CN1525331A - 一种实现温度和振动复合环境下可靠性测试的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现计算机类产品温度和振动复合环境下可靠性测试的方法，该方法首先进行温度可靠性测试，测出计算机类产品的温度和快速温度传导的可操作界限，在温度可操作界限之内，以快速温度传导的可操作界限进行快速温度传导测试，同时进行随机振动的可靠性测试，测出计算机类产品的温度和振动复合环境的可操作界限。本发明所提供的测试方法使设计人员在得到这些界限的同时获得计算机类产品在各种温度和振动复合环境下的机械特性、电特性、温度特性、振动特性和功能特性上的缺陷，从而可以对产品进行优化设计，提高系统的温度和振动复合环境的可靠性。

Description

一种实现温度和振动复合环境下可靠性测试的方法

技术领域

本发明涉及计算机设备的测试技术，更确切地说是涉及与计算机相关的电子产品在温度和振动复合环境下实现可靠性测试的方法。

背景技术

20世纪50年代以后，随着现代科学技术的发展和电子产品的广泛应用，可靠性指标已经和电子产品的性能、费用、体积、重量等指标相提并论，成为衡量电子产品质量的主要指标之一，所谓可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。

可靠性指标之所以如此重要，有电子产品和企业两个方面的原因，首先对于电子产品本身来说，现代科学技术的发展使电子产品更加复杂，不提高电子产品的可靠性，电子产品的故障率就会大大上升，从而导致电子产品几乎无法使用，并且电子产品可能会在各种各样的环境中使用的特点也要求电子产品具有高的可靠性；而对于企业来说，为了抢先占领电子产品的市场，就必须要缩短电子产品的研制周期，而如果要减少研制过程中的反复，就必须对电子产品的组成元件和整个系统的可靠性进行预测和控制。

众所周知，在服务器、PC、笔记本电脑等计算机类电子产品的使用环境中，诸如温度、振动、湿度、冲击、电网电压波动等各种恶劣因素对该类产品性能的影响很大，对于振动因素来说，瞬间或长时间持续的振动都可能导致该类产品的整机系统无法正常工作，而对于温度因素来说，温度过高、过低或温变速度过快都可能导致该类产品的整机系统无法正常工作，更为恶劣的情况是温度和振动都存在，这种情况对产品性能的影响尤为明显。整机系统在振动和温度环境恶劣的情况下出现故障的主要原因都有两个：一个是电子元器件出现故障；另一个是整机系统的性能出现波动。由于目前的电子元器件和整机系统只针对温度或振动有一个大概的可工作范围，且这个范围很不准确，同时，也没有一个准确的方法预估计算机产品的系统和电子元器件在温度和振动复合疲劳破坏环境下的使用寿命。当计算机产品在复杂的温度和振动复合环境中工作时，很可能就会有某个电子元器件出现故障，或整机性能出现波动，从而导致整机运行出现故障。

因此，在计算机类电子产品的研制阶段，生产制造商需要非常重视该类产品的电子元器件及整机系统的振动可靠性，了解电子元器件及整机系统在不同的温度和振动环境下的失效模式，分析失效原因，找出薄弱环节，以便采取相应措施以提高电子元器件及整机系统的温度和振动复合环境的可靠性水平，从而提高整机的可靠性。而目前业界并没有针对温度和振动复合环境的测试方法，只是在产品生产之后，进行产品是否满足国标给出的温度或振动范围的合格性检测，如果不合格，则替换被损坏或不合格的器件后再重新测试，直到合格为止。这样的检测有以下不足：首先，温度和振动的检测往往是分开的，进行分别检测需要占用较多的时间，并且温度和振动单一测试所施加在测试样机上的环境破坏应力也较温度、振动复合环境测试所施加在测试样机上的应力小得多，较难全面发现计算机产品的缺陷。少数条件较好的科研单位虽然配备有温度和振动复合环境测试设备，但试验的温度应力和振动应力较小，无法快速、全面发现计算机产品及其电子元器件的缺陷；其次，这样的检测只能得知整个系统是否能够符合国标的规定，而不能获知系统或某个器件应该达到何种标准更合适，更不能全面衡量一个系统中各种元器件应满足何种温度和振动标准相互匹配才更合理，系统整体性能更好，现有技术中并没有能够实现上述目的的温度和振动复合环境可靠性的测试方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种针对计算机类电子产品的温度和振动复合环境可靠性的测试方法，以使技术人员在研制计算机类电子产品时，能够及时了解电子元器件及整机系统在不同的温度和振动复合环境下的失效模式，以便提高计算机类电子产品的整机性能。

为达到以上目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种实现温度和振动复合环境下可靠性测试的方法，适用于计算机类产品，该方法包括以下步骤：

a1.设定本次测试的起始温度、起始随机振动加速度的均方根值、随机振动频率范围和起始快速温变速度；

a2.从起始温度开始逐步改变当前的测试温度，在每个温度稳定后进行一次或一次以上功能可靠性测试，每次测试结束后判断当前被测产品的功能是否出现异常，如果是，则进入步骤a3，否则，以当前温度作为测试起始温度，返回步骤a2；

a3.将温度恢复至所设定的测试起始温度，在该温度稳定后进行一次或一次以上功能可靠性检测，每次测试结束后判断被测产品的所有功能是否全部恢复正常，如果是，则将步骤a2中功能出现异常之前的温度设置为温度可操作界限，并进入步骤a4；否则，减小每次的温度改变量，以步骤a2中功能出现异常之前的温度作为测试起始温度，返回步骤a2；

a4.从起始快速温变速度开始逐步改变快速温变速度，并以每个快速温变速度改变当前测试温度，到达温度可操作界限时，在温度稳定后进行一次或以上的功能可靠性测试，测试结束后判断被测产品的功能是否出现异常，如果没有功能出现异常，则将该温变速度设置为快速温度传导的可操作界限，并进入步骤a6；否则，进入步骤a5；

a5.降低步骤a4中的快速温变速度，并返回步骤a4；

a6.从起始振动加速度开始逐步增大当前的测试振动加速度，在步骤a1设定的振动频率范围内，以每个振动加速度进行随机振动，并在每次随机振动的同时，在温度可操作界限内，以快速温变速度的可操作界限值为温变变化率从起始温度开始改变温度，在到达温度可操作界限且随机振动和温度稳定后，进行一次或以上的功能可靠性测试，判断当前被测产品的功能是否出现异常，如果出现异常，则进入步骤a7，否则，将当前的振动加速度作为起始振动加速度，并返回步骤a6；

a7.将振动恢复至起始振动加速度，将温度恢复到起始温度，并在温度和振动稳定后进行一次或以上的功能可靠性检测，判断被测产品的所有功能是否全部恢复正常，如果是，则将温度可操作界限、快速温度传导的可操作界限与功能出现异常之前的振动加速度设置为温度和振动复合环境的可操作界限，如果功能不能恢复正常，则减小振动加速度的增加量，将前一振动加速度作为起始振动加速度，返回步骤a7。

步骤a3中如果所有功能全部恢复正常，所述步骤a3进一步包括：

a31.以功能出现异常的温度作为起始温度；

a32.继续逐步改变当前的测试温度，当温度稳定后，将当前测试温度恢复至起始温度，在温度稳定后进行一次或以上的功能可靠性检测，每次测试结束后判断当前被测产品的功能是否出现异常，如果是，则将当前测试温度设置为温度破坏界限，否则，以当前温度作为测试起始温度，返回步骤a32。

步骤a3中如果功能不能恢复正常，所述步骤a3进一步包括：将当前测试温度设置为温度破坏界限。

步骤a7中如果功能恢复正常，所述步骤a7进一步包括：

a71.以功能出现异常的振动加速度为起始振动加速度；

a72.继续逐步增大振动加速度，并在进行快速温度传导测试的同时，分别进行一段时间的随机振动，之后将随机振动恢复至起始振动环境，将温度恢复到起始温度，在振动和温度稳定后进行一次或以上的功能可靠性检测，判断当前被测产品的功能是否出现异常，如果出现异常，将快速温度传导的可操作界限及当前的振动加速度设置为温度和振动复合环境的破坏界限，否则，将当前的振动加速度作为起始振动加速度，返回步骤a72。

步骤a7中如果功能不能恢复正常，所述步骤a7进一步包括：将快速温度传导的可操作界限及当前的振动加速度设置为温度和振动复合环境的破坏界限。

所述的功能可靠性检测为：对被测产品的数据存储介质进行表面损伤扫描，检查被测产品各电子元器件的功能以及各个接口的性能是否正常；或检测整个被测产品的系统在满负载运行的情况下，各个部件或系统整体运行的稳定性和兼容性；或检测计算机类产品对电网环境的适应能力；或以上三种测试的任意组合。

所述对计算机类产品的数据存储介质进行表面损伤扫描由配置了磁盘扫描测试包的系统测试软件WinPie3.24实现。

所述满负载运行状态下对稳定性和兼容性的检测通过运行模块化的系统测试软件WinPie3.24和网络测试软件Drive Reaper实现。

所述对电网环境适应能力的检测通过交流电源供应器模拟各种市电波形失真实现。

所述改变当前测试环境由综合环境试验系统实现。

所述步骤a4中以同一个快速温变速度进行一次以上的温度速度变化测试。

本发明方法通过对电子元器件的温度和振动复合环境可靠性进行测试，可以得到不同电子元器件准确的温度和振动复合环境的可操作界限及破坏界限，以及在各个复合环境下电子元器件在机械特性、电特性及功能特性上的缺陷，使设计人员在进行整机设计时能够充分考虑电子元器件的各种特性，根据需要改进电子元器件的设计以提高其温度和振动复合环境的可靠性，或更换温度和振动复合环境可靠性更高的电子元器件，从而使整机的温度和振动复合环境的可靠性性能更加稳定，并能通过各个电子元器件的温度和振动复合环境的可靠性对整机的温度和振动复合环境的可靠性有一个较为准确的估计；通过对系统的温度和振动复合环境的可靠性进行测试，得到系统准确的温度和振动复合环境的可操作界限及破坏界限，使设计人员在设计时可以根据需要进行系统优化，从而提高系统的温度和振动复合环境的可靠性。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明方法作进一步详细的说明。

本发明的核心思想是：利用一个能够同时进行较大范围温度快、慢速变换和在一定频率范围内做较大随机振动的综合环境测试装置，将计算机可靠性测试样机放置在该振动装置中，首先在逐步增高或降低温度的同时进行测试样机的一次或以上的功能可靠性测试，得到被测产品的电子元器件或系统能够正常工作的温度可操作界限和温度破坏界限。然后在该可操作界限内快速增大或减小温度，同时进行测试样机的一次或以上的功能可靠性测试，得到被测产品的电子元器件或系统能够正常工作的最大温变速度，并将其作为电子元器件或系统快速温度传导的可操作界限；最后，在温度可操作界限内，以快速温度传导的可操作界限作为快速温度传导的测试条件，重新进行快速温度传导测试，同时进行振动应力测试，以加速计算机类产品的老化效果，并在温度到达每个温度可操作界限时，对温度和振动都稳定一段时间，在温度和振动稳定后进行一次或以上的功能可靠性测试，得到被测产品的电子元器件或系统的温度和振动复合环境的可操作界限和破坏界限。

其中，所述温度或快速温度传导的可操作界限为在温度可靠性试验过程中发生的计算机电子元器件或系统的功能故障在温度应力消除后即可自动恢复的温度应力临界点；所述温度破坏界限为计算机电子元器件或系统的功能故障在温度应力消除后依然存在的温度应力临界点；所述温度和振动复合环境的可操作界限为在温度和振动复合环境可靠性试验过程中发生的计算机电子元器件或系统的功能故障在温度和振动复合应力消除后即可自动恢复的温度振动复合应力临界点；所述温度和振动复合环境的破坏界限为计算机电子元器件或系统的功能故障在温度和振动复合应力消除后依然存在的温度和振动复合应力临界点。

在上述方案中，对被测设备或器件所进行的功能可靠性测试包括三个方面：

1)对需要测试的内存、光驱、软驱以及硬盘等电子元器件进行表面损伤扫描，检查计算机各电子元器件的功能以及各个接口的性能是否正常，该检测可以通过运行配置了磁盘扫描测试包的系统测试软件WinPie3.24实现；

2)检测整个计算机系统在满负载运行的情况下，各个部件或系统整体运行的稳定性和兼容性，该检测可以通过运行模块化的系统测试软件WinPie3.24和网络测试软件Drive Reaper实现；

3)检测计算机各电子元器件及系统对电网环境的适应能力，可以通过交流电源供应器模拟各种市电波形失真对计算机各电子元器件及系统进行检测，交流电源供应器可以模拟的各种市电波形的失真包括电源瞬间断电、瞬时突波、电源不足、电压和频率缓升降等。

下面针对本发明方法举一个具体实施例。

首先进行温度应力测试，该测试包括高温阶段应力测试和低温阶段应力测试，这两个测试可以不分先后顺序。本实施例以室温作为起始温度，首先进行低温阶段应力测试，在室温的基础上以一个固定温度值对被测样机逐次进行降温，在每次降温后维持一段时间以使温度稳定，本实施例将该段时间设置为15分钟，之后在这个稳定的温度下进行至少一次的功能可靠性测试，如果每次测试都正常，则以该降温后的温度进行下一次降温，如果有一次或多次测试出被测样机的功能出现异常，则将温度恢复至室温，在恢复室温后保持一段时间，之后再进行至少一次的功能可靠性测试，如果有一次或多次的测试中所测试的功能不能恢复，则将该功能出现异常对应的温度称为低温破坏界限，并减小降温的幅度，以该出现功能异常的温度之前的那个温度为起始温度，重新进行低温阶段应力测试，以获得低温可操作界限。如果所有出现异常的功能都能恢复，则将该功能出现异常之前的温度称为低温可操作界限，并在该功能出现异常对应的温度的基础上再逐次进行降温以获得低温破坏界限，在这种情况下进行降温，同样在降温稳定后进行至少一次的功能可靠性测试，该被测样机的功能会在至少一次的测试中出现异常，将温度恢复至室温，在恢复室温后稳定一段时间，之后再进行至少一次的功能可靠性测试，如果所有出现异常的功能都能恢复，则进行下一次的降温，如果有一次或以上测试出该功能无法恢复，则将该功能出现异常且无法恢复对应的温度称为低温破坏界限。

在低温阶段应力测试完成后，以相似的方法进行高温阶段应力测试，所不同的是在室温的基础上以一个固定温度值对被测样机逐次进行升温，最终找出高温可操作界限和高温破坏界限。

得到电子元器件或系统的高、低温可操作界限之后，进行快速温度传导测试。在上述温度阶段应力测试得到的高、低温可操作界限之间，从室温开始，以15℃～60℃/min的快速温度变化率分别进行一个或以上循环的高、低温度变化的测试，本实施例采用了6个循环的高、低温度变化，快速温度变化率的具体选取根据计算机的电子元器件或系统的复杂程度决定，如果计算机的电子元器件或系统很复杂，则其对温度的变化会更敏感一些，因此采用与15℃相近的较小的温度变化率，否则，可以采用与60℃相近的较大的温度变化率，在每个循环中，当温度上升到高温可操作界限或下降到低温可操作界限时，保持一段时间使温度稳定，之后再进行功能可靠性测试，如果发现故障，则该故障一定是可恢复性故障，则将温度传导速度减小15℃～20℃/min，再重复上述的快速温度传导测试，该测试同样进行6个循环，如果在一个或以上的功能可靠性测试中仍然发现故障，则再减小温度传导速度进行测试，直到每个循环都没有可回复性故障发生，则该温度为快速温度传导的可操作界限。

在获得温度和快速温度传导的可操作界限之后，需要以该温度可操作界限作为温度界限，以该快速温度传导的可操作界限作为快速温度传导的温变速度值进行快速温度传导测试，并在以该快速温度传导的可操作界限进行快速温度传导测试的同时，进行随机振动测试，以加速计算机类产品的老化效果。在进行可靠性测试之前，需要设置一个振动频率范围和初始振动加速度的均方根值，可以分别设置随机振动频率范围为3～3000Hz和初始振动加速度为3～7G rms，振动加速度的增加值为5G rms。在初始振动加速度的基础上逐步增大振动加速度，并以每个振动加速度在振动频率范围内进行随机振动，在每次随机振动的同时进行快速温度传导，在温度到达温度可操作界限时，对温度和振动都稳定一段时间，并在温度和振动稳定后进行一次或以上的功能可靠性测试，如果有功能出现异常，则返回测试的初始状态，并在状态稳定后，再进行功能可靠性测试，如果所有的功能都恢复正常，则将该功能出现异常之前的温度和振动复合状态作为计算机类产品温度和振动复合环境的可操作界限，并在功能出现异常的状态的基础上进一步进行温度和振动复合环境的功能可靠性测试，直到在恢复到初始状态时功能也不能恢复，并将该温度和振动复合状态作为计算机类产品温度和振动复合环境的破坏界限；如果在恢复到初始状态，并在状态稳定后功能也不能恢复正常，则将该功能出现异常的温度和振动复合状态作为计算机类产品温度和振动复合环境的破坏界限，并减小振动加速度的改变量，在该次功能出现异常的前一次温度和振动复合状态作为初始条件，在其基础上重新进行温度和振动复合状态的功能可靠性测试，以得到计算机类产品温度和振动复合环境的可操作界限。

本发明还可以采用先进行随机振动，得到随机振动的可操作界限，之后在以随机振动的可操作界限作为随机振动加速度进行随机振动的同时，进行温度可靠性测试，得到温度和振动复合环境的可操作界限和破坏界限。

采用本发明方法按照先部件、后整机系统的顺序进行计算机类电子产品的温度和振动复合环境可靠性测试，可以科学地对计算机类产品实际使用环境的老化作用进行了更加显著的快速模拟，通过该测试可以暴露计算机类电子产品在机械特性、电特性、温度特性、振动特性及功能特性上的缺陷，根据测试结果解决相应的缺陷，便可提高每个部件乃至整个系统的性能，从而可以提高计算机类电子产品系统的平均无故障时间(MTBF，mean timebetween failures)值，保障新品的温度和振动复合环境的可靠性，缩短新品的开发时间，从而加速了新品的上市时间，并降低新品的研发成本和售后服务成本。

Claims (11)

1、一种实现温度和振动复合环境下可靠性测试的方法，适用于计算机类产品，其特征在于，该方法包括以下步骤：

a1.设定本次测试的起始温度、起始随机振动加速度的均方根值、随机振动频率范围和起始快速温变速度；

a2.从起始温度开始逐步改变当前的测试温度，在每个温度稳定后进行一次或一次以上功能可靠性测试，每次测试结束后判断当前被测产品的功能是否出现异常，如果是，则进入步骤a3，否则，以当前温度作为测试起始温度，返回步骤a2；

a3.将温度恢复至所设定的测试起始温度，在该温度稳定后进行一次或一次以上功能可靠性检测，每次测试结束后判断被测产品的所有功能是否全部恢复正常，如果是，则将步骤a2中功能出现异常之前的温度设置为温度可操作界限，并进入步骤a4；否则，减小每次的温度改变量，以步骤a2中功能出现异常之前的温度作为测试起始温度，返回步骤a2；

a4.从起始快速温变速度开始逐步改变快速温变速度，并以每个快速温变速度改变当前测试温度，到达温度可操作界限时，在温度稳定后进行一次或以上的功能可靠性测试，测试结束后判断被测产品的功能是否出现异常，如果没有功能出现异常，则将该温变速度设置为快速温度传导的可操作界限，并进入步骤a6；否则，进入步骤a5；

a5.降低步骤a4中的快速温变速度，并返回步骤a4；

a6.从起始振动加速度开始逐步增大当前的测试振动加速度，在步骤a1设定的振动频率范围内，以每个振动加速度进行随机振动，并在每次随机振动的同时，在温度可操作界限内，以快速温变速度的可操作界限值为温变变化率从起始温度开始改变温度，在到达温度可操作界限且随机振动和温度稳定后，进行一次或以上的功能可靠性测试，判断当前被测产品的功能是否出现异常，如果出现异常，则进入步骤a7，否则，将当前的振动加速度作为起始振动加速度，并返回步骤a6；

a7.将振动恢复至起始振动加速度，将温度恢复到起始温度，并在温度和振动稳定后进行一次或以上的功能可靠性检测，判断被测产品的所有功能是否全部恢复正常，如果是，则将温度可操作界限、快速温度传导的可操作界限与功能出现异常之前的振动加速度设置为温度和振动复合环境的可操作界限，如果功能不能恢复正常，则减小振动加速度的增加量，将前一振动加速度作为起始振动加速度，返回步骤a7。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤a3中如果所有功能全部恢复正常，所述步骤a3进一步包括：

a31.以功能出现异常的温度作为起始温度；

a32.继续逐步改变当前的测试温度，当温度稳定后，将当前测试温度恢复至起始温度，在温度稳定后进行一次或以上的功能可靠性检测，每次测试结束后判断当前被测产品的功能是否出现异常，如果是，则将当前测试温度设置为温度破坏界限，否则，以当前温度作为测试起始温度，返回步骤a32。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤a3中如果功能不能恢复正常，所述步骤a3进一步包括：将当前测试温度设置为温度破坏界限。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤a7中如果功能恢复正常，所述步骤a7进一步包括：

a71.以功能出现异常的振动加速度为起始振动加速度；

a72.继续逐步增大振动加速度，并在进行快速温度传导测试的同时，分别进行一段时间的随机振动，之后将随机振动恢复至起始振动环境，将温度恢复到起始温度，在振动和温度稳定后进行一次或以上的功能可靠性检测，判断当前被测产品的功能是否出现异常，如果出现异常，将快速温度传导的可操作界限及当前的振动加速度设置为温度和振动复合环境的破坏界限，否则，将当前的振动加速度作为起始振动加速度，返回步骤a72。

5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤a7中如果功能不能恢复正常，所述步骤a7进一步包括：将快速温度传导的可操作界限及当前的振动加速度设置为温度和振动复合环境的破坏界限。

6、根据权利要求1、2或4所述的方法，其特征在于，所述的功能可靠性检测为：对被测产品的数据存储介质进行表面损伤扫描，检查被测产品各电子元器件的功能以及各个接口的性能是否正常；或检测整个被测产品的系统在满负载运行的情况下，各个部件或系统整体运行的稳定性和兼容性；或检测计算机类产品对电网环境的适应能力；或以上三种测试的任意组合。

7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述对计算机类产品的数据存储介质进行表面损伤扫描由配置了磁盘扫描测试包的系统测试软件WinPie3.24实现。

8、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述满负载运行状态下对稳定性和兼容性的检测通过运行模块化的系统测试软件WinPie3.24和网络测试软件Drive Reaper实现。

9、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述对电网环境适应能力的检测通过交流电源供应器模拟各种市电波形失真实现。

10、根据权利要求1、2或4所述的方法，其特征在于，所述改变当前测试环境由综合环境试验系统实现。

11、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a4中以同一个快速温变速度进行一次以上的温度速度变化测试。