设备可靠性试验试验周期设计导则.pdf

中华人 民共和国 国家标 准 设 备 可 靠 性 试 验 试 验 周 期 设 计 导 则 本标准与设备可靠性试验总要求一起使用 适用范围 本标准适用于中第和条所述的设备可靠性试验工作条件与环境条件试验 周期的设计 推荐的试验条件见设备可靠性试验推荐的试验条件当推荐的试验条件 不适用时本标准给出试验周期设计的一般程序它为需要精确模拟实际使用条件的特定设备可靠性 试验的试验周期设计规定了详细的步骤和方法 本标准适用于试验室试验但就工作条件包括负荷电源供给等而言也适用于现场试验 按本标准设计的试验一般不能代替通常的鉴定试验功能试验环境试验 专用术语 试验周期有关产品标准所规定的建立在实际使用为基础的各种试验条件工作条件与环境 条件的组合顺序 活动状态设备本身具备的条件使用的状态及设备遭受外部环境应力的情况 工作参数或环境参数设备经受的化学或物理的应力或各类应力的组合例如负荷能源供 给环境温度振动等 工作参数或环境参数的严酷度 表示每一工作参数或环境参数的量值 它可以确定作用于设备 的应力水平例如电压降低环境温度等 严酷度等级相应严酷度范围内两个规定极限之间的严酷度区间例如环境温度严酷度等 级等 环境条件 在一定时间内 由各单一环境参数及其严酷度的组合所构成从外部作用于设备的物 理化学条件 工作条件由各单一工作参数及其严酷度的组合所构成并与设备运行有关的条件 试验严酷度试验过程中适用于产品的工作或环境参数严酷的程度 代表性严酷度是指经过判断而选定的试验严酷度在该严酷度中产品的失效率应近似地等 于整个严酷度等级内的平均失效率 试验条件的一般考虑 可靠性试验的目的通常是验证或测定设备的可靠性特征量设备的可靠性特征量很大程度取决于 实际使用过程中工作条件与环境应力的恶劣程度 一般来说希望试验可靠性与使用可靠性相一致因而试验条件应尽可能与对设备起支配作用的 使用条件相一致然而实际使用条件是十分复杂的不可能通过试验设施详细地重现这些条件因 国家标准局发布实施 此只有细致地调查分析与检定工作条件单一与组合环境的影响及应力施加的顺序并通过可靠 性试验条件把重要的参数加以模拟才有可能使两者之间的结果比较一致 试验时可以缩短低应力条件例如空载空转等下的工作时间以压缩试验时间日历时间 但一般应避免过应力条件下的加速试验 大多数情况下在恒定条件下进行试验从效果上看是不好的必须设计一个试验周期提供适当 的若干不同的工作条件与环境条件它们有些是组合的顺序实际上这样的试验周期也只能是实 际使用条件的一种近似 细致合理地设计试验周期可以达到一种较接近于使用条件的精模拟或粗模拟粗模拟的试验周 期可以十分简单而精模拟的试验周期就较复杂也更接近于实际使用条件但在试验中实现起来所 花的费用也较大当试验结果关系重大时如设备失效会引起不安全或造成巨大的经济损失或环境污 染等严重性后果等试验周期的设计建议采用精模拟反之若设备失效后果并不严重如一般的录 音机电视机收音机等可采用粗模拟 粗模拟周期与精模拟周期的设计程序是基本相同的 两者主要是对使用条件模拟精度上的差别 粗 模拟周期可在选择环境参数数目及其应力水平值这些参数的组合与顺序设备工作的功能模式等在 一个或多个方面进行适当的简化 因此粗模拟周期可由精模拟周期导出 本标准所叙述的试验周期设计程序主要是精模拟的 试验周期的设计应遵循如下原则在试验周期中全部主要的环境参数与工作参数的组合及与这 些参数有关的持续时间或频率都应与设备使用寿命期中所出现的情况相似然而每一步中都应 当考虑到模拟条件在技术上实现的可能性及所花的费用 使用条件的详细说明 使用条件通常包括若干同时地或顺序地出现的工作参数与环境参数其中每一参数的应力水平 严酷度都可能引起设备的失效 工作条件 应考虑的工作参数如下可参见 功能模式设备不工作应作为功能模式之一 待处理的输入数据或资料 负荷条件输出功率大小静负荷等 工作人员或维护人员的实际操作 支援供给如能源冷却润滑等 工作参数的严酷度规定出工作时所受的应力 环境条件 起主要影响的环境参数分气候参数机械参数及其它参数三组 它们在表表和款中列 出所列参数虽不完全但可用作核对一般有较重要影响的参数的检查清单 必须考虑所有参数的严酷度及其持续时间或频率在特殊情况下还应对重要参数的应力水平加 以详细说明如应力水平的时间分布说明以便能转换为第章要求的适当的试验严酷度 极端环境条件的有关资料及环境参数与严酷度分类 详见电工电子产品环境参数分 类及其严酷程度分级 气候环境参数 气候环境参数应当包括室内与室外条件的各种气候环境参数它们有些是紧密相关的必须同时 加以考虑 气候环境参数见表 表气候环境参数 参数说明 环境温度 湿度 气候图 温度变化率范围变化率 气压范围 降水种类速率 风速度 太阳辐射强度 机械环境参数 机械环境参数见表 表机械环境参数 参数说明 冲击波形峰值加速度持续时间方向 碰撞重复冲击波形峰值加速度持续时间方向 跌落与倾倒跌落高度着地点 自由跌落下落高度姿态 振动波形 频率范围 幅度或加速度 方向 恒加速度加速度方向 噪声声压级频率范围 其它环境参数 某些情况下如下参数亦应加以考虑 传导或辐射电磁干扰静电放电及雷电效应 腐蚀性的大气污染或腐蚀性物质的影响例如灰尘盐雾工业大气等 液体浸渍或液溅等 核辐射射线辐射等 生物因素例如菌类昆虫等 工作参数与环境参数的关系 工作参数与环境参数在某种程度上常常是这一参数与另一参数的组合在很多情况下某些参数 与其它的一些参数同时出现或互相独立存在并且对严酷度关系较大同时这些参数的严酷度也有 类似关系因此当分析使用条件设计试验周期时工作参数与环境参数的关系必须加以考虑 各参数的关系或严酷度间的关系可能存在图所示的情况 图各参数或严酷度相互存在关系图 设计试验周期时找出应组合在试验周期中的参数与严酷度的关系是重要的 此外还应考虑到由两个或多个参数的组合或参数顺序所产生复合影响的程度这些影响取决于 引起设备失效并维持其失效的各种参数的情况当这些组合对失效的影响较大时有关参数在试验周 期中应组合或保持正确的顺序当组合对失效的影响不大时则这些参数在试验周期中在时间上可 以不考虑 试验周期的设计程序 某一设备的使用条件会在设备寿命期内随时间而变化试验周期的设计应考虑设备在此期间所 遇到的使用条件的严酷度及其持续时间与顺序从而反映这些变化如有必要可以考虑完全不同的 特殊的使用条件对某一设备及同类设备按需要设计独立的试验周期 试验周期设计的方法和步骤概要如下详细的实例见附录 在使用条件较简单或对试验周期设计较有经验的情况下下述步骤可参照选用 第步活动状态的划分 设备寿命的有关部分可按情况划分为性质不同的活动状态以表示典型的工作与或环境分布 其目的是把总的使用条件分解为便于单独处理的某些组成部分 应决定每一活动状态的持续时间与设备寿命有关部分总时间的比例关系这一比值同下述步骤中 由其它相似的已知使用条件的相对持续时间一起决定在试验周期中的相对持续时间 第步工作参数与环境参数的鉴别及其关系 应鉴别与每一活动状态有关的工作参数与环境参数环境参数应尽可能按国家标准 电工电子产品基本环境试验规程确定可用第四章所列的环境参数一览表检查主要的环 境参数值得注意的是某些需要考虑的特殊参数尚未在表中全部列出可以略去那些对设备可靠性 影响不大或并不重要的工作参数与环境参数在这一步中最重要的是鉴别那些对设备有主要影响的 参数特别要注意查清那些有疑问的参数某些参数可以按要求分别以短期环境试验来论证设备对某 一环境的适应性而不一定把它们全部包罗在可靠性试验之中 每一重要参数的持续时间或出现次数如碰撞等应通过估计其出现的比率或频率把它们与活 动状态的持续时间联系起来 参数间的关系应作定量的分析和注释其结果可供第步使用 第步严酷度的估计 应当估计每一活动状态中每种工作参数与环境参数的严酷度对每一参数的预期严酷度范围应 划分为若干严酷度等级并分别以试验严酷度或代表性严酷度表示代表性严酷度应有一标准 化程序或分类等级可依照中的有关符号表示各种环境参数用限定严酷度等级数以达到简 化试验周期的结果是可行的 第步组合的估计 如本标准条所述有关工作参数与环境参数常常是同时出现的如果是这样的话这些参数 在试验周期中组合时应优先选用 当怀疑是复合影响时只要在技术上和经济上做得到就必须进行组合 应估计对设备失效率有重要影响的严酷度等级与参数的关系以便使它们能适当地表示在试验周 期之中对重要的组合应当加以必要的说明并估计每一重要组合的持续时间与活动状态的持续时 间之比 各组合的相对持续时间一定要根据相互关系的类型进行选择图的例子可以阐明这一问题 图相对持续时间的例子 结合上例可得出适用于计算组合相对持续时间的一般公式 对单一参数与相对持续时间以与表示 对组合的参数与相对持续时间以表示 互存 互斥 从属从属于中的最小量 独立 与时间有关的参数可独立地出现在试验周期之中其保持的相对持续时间是 为了检查总的相对持续时间等于可计算该时间 然而用第步简例所示的图解法 将更为直观 和方便附录中的实例指出了对组合持续时间完整的计算 当参数给出的是频率而不是持续时间时例如严酷度每小时碰撞次发生次数 其组合计算是 一般情况下任何两个或多个参数的关系可通过表格的形式以垂直方向表示活动状态的相对持 续时间或发生次数 而工作参数以水平方向表示 或者反之以行和列这样的简化表示方法是可取的 第步全部活动状态的累加 试验周期的设计可用系统逼近法用表格表示每一活动状态每一严酷度等级代表性严酷度的 持续时间或发生次数的组成是可行的汇总表将为制定试验周期提供定量的数据 在这些累加中从每一活动状态至某一等级的持续时间或频率乘以活动状态总因 而这些累加与总持续时间有关如果全部活动状态中的参数及严酷度等级使用同样的定义则这些累 加可以简化 单一与组合参数的所有严酷度等级应有选择地包含在这一步之中 单一参数的持续时间 根据它们在组合中出现的情况可以简化 在复杂的情况下对所有组合的每一参数的简化计算是相当困难的甚至在简单的情况下这样 做也不容易各组合中单一的某一等级的持续时间或频率在第步设计最后的试验周期时可用 叠加法以其总的出现次数来代表然而在这种情况下累加的检查一定要适当的修改且其总和将 会超过 第步最后形成的表格除了完全保持单一因素与不划分为活动状态之外与第步是相似的在 此程序中省去的各种活动状态将不会再在此程序或试验周期中出现在复杂的情况下把第步暂 时分为两步或更多步是有用的 第步关键环节的检查 在着手设计试验周期之前 应对第步制定的表格内容进行检查并减少环境参数与严酷度等级 减 少的原则是在一定程度上不会影响到失效率发生显著的变化应特别注意检查代价昂贵的或难于 产生的环境参数与组合环境 在这一步中亦应考虑各参数顺序严酷度等级及其在试验周期中的组合当选取相连的参数顺 序时特别是潮湿后接着低温应注意到会引入附加影响的条件的配对和分组此时可制成修正表 第步试验周期设计 第步的修正表形成了可靠性试验周期设计的基础 决定试验周期的长短是否适当时应当考虑到 试验周期的长度应足够长以便使试验切实可行其长度通常由第步表内相对持续时间的 最小值所决定 对以时间为基础的试验来说试验周期又不能太长以便能满足中第条的规 定 然后所有相对持续时间通过周期长度按比例增加的办法转换为适用于某一周期的持续时间并 修正周期的完整性及周期中的碰撞次数最后进行试验周期设计与检查为了获得合适的试验周期 长度引入未被包含在表格中的组合是需要的然而应尽可能从技术可行性和经济性等方面简化试验 程序在试验周期中一定要设置合适的维护点以便执行预防性维护计划见中第 条同时应标出具体试验方案所要求的性能检测点 在试验周期中对试验中断后继续试验的有关程序应加以说明如无另外规定一般应在中断点 处继续进行试验 见中第条试验周期简示于图更完整的例子 详见附录在 详细的可靠性试验规范中应给出试验周期图见中第两章 试验周期的文件汇总 为判断试验周期是否已包含了受试设备可能出现的典型应用情况并使其在试验室试验中具有必 要的再现性试验周期应给出有关资料 有关资料标题与内容如下 应用范围应详细清楚地明确和限定试验周期的应用范围 模拟等级假如有同样适用的其它试验周期时应作出必要的说明 设备寿命的有关部分对试验周期中各种活动状态应加以说明在某些情况下还应指出不予考 虑的活动状态 确定严酷度的基本假设应说明确定试验周期严酷度所使用参考资料来源与有关假设注释特殊 重要参数与被忽略参数及严酷度范围的极限给出用作设计试验周期的基本相对持续时间及与之有关 的表格 试验周期的说明试验周期的每一时间周期严酷度应加以详细说明如果是参考适用的有关标 准进行试验的亦应说明 有关简化的注释试验周期最后的设计第步如有简化应予说明适用性的可能效果与基 本假设亦应指出 试验周期图应绘出试验周期图 图简单的试验周期 附录 详 细 的 实 例 参考件 本导则第章所述的程序和步骤实际举例如下 本实例只作为应用试验周期设计的程序和步骤进行周期设计的一种辅助手段并不作为标准的试 验周期推荐条件及标准的试验周期在中另行叙述 本实例的基本条件如下 设备手提式电池供电声级计 应用范围该仪表用于室内室外陆用车辆与船上测量而工作的全过程并非手提使用由一 使用地点到另一使用地点的水陆运输过程中仪表均处于不通电状态 气候区冷温带 设备可靠性试验打算包括的条件是 设备从仪表贮存处取出 直至设备使用后送回原贮存处为止 模拟等级精模拟 第一步活动状态的划分 设备寿命的有关部分总按照设备典型的工作与环境分布概况划分为活动状态的持续时间 以活动表示并以活动活动总确定相对持续时间如表 表 活动状态编号活动状态说明相对持续时间 声级计从贮存地运输到测量地点 安装并移往另一测量点拆下 运回贮存地点 在室外及室内固定使用 在船上与陆上车辆卡车小汽 车火车马车等使用 共计 第二步有关工作参数与环境参数的鉴别 对声级计的可靠性有重要意义的有关工作参数与环境参数进行鉴别确定每一活动状态有关参数 的相对持续时间参数参数活动明确每一活动状态的各参数包括暂定的代替 的参数及或频率详见表 包括声级计准备测量的全部时间 表 参数 相对持续时间或发生次数 状态状态状态 功能模式测量备用电池断开 温度低温与高温 高速变温大于 湿度温湿大于大于 碰撞峰值 自由跌落大于 振动大于或大于有效值 在测量或备用时电池处于接通状态 关系的说明 功能模式 测量除电池断开及备用外其它独立 备用除电池断开及测量外其它独立 电池断开除测量及备用外其它独立 温度独立于其它参数 变温独立于其它参数 湿度除温度小于外其它独立 碰撞除振动与自由跌落外其它独立 自由跌落从属于电池断开除振动与碰撞外其它独立 振动除碰撞与自由跌落外其它独立 第三步严酷度的估计 利用获得的数据分析各工作参数与环境参数的严酷度以决定每一活动状态内严酷度等级的相对 持续时间或出现次数 等级等级活动状态 制定总表如表见表 第四步组合的估计 估计各参数及严酷度等级的关系并以表格表示其结果在此情况下所有工作条件是相互排斥 的因而以表格表示工作参数及其相对应的重要的环境参数组合就足够了如表所示 去除某些组合的理由如下 活动状态 高温碰憧考虑其影响比低温碰撞小得多 温度自由跌落已被低温碰撞所代替 低温振动已被低温碰撞所代替 高温振动已含于活动状态之中 湿度组合的影响可忽略不计 表 活动状态 和参数 工作和环境严酷度等级 严酷度等级代表性严酷度符 号 相对持续 时间或发 生次数 总和 状态 功能模式 温度 温度变化 湿度 稳定状态 恒温 循环 变温循环 碰撞 自由跌落 振动 温差小于 相对湿度小于 相对湿度大于 相对湿度大于 相对湿度大于 相对湿度大于 等效半正弦 等效正弦 小于 或或 测量 备用 电池断开 或 或 状态 功能模式 温度 湿度 稳态 恒温 循环 变温循环 相对湿度小于 相对湿度大于 相对湿度大于 相对湿度大于 大于 测量 备用 电池断开 续表 活动状态 和参数 工作和环境严酷度等级 严酷度等级代表性严酷度符 号 相对持续 时间或发 生次数 总和 状态 功能模式 温度 湿度 碰撞 振动 等效半正弦 等效正弦 小于或 或或 测量 备用 电池断开 或 或 注应等于第二步表每种状态的参数值 温度分布是这样的即占支配作用选择为代表性严酷度是合适的 之差可以不予考虑 状态中湿度和温度变化一般低于状态中的变化状态包括室外应用的严酷度另外因为状态 的持续时间比状态的短很多故有充足的理由不考虑状态中的湿度 活动状态 与组合的碰撞及振动不作为重要的组合考虑 它们的相对频率与持续时间已被移到中 未表示在此表中 在每一活动中每一组合的相对持续时间或频率由下式确定 组合组合活动状态 表 活动状态 环境参数 符号 相对持续时间或发生次数 功能模式 测量备用电池断开 功能模式 累加 活动状态 碰撞低温 续表 活动状态 环境参数 符号 相对持续时间或发生次数 功能模式 测量备用电池断开 功能模式 累加 活动状态 温度 湿度 活动状态 温度 碰撞高温 振动高温 注 在表中有关数值及关系说明如下 来自 来自 来自 来自 当分别根据湿热和高温试验选择和的温度间隔时 这些温度间隔是不相同的 然而 温度的严酷 度相同因此的持续时间可取自的持续时间 来自 和的温度间隔相差很大 但是就高温来说的取自的比取自的 好 湿度随温度变化而变化 只有在无内热 电池断开 时才重要 根据注应减少为但是 减少得很少 可忽略不计 来目 第五步 全部活动的累加 如表所示 通过过渡性的步骤对单一参数持续时间的缩减 可使累加变得更为方便 表 活动状态 环境参数 符号 相对持续时间或发生次数 功能模式 测量备用电池断开功能模式累加 状态 温度 注 表中来自 在此例中如温度已限定为低温和高温 在表中 温度参数应是而不是并在此处 第五 步 无缩短 这时 就可制成一个包括每一严酷度等级持续时间 频率的全部活动累加的完整表格如表所 示 第六步 关键环节的检查 潮湿及电池接通情况的组合是一种不需要的组合 潮湿 测量与潮湿 备用的持续时间应当删去 而 适当地增加潮湿 电池断开这一组合的持续时间适当地校正的持续时间 的持续时间是很小的在潮湿的条件下 可通过加热或关掉制冷的办法获得高环境湿度的温 度变化的结果 因而可删去并适当地加另外 可通过规定与间转换的时间 而获得迅速温 变的影响 以相当于试验温度变化试验 潮湿及低温安排这样的相互连接的顺序是为了获得内部冷冻的影响 为了能最低限度地减少受试设备的安装及拆卸 从实用出发 振动及碰撞条件按 的顺序安排 第七步 可靠性试验周期的设计 最后的相对持续时间与发生次数可通过周期长度按比例增加的方法以选择合适的长度 并在周期 中规定功能的检查点 设计试验周期时应尽可能考虑到工作时间 检查 值班时间 与休息时间正常合理 的安排 最后的试验周期可通过以小时数排列成的曲线图的型式表示完整的试验周期图如后 试验程序与严酷度的详细说明 连同参照的合适的标准试验一起应作为试验周期图的附录 以保证 试验周期设计的完整性 表 环境参数符号 相对持续时间或发生次数 功能模式 测量备用电池断开 累加 温度 变温 温湿 碰撞 低温 碰撞 高温 碰撞 自由跌落 振动 高温 注 可通过汇总各参数的持续时间或发生次数并与表及比较来检查其正确性 例如参数合计为 该值与括弧内数值之和是相等的 最后的试验周期图 附加说明 本标准由中华人民共和国电子工业部提出 本标准由全国电工电子可靠性与维修性标准化技术委员会归口 本标准由电子工业部第五研究所与七一二厂负责起草 本标准主要起草人江登恕曹治民卢昆祥