路。虚拟维修性设计与评价主要由生成虚拟环境的计算机、虚拟现实中常用的交互设备（头盔式显示器、数据手套、定位器、立体眼镜等）以及产品电子样机数据、基于产品数据管理的产品维修性信息模型、人体数据与动力学模型、常用工具和专用工具数据等组成。这种设计手段可以使维修性设计与评价工作在并行环境中完成，从而大大地缩短维修性设计与评价的周期。案例案例3：军民用飞机：军民用飞机试验与评价试验与评价 美军装备的试验与评价定义为“某一武器系统或

28、分系统在其研究、研制、交付部队和部署期间进行的所有物理试验、建模、仿真、实验和相应的分析”。其中“试验”是指硬件/软件（模型、样机、生产设备、计算机程序）的实际试验，通过试验旨在获取供开发新能力、建立管理过程或进行资源分配决策使用的定性和定量数据；“评价”是指对数据进行逻辑组合、分析并与期望的性能进行比较以帮助做出系统性决策的过程，也就是对从设计审查、硬件检测、建模和仿真、试验或设备的使用中得到的定性或定量数据进行审查和分析的过程。试验与评价试验与评价 试验与评价是如图一所示的五个步骤反复迭代的过程。第一步是明确决策者所需的试验与评价信息；第二步是对第一步得到的评价目标进行试验前分析，以确定所

29、需数据的类型和数量、预期或预计能从试验得到的结果以及进行试验与评价所需的工具；第三步，试验活动和数据管理；第四步，试验后综合和评价；第五步是决策者将试验与评价信息与其它项目进行权衡比较以确定一系列正确的措施。试验与评价过程是产品研制过程的一个有机组成部分，通过该过程提供系统或部件有关风险和风险转移的信息以及用于确认模型和仿真的经验数据。美军的试验与评价分为研制试验与评价（DT&E）和使用试验与评价(OT&E)两类。在研制的早期阶段，试验与评价（T&E）主要是验证方案的可行性、评价设计风险、挑选设计备选方案、进行比较和分析权衡、估计使用要求的满足程度。随着系统的设计和研制的进展，试验与评价的迭代过程从主要关注工程目标的实现程度的DT&E逐步转移到主要关注使用效能、适用性和生存性问题的OT&E。待定问题决策第一步明确关键问题和数据要求第二步第三步试验前分析评价计划试验规划运行仿真进行试验收集数据分析数据试验报告试验后综合比较结果/预测评价报告与其它项目信息权衡T&E结果军事需求使用要求文件备选方案分析样机系统设计系统规范生产件：硬件/软件威胁/标靶软件更新重大改型第五步第四步期望的输出反馈测量的输出建模和仿真系统采办过程图一 试验与评价过程