CN115901304A - 一种产品低费用可靠性试验剖面设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种产品低费用可靠性试验剖面设计方法，包括分析规定的单个循环可靠性试验剖面的应力因素及总时间T，还包括以下步骤：将单个循环可靠性试验剖面分解为不同量级的各应力因素的应力量级组合；确定无振动、常温、常湿应力的应力组合时间与含非常温常湿应力或振动的应力组合时间；设计包含试验箱外试验剖面与试验箱内试验剖面的低费用可靠性试验剖面；根据所设计的包含试验箱外试验剖面与试验箱内试验剖面的低费用可靠性试验剖面，进行应力组合分解。在满足机电设备经历的累积试验应力不变的情况下，将可靠性试验拆分为有综合应力试验台试验与无综合应力试验台试验，在满足产品可靠性验证一致的条件下，实现可靠性试验费用的大幅度降低。
Description
技术领域
本发明涉及产品可靠性试验的技术领域，特别是一种产品低费用可靠性试验剖面设计方法。
背景技术
多数新研机电产品特别是军工产品在技术定型或验收时需要经过可靠性试验考核，以验证产品在规定的条件下的无故障连续工作时间是否满足用户要求。现有的机电设备在进行可靠性试验验证是一般参考《可靠性鉴定与验收试验》，对于绝大多数机电产品，其在综合应力试验台上开展试验时由于试验台所产生的费用约500-2000元每小时，因此产生了高昂的产品可靠性试验费用。因而，在实现对产品应力施加条件一致的条件下，需求一种耗费更低的可靠性试验剖面。
2009年5月25日发布的GJB899A-2009《可靠性鉴定与验收试验》，采用由振动、温度、湿度、电压组合而成的综合应力剖面，在振动台与温湿度试验箱构成的综合应力试验台上开展试验。然而，综合应力试验台的运行需要耗费较多的电、水、气等费用，试验费用较高。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明提出了一种产品低费用可靠性试验剖面设计方法，在满足机电设备经历的累积试验应力不变的情况下，将可靠性试验拆分为有综合应力试验台试验与无综合应力试验台试验两个部分，从而在满足产品可靠性验证一致的条件下，实现可靠性试验费用的大幅度降低。
本发明提供一种产品低费用可靠性试验剖面设计方法，包括分析规定的单个循环可靠性试验剖面的应力因素及总时间T，还包括以下步骤：
步骤1：将单个循环可靠性试验剖面分解为不同量级的各应力因素的应力量级组合；
步骤2：确定无振动、常温、常湿应力的应力组合时间与含非常温常湿应力或振动的应力组合时间；
步骤3：设计包含试验箱外试验剖面与试验箱内试验剖面的低费用可靠性试验剖面；
步骤4：根据所设计的包含试验箱外试验剖面与试验箱内试验剖面的低费用可靠性试验剖面，进行应力组合分解。
优选的是，所述应力因素包括温度、湿度、振动和电压中至少一种。
在上述任一方案中优选的是，所述分解包括：
1)对于温度应力的量级划分，以Δa摄氏度为基本间隔进行划分；
2)对于湿度应力的量级划分，以Δb％相对湿度基本间隔进行划分；
3)对于电压应力，采用高电压、标称电压和低电压这3个量级进行划分；
4)对于振动应力，采用有振动应力与无振动应力2个量级进行划分。
在上述任一方案中优选的是，单个循环可靠性试验剖面所分解的所述应力量级组合S的计算公式为
其中，n为应力组合总数，i为应力组合序号，ti为每个应力组合对应的试验时间，Tj为应力组合中的温度量级，Hk为应力组合中的湿度量级，Us为应力组合中的电压量级，Vt为应力组合中的振动量级。
在上述任一方案中优选的是，所述步骤2包括将所述应力量级组合里的常温常湿且无振动的应力组合的时间进行相加，得到常温常湿无振动应力组合总时间T*，并计算T*时间内各量级电压应力的累计时间。
在上述任一方案中优选的是，所述步骤3包括设定试验箱外试验剖面的单个循环的时间为Tw,其温度在15℃至35℃之间，湿度应力在20％-80％之间，无振动应力。
在上述任一方案中优选的是，所述步骤3还包括根据Tw时间内各量级电压应力的累计时间设计箱外试验剖面中的电压应力，将规定的原可靠性试验剖面去除常温常湿无振动应力组合，得到试验箱内试验剖面。
在上述任一方案中优选的是，所述步骤3包括对试验箱内试验剖面中温度、湿度不连续部分进行变化率的微调，从而实现温度、湿度应力的连续变化。
在上述任一方案中优选的是，所述步骤4包括按照所述应力量级组合S的计算公式进行所述应力组合分解，根据常温常湿条件约定，在设定15℃至35℃为1个温度量级与20％-80％相对湿度为1个湿度量级的条件下，将低费用可靠性试验剖面的应力组合与原可靠性试验剖面的应力组合进行对比。
在上述任一方案中优选的是，如果低费用可靠性试验剖面的应力组合与原可靠性试验剖面的应力组合不一致，重新执行步骤3。
本发明提出了一种产品低费用可靠性试验剖面设计方法，在保持应力组合不变的条件下，将剖面中的常温常湿无振动试验提取出来，单独形成试验剖面，可不依赖综合应力试验系统开展该部分剖面规定的试验，从而大幅度降低整体可靠性试验费用。相对于加速试验剖面设计方法，由于该方法保持了多类型组合应力累积与原可靠性试验剖面的严格一致性，试验结果具有更高的可信度。
附图说明
图1为按照本发明的产品低费用可靠性试验剖面设计方法的一优选实施例的流程图。
图2为按照本发明的产品低费用可靠性试验剖面设计方法的典型可靠性试验剖面的一优选实施例的示意图。
图3为按照本发明的产品低费用可靠性试验剖面设计方法的箱外试验剖面设计的一优选实施例的结果示意图。
图4为按照本发明的产品低费用可靠性试验剖面设计方法的箱内试验剖面设计的一优选实施例的结果示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步的阐述。
实施例一
如图1所示，执行步骤100，分析规定的单个循环可靠性试验剖面的应力因素及总时间T，应力因素包括温度、湿度、振动和电压中至少一种。
1.执行步骤110，将单个循环可靠性试验剖面分解为不同量级的各应力因素的应力量级组合。分解规则包括：1)对于温度应力的量级划分，以Δa摄氏度为基本间隔进行划分；2)对于湿度应力的量级划分，以Δb％相对湿度基本间隔进行划分；3)对于电压应力，采用高电压、标称电压和低电压这3个量级进行划分；4)对于振动应力，采用有振动应力与无振动应力2个量级进行划分。单个循环可靠性试验剖面所分解的所述应力量级组合S的计算公式为
其中，n为应力组合总数，i为应力组合序号，ti为每个应力组合对应的试验时间，Tj为应力组合中的温度量级，Hk为应力组合中的湿度量级，Us为应力组合中的电压量级，Vt为应力组合中的振动量级。
执行步骤120，确定无振动、常温、常湿应力的应力组合时间与含非常温常湿应力或振动的应力组合时间，将所述应力量级组合里的常温常湿且无振动的应力组合的时间进行相加，得到常温常湿无振动应力组合总时间T*，并计算T*时间内各量级电压应力的累计时间。
执行步骤130，设计包含试验箱外试验剖面与试验箱内试验剖面的低费用可靠性试验剖面，设定试验箱外试验剖面的单个循环的时间为Tw,其温度在 15℃至35℃之间，湿度应力在20％-80％之间，无振动应力。根据Tw时间内各量级电压应力的累计时间设计箱外试验剖面中的电压应力，将规定的原可靠性试验剖面去除常温常湿无振动应力组合，得到试验箱内试验剖面。对试验箱内试验剖面中温度、湿度不连续部分进行变化率的微调，从而实现温度、湿度应力的连续变化。
执行步骤140，根据所设计的包含试验箱外试验剖面与试验箱内试验剖面的低费用可靠性试验剖面，进行应力组合分解。所述步骤4包括按照所述应力量级组合S的计算公式进行所述应力组合分解。
执行步骤150，根据常温常湿条件约定，在设定15℃至35℃为1个温度量级与20％-80％相对湿度为1个湿度量级的条件下，将低费用可靠性试验剖面的应力组合与原可靠性试验剖面的应力组合进行对比。如果低费用可靠性试验剖面的应力组合与原可靠性试验剖面的应力组合不一致，重新执行步骤130。如果低费用可靠性试验剖面的应力组合与原可靠性试验剖面的应力组合一致，则执行步骤160，低费用可靠性试验剖面设计流程结束。
实施例二
一种现有的技术方案为GJB899A-2009《可靠性鉴定与验收试验》推荐的技术方法，其中某类产品的试验剖面如图2所示。可以看出，图2为温度、湿度、振动、电压组合而成的综合应力剖面。按照现行的可靠性试验剖面进行试验，即使是剖面中的常温常湿且无振动的应力组合部分，需要在振动-温度-湿度综合试验系统上连续开展规定时长的试验，试验成本较高
本发明提出一种低费用的可靠性试验方法，在满足机电设备经历的累积试验应力不变的情况下，将可靠性试验拆分为有综合应力试验台试验与无综合应力试验台试验两个部分，从而在满足产品可靠性验证一致的条件下，实现可靠性试验费用的大幅度降低。
所发明的低费用可靠性试验剖面设计方法流程具体步骤如下：
1)分析规定的单个循环可靠性试验剖面的应力因素及总时间T。典型的规定的单个循环可靠性试验剖面中包括温度、湿度、振动、电压等四种应力。
2)将单个循环可靠性试验剖面分解为不同量级的各应力因素的组合。对于温度应力的量级划分，以Δa摄氏度为基本间隔进行划分，Δa取值不超过 2；对于湿度应力的量级划分，以Δb％相对湿度基本间隔进行划分，Δb取值不超过5；对于电压应力，采用高电压、标称电压、低电压等3个量级进行划分；对于振动应力，采用有振动应力与无振动应力2个量级进行划分。单个循环可靠性试验剖面所分解的应力量级组合如下所示：
其中，n为应力组合总数，ti为每个应力组合对应的试验时间，Tj为应力组合中的温度量级，Hk为应力组合中的湿度量级，Us为应力组合中的电压量级，Vt为应力组合中的振动量级。
3)确定无振动、常温、常湿应力的应力组合时间与含非常温常湿应力或振动的应力组合时间。由于常温定义为15℃至35℃，常湿定义为20％-80％，将2)得到的应力组合里的常温常湿且无振动的应力组合的时间进行相加，得到常温常湿无振动应力组合总时间T*，并计算T*时间内各量级电压应力的累计时间。含非常温常湿应力或振动的应力组合总时间为T-T*。
4)设计包含试验箱外试验剖面与试验箱内试验剖面的低费用可靠性试验剖面。试验箱外试验剖面的单个循环的时间为Tw,其温度在15℃至35℃之间，湿度应力在20％-80％之间，无振动应力，并根据3)中T0时间内的各量级电压时间设计箱外试验剖面中的电压应力。将规定的原可靠性试验剖面去除常温常湿无振动应力组合即为试验箱内试验剖面，然而考虑到试验剖面中温度、湿度应力的连续变化要求，对于试验箱内试验剖面中温度、湿度不连续部分进行变化率的微调，从而实现温度、湿度应力的连续变化。由于试验箱外试验剖面中的应力施加不需要综合应力试验系统，所以可大幅度降低可靠性试验费用。
5)根据所设计的包含试验箱外试验剖面与试验箱内试验剖面的低费用可靠性试验剖面，按照2)中的式(1)进行应力组合分解，在认为15℃至35℃为1个温度量级与20％-80％相对湿度为1个湿度量级的条件下，将低费用可靠性试验剖面的应力组合与原可靠性试验剖面的应力组合进行对比，如果二者应力组合一致，则低费用可靠性试验剖面设计流程结束；如果二者应力组合不一致，则返回4)进行设计修改。
实施例三
与现行的GJB899A-2004规定的可靠性试验剖面，在保持应力组合不变的条件下，将剖面中的常温常湿无振动试验提取出来，单独形成试验剖面，可不依赖综合应力试验系统开展开展该部分剖面规定的试验，从而大幅度降低整体可靠性试验费用。相对于加速试验剖面设计方法，由于该方法保持了多类型组合应力累积与原可靠性试验剖面的严格一致性，试验结果具有更高的可信度。
本发明的低费用可靠性试验剖面设计方法，根据试验剖面中组合应力累积量不变的原则，将规定的可靠性试验剖面分为箱外试验剖面与箱内试验剖面两个部分，而其箱外试验剖面与箱内试验剖面两个部分试验时间之和与规定的可靠性试验剖面时间相等。
所述的规定的可靠性试验剖面由振动、温度、湿度、电压等四个要素组成。在试验剖面内，振动、温度、湿度、电压等要素按照一定的要求变化，振动时间的时长不高于总时长的1/4。
所述的应力累积量不变原则，是指对于规定的可靠性试验剖面与低费用可靠性试验剖面，两种试验试验剖面中各量级应力组合(温度、湿度、振动、电压)的累积量相等。
所述的箱外试验剖面是指剖面中无振动，温度变化范围不大于15℃至 35℃(常温范围)，湿度变化范围不大于20％-80％(常湿范围)。按照箱外试验剖面开展试验不需要综合应力试验系统。
实施例四
如图2所示的为某典型可靠性试验剖面，单个试验循环时间为24小时，由温度、湿度、振动、电压等4类应力组成。其中，振动应力分两次时间，每次振动施加的持续时长为3小时。根据公式(1)，以5℃为1个基本温度量级，以5％相对湿度为1个基本湿度量级，其中15℃至35℃为1个温度量级与20％-80％相对湿度为1个湿度量级，得到图2试验剖面的应力组合量级的分解结果如表1所示。表1中，15℃至35℃的温度量级表示为Tr,20％-80％相对湿度的湿度量级表示为Hr,无振动时对应振动量级用R0表示，有振动时对应振动量级为用R1表示,低电压量级表示为Vl,标称电压量级表示为Vm, 高电压量级表示为Vh。
表1：典型可靠性试验剖面得到的应力组合分解结果
从表1中可得，常温常湿无振动条件下的总试验时间为9.25小时，包括序号1、10、11、12以及21，其中包含标称电压2.5小时，低电压6.75小时。因此，设计的箱外试验剖面如下图所示。单个试验循环的时间为9.25小时，试验中只控制加载电压，温度与湿度为实验室自然温度与湿度状态。
根据如图3与图4所示的设计的试验剖面，采用公式1进行应力组合分解，得到的各量级应力组合与表1基本一致，因此可认为图3与图4为合适的箱外试验剖面与箱内试验剖面。
为了更好地理解本发明，以上结合本发明的具体实施例做了详细描述，但并非是对本发明的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，均仍属于本发明技术方案的范围。本说明书中每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似的部分相互参见即可。对于系统实施例而言，由于其与方法实施例基本对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
Claims (10)
1.一种产品低费用可靠性试验剖面设计方法，包括分析规定的单个循环可靠性试验剖面的应力因素及总时间T，其特征在于，还包括以下步骤：
步骤1：将单个循环可靠性试验剖面分解为不同量级的各应力因素的应力量级组合；
步骤2：确定无振动、常温、常湿应力的应力组合时间与含非常温常湿应力或振动的应力组合时间；
步骤3：设计包含试验箱外试验剖面与试验箱内试验剖面的低费用可靠性试验剖面；
步骤4：根据所设计的包含试验箱外试验剖面与试验箱内试验剖面的低费用可靠性试验剖面，进行应力组合分解。
2.如权利要求1所述的产品低费用可靠性试验剖面设计方法，其特征在于，所述应力因素包括温度、湿度、振动和电压中至少一种。
3.如权利要求2所述的产品低费用可靠性试验剖面设计方法，其特征在于，所述分解包括：
1）对于温度应力的量级划分，以Δa摄氏度为基本间隔进行划分；
2）对于湿度应力的量级划分，以Δb%相对湿度基本间隔进行划分；
3）对于电压应力，采用高电压、标称电压和低电压这3个量级进行划分；
4）对于振动应力，采用有振动应力与无振动应力2个量级进行划分。
4.如权利要求3所述的产品低费用可靠性试验剖面设计方法，其特征在于，单个循环可靠性试验剖面所分解的所述应力量级组合S的计算公式为
其中，n为应力组合总数，i为应力组合序号，t i 为每个应力组合对应的试验时间，T j 为应力组合中的温度量级，H k 为应力组合中的湿度量级，U s 为应力组合中的电压量级，V t 为应力组合中的振动量级。
5.如权利要求4所述的产品低费用可靠性试验剖面设计方法，其特征在于，所述步骤2包括将所述应力量级组合里的常温常湿且无振动的应力组合的时间进行相加，得到常温常湿无振动应力组合总时间T*，并计算T*时间内各量级电压应力的累计时间。
6.如权利要求5所述的产品低费用可靠性试验剖面设计方法，其特征在于，所述步骤3包括设定试验箱外试验剖面的单个循环的时间为T w ,其温度在15ºC至35ºC之间，湿度应力在20%-80%之间，无振动应力。
7.如权利要求6所述的产品低费用可靠性试验剖面设计方法，其特征在于，所述步骤3还包括根据T w 时间内各量级电压应力的累计时间设计箱外试验剖面中的电压应力，将规定的原可靠性试验剖面去除常温常湿无振动应力组合，得到试验箱内试验剖面。
8.如权利要求7所述的产品低费用可靠性试验剖面设计方法，其特征在于，所述步骤3包括对试验箱内试验剖面中温度、湿度不连续部分进行变化率的微调，从而实现温度、湿度应力的连续变化。
9.如权利要求8所述的产品低费用可靠性试验剖面设计方法，其特征在于，所述步骤4包括按照所述应力量级组合S的计算公式进行所述应力组合分解，根据常温常湿条件约定，在设定15ºC至35ºC为1个温度量级与20%-80%相对湿度为1个湿度量级的条件下，将低费用可靠性试验剖面的应力组合与原可靠性试验剖面的应力组合进行对比。
10.如权利要求9所述的产品低费用可靠性试验剖面设计方法，其特征在于，如果低费用可靠性试验剖面的应力组合与原可靠性试验剖面的应力组合不一致，重新执行步骤3。
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