基于試驗的互聯控制設備環境可靠性鑒定方案

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

環境可靠性作為一種考驗產品在規定的條件及時間下完成任務的能力，其貫穿于設備的研發、試產和量產中的各個環節。由于近年來電子產品的高速發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]。伴隨著我國經濟的飛速發展，國內制造業正不斷向生產高可靠性產品轉型，為使國產互聯控制設備能夠滿足這樣的需求，為其設計一種合理的環境可靠性試驗方案顯得尤為重要。

本文主要以一種互聯控制設備為對象，依據其自身使用特點及實際使用環境設計一套環境可靠性試驗方案，從而達到評估產品質量的目的。

1 環境可靠性試驗方案

本文涉及的某型互聯控制設備依據其自身使用環境特點，其環境可靠性試驗內容主要分為環境適應性試驗及可靠性試驗兩部分。

1.1 環境適應性試驗

為保證設備在低溫、高溫、濕熱及振動條件下設備的環境適應性性能，有效暴露各使用環節可能出現的故障，參照相關標準及實際使用環境特點設計了相關的低溫試驗、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對互聯控制設備的低溫試驗進行設計[2]。低溫貯存溫度為-40 ℃，在試件溫度達到穩定后在繼續保持24 h；低溫工作溫度為-10 ℃，在試件溫度達到穩定后在繼續保持該溫度條件下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為基礎設計了互聯控制設備高溫試驗[2]。高溫貯存溫度為+70 ℃，在試件溫度達到穩定后在繼續保持48 h；高溫工作溫度為+55 ℃，在試件溫度達到穩定后在繼續保持該溫度條件下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生的凝露對互聯控制設備的影響，依據GJB 150.9A-2009為互聯控制設備設計濕熱試驗[2]。單周期下在2 h內，將試驗箱內溫度由30 ℃升高到60 ℃，相對濕度升到95 %并保持6 h，再在8 h內將箱內溫度由60 ℃降到30 ℃，此間相對濕度應大于85 %，試驗箱內溫度保持在30 ℃，相對濕度保持在95 %，持續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

為考慮設備在運輸及實際使用條件下，振動環境對設備的影響及暴露設備危險頻率點。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，節選如表1所示部分對互聯控制設備隨機振動試驗進行設計[2]，每軸向振動時間為40 min。

依據產品設計參數及實際情況，設計正弦振動參數如表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

該型互聯控制設備為典型的電子產品，其壽命分布服從指數分布[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，具體參數詳見表3。MTBF指標為大于等于3 000 h。

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

式中：

k—檢驗下限的倍數，由表3獲得；

d—鑒別比；

n—樣機臺數。

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。對設備完成調試、安裝，排除非環境應力的影響后，進行可靠性試驗。施加的應力參數如表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綜合環境條件的B.3.2.1節中地面固定設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計的標稱電壓（AC 220 V），25 %的輸入電壓時間為設計的標稱電壓上限（AC 242 V），其余25 %的輸入電壓時間為設計的標稱電壓下限（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?！摺！汀┦┘印?/p>

全應力任務剖面如圖5所示。

1.2.3 故障判據

試驗過程中，出現下列任何一種狀態時，應判定受試產品出現故障：

1）受試產品不能工作或部分功能喪失；

2）受試產品參數檢測結果超出規范允許范圍；

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表

3）產品的機械、結構部件或元器件發生松動、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，互聯控制設備的開關機功能應正常，連通性能應完整，外觀質量應符合要求。除此以為，為確保全試驗流程中的數據有效性，對其檢測過程中的環境條件及設備應進行相關規定。

2.1 常溫檢驗條件

環境溫度范圍保持在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 環境試驗條件容差

1）溫度

低溫區容差：±3 ℃，高溫區容差：±2 ℃。

2）濕度

濕度容差±3 %RH。

3）振動

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

3 結論

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

借此，以某型互聯控制設備為研究對象設計的環境可靠性試驗方案可為其他相似設備、產品等提供一定參考，為相關設備的質量控制及改進設計提供了一定的指導性意見。