基于試驗的互聯(lián)控制設(shè)備環(huán)境可靠性鑒定方案

白琳，郝苗，杜禎，劉博

（中國電子科技集團公司第三研究所，北京 100015）

引言

環(huán)境可靠性作為一種考驗產(chǎn)品在規(guī)定的條件及時間下完成任務的能力，其貫穿于設(shè)備的研發(fā)、試產(chǎn)和量產(chǎn)中的各個環(huán)節(jié)。由于近年來電子產(chǎn)品的高速發(fā)展及可靠性理論的深入研究，至今全球可靠性試驗方法已有上百余種[1]。伴隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，國內(nèi)制造業(yè)正不斷向生產(chǎn)高可靠性產(chǎn)品轉(zhuǎn)型，為使國產(chǎn)互聯(lián)控制設(shè)備能夠滿足這樣的需求，為其設(shè)計一種合理的環(huán)境可靠性試驗方案顯得尤為重要。

本文主要以一種互聯(lián)控制設(shè)備為對象，依據(jù)其自身使用特點及實際使用環(huán)境設(shè)計一套環(huán)境可靠性試驗方案，從而達到評估產(chǎn)品質(zhì)量的目的。

1 環(huán)境可靠性試驗方案

本文涉及的某型互聯(lián)控制設(shè)備依據(jù)其自身使用環(huán)境特點，其環(huán)境可靠性試驗內(nèi)容主要分為環(huán)境適應性試驗及可靠性試驗兩部分。

1.1 環(huán)境適應性試驗

為保證設(shè)備在低溫、高溫、濕熱及振動條件下設(shè)備的環(huán)境適應性性能，有效暴露各使用環(huán)節(jié)可能出現(xiàn)的故障，參照相關(guān)標準及實際使用環(huán)境特點設(shè)計了相關(guān)的低溫試驗、高溫試驗、濕熱試驗及振動試驗。

1.1.1 低溫試驗

參照GJB 150.4A-2009對互聯(lián)控制設(shè)備的低溫試驗進行設(shè)計[2]。低溫貯存溫度為-40 ℃，在試件溫度達到穩(wěn)定后在繼續(xù)保持24 h；低溫工作溫度為-10 ℃，在試件溫度達到穩(wěn)定后在繼續(xù)保持該溫度條件下4 h，然后啟動試件工作，并對試件進行工作性能檢測。低溫試驗任務剖面如圖1所示。

1.1.2 高溫試驗

以GJB 150.3A-2009為基礎(chǔ)設(shè)計了互聯(lián)控制設(shè)備高溫試驗[2]。高溫貯存溫度為+70 ℃，在試件溫度達到穩(wěn)定后在繼續(xù)保持48 h；高溫工作溫度為+55 ℃，在試件溫度達到穩(wěn)定后在繼續(xù)保持該溫度條件下4 h，然后啟動試件工作，直至試件溫度重新達到穩(wěn)定，并對試件進行工作性能檢測。高溫試驗任務剖面如圖2所示。

1.1.3 濕熱試驗

為考慮潮濕帶來的物理、化學影響及溫濕度變化產(chǎn)生的凝露對互聯(lián)控制設(shè)備的影響，依據(jù)GJB 150.9A-2009為互聯(lián)控制設(shè)備設(shè)計濕熱試驗[2]。單周期下在2 h內(nèi)，將試驗箱內(nèi)溫度由30 ℃升高到60 ℃，相對濕度升到95 %并保持6 h，再在8 h內(nèi)將箱內(nèi)溫度由60 ℃降到30 ℃，此間相對濕度應大于85 %，試驗箱內(nèi)溫度保持在30 ℃，相對濕度保持在95 %，持續(xù)8 h。共進行10個周期。濕熱試驗雙周期任務剖面如圖3所示。

1.1.4 振動試驗

為考慮設(shè)備在運輸及實際使用條件下，振動環(huán)境對設(shè)備的影響及暴露設(shè)備危險頻率點。振動試驗在橫向、縱向和垂直三個方向上進行，具體方向示意圖詳見圖4。

以GJB 150.16A -2009為藍本，節(jié)選如表1所示部分對互聯(lián)控制設(shè)備隨機振動試驗進行設(shè)計[2]，每軸向振動時間為40 min。

依據(jù)產(chǎn)品設(shè)計參數(shù)及實際情況，設(shè)計正弦振動參數(shù)如表2所示，每軸向振動暴露時長為40 min。

圖1 低溫試驗任務剖面

圖2 高溫試驗任務剖面

圖3 濕熱試驗雙周期任務剖面

圖4 振動方向示意圖

1.2 可靠性試驗

1.2.1 試驗方案

該型互聯(lián)控制設(shè)備為典型的電子產(chǎn)品，其壽命分布服從指數(shù)分布[3]。為更好地控制試驗安排，采用定時截尾的方式進行可靠性試驗。依據(jù)GJB 367A-2001中的“附錄B可靠性試驗方法”，采用定時截尾試驗方案21，具體參數(shù)詳見表3。MTBF指標為大于等于3 000 h。

每臺受試設(shè)備的試驗時間至少等于所有受試設(shè)備平均試驗時間的一半[4]。累計總試驗時間T依據(jù)式（1）進行計算。

式中：

k—檢驗下限的倍數(shù)，由表3獲得；

d—鑒別比；

n—樣機臺數(shù)。

1.2.2 試驗應力及強度

試驗剖面按照GJB 899A-2009中地面固定設(shè)備的合成試驗剖面進行試驗，可靠性試驗過程中同時施加振動應力、溫度應力和電應力。對設(shè)備完成調(diào)試、安裝，排除非環(huán)境應力的影響后，進行可靠性試驗。施加的應力參數(shù)如表4所示。

其中，振動應力按照GJB 150.16A-2009《軍用裝備實驗室環(huán)境試驗方法第16部分振動試驗》中“圖C.1高速公路卡車振動環(huán)境”的要求，三軸向各振動時間1 h，共計3 h。電應力按照GJB 899A-2009附錄B綜合環(huán)境條件的B.3.2.1節(jié)中地面固定設(shè)備電應力的施加時間的要求，試驗時50 %的輸入電壓時間為設(shè)計的標稱電壓（AC 220 V），25 %的輸入電壓時間為設(shè)計的標稱電壓上限（AC 242 V），其余25 %的輸入電壓時間為設(shè)計的標稱電壓下限（AC 198 V）[5]。本方案輸入電壓上限為AC 242 V，輸入電壓下限為AC 198 V，標稱電壓為AC 220 V，以24 h為周期交替（低→正常→高→正?！汀┦┘?。

全應力任務剖面如圖5所示。

1.2.3 故障判據(jù)

試驗過程中，出現(xiàn)下列任何一種狀態(tài)時，應判定受試產(chǎn)品出現(xiàn)故障：

1）受試產(chǎn)品不能工作或部分功能喪失；

2）受試產(chǎn)品參數(shù)檢測結(jié)果超出規(guī)范允許范圍；

表1 隨機振動試驗條件

表2 正弦振動試驗條件

表3 定時截尾方案試驗簡表

表4 應力施加順序及參數(shù)表

3）產(chǎn)品的機械、結(jié)構(gòu)部件或元器件發(fā)生松動、破裂、斷裂或損壞。

圖5 全應力可靠性試驗任務剖面圖

2 試驗檢測

整個試驗過程中，互聯(lián)控制設(shè)備的開關(guān)機功能應正常，連通性能應完整，外觀質(zhì)量應符合要求。除此以為，為確保全試驗流程中的數(shù)據(jù)有效性，對其檢測過程中的環(huán)境條件及設(shè)備應進行相關(guān)規(guī)定。

2.1 常溫檢驗條件

環(huán)境溫度范圍保持在15～35 ℃之間[6]，相對濕度范圍保持在20～80 %RH之間，大氣壓力范圍保持在78～102 kPa之間。

2.2 環(huán)境試驗條件容差

1）溫度

低溫區(qū)容差：±3 ℃，高溫區(qū)容差：±2 ℃。

2）濕度

濕度容差±3 %RH。

3）振動

低頻區(qū)（5 Hz～500 HIz）時：±1.5 dB；高頻區(qū)（500 Hz～2 000 HIz）時：士3.0 dB；加速度的總均方根值：±1.5 dB。

3 結(jié)論

本文以提升某型互聯(lián)控制設(shè)備環(huán)境可靠性性能為出發(fā)點，依托相關(guān)標準及使用環(huán)境特點設(shè)計了一套環(huán)境可靠性驗收試驗方案，其主要內(nèi)容涵蓋了環(huán)境適應性及可靠性兩大方面。并提供了相關(guān)檢測要求，以判定其實際試驗時是否可鑒定為合格。

借此，以某型互聯(lián)控制設(shè)備為研究對象設(shè)計的環(huán)境可靠性試驗方案可為其他相似設(shè)備、產(chǎn)品等提供一定參考，為相關(guān)設(shè)備的質(zhì)量控制及改進設(shè)計提供了一定的指導性意見。