航天产品的可靠性增长试验方法高温高湿试验箱

一、概述航天产品开展可靠性增长试验的依据主要有GJB1407-1992《可靠性增长试验》(以下简称GJB1407)和QJ3127-2000《航天产品可靠性增长试验指南》(以下简称QJ3127)。其中GJB1407是可靠性增长试验的基础标准，主要采用Duane模型以及AMSAA方法进行试验设计和数据分析，但由于试验时问较长，统计分析主要基于大量故障样本进行。由于航天产品具有的高可靠、高价值等特点，使试验时问受限，试验故障较少，GJB1407在航天领域应用不多。QJ3127在GJB1407的基础上，增加了无增长模型的预鉴定试验方案，也称为指数分布的定时截尾试验方案，这种试验方案借鉴了可靠性鉴定试验的思想，试验时问较短，在航天领域应用广泛。因为航天产品一般是一次性使用，更加关注产品任务的成败问题，所以谈到航天产品的可靠性增长，一般是指任务可靠性的增长。根据GJB1407，一般可靠性增长试验在试验前需制订可靠性增长模型，在试验中根据故障情况绘制增长曲线。GJB1407中给出了跟踪产品可靠性增长状态的图分析法，即Duane模型。使用Duane模型的可靠性增长试验有如下特点:a.有起始点；b.有计划；c.可以通过试验得到增长率。这种试验方法在多次重复性使用的产品中得到了广泛的应用。但一次性使用的航天产品属于成败型产品，产品任务时问短，采用GJB 1407Duane模型进行可靠性增长试验，往往试验时问过长，达到产品任务时间的几百倍至上千倍，在工程中难以应用。
二、航天产品三结合的可靠性增长试验思路
根据航天产品的特点，经过多年实践，在可靠性增长试验领域，形成了有自己特色的可靠性试验工作思路。即单机级试验和分系统以及系统级试验相结合，初样阶段和试样阶段试验相结合，增长试验和预鉴定试验相结合的总体思路。即在研制的初样和试样阶段，根据不同阶段的可靠性增长目值，进行此阶段的可靠性增长试验(采用增长试验和预鉴定试验相结合的方案)。在特定的阶段，逐级进行产品的单机、分系统、系统级乃至全系统可靠性增长试验，实现产品可靠性的分阶段逐级增长。
1、单机和系统级试验相结合单机可靠性是系统可靠性的基础，没有单机可靠性，系统及全箭可靠性就无从谈起。所以，各个系统的单机电了产品必须进行足够的可靠性增长试验，从而为全箭的可靠性打下一个良好的可靠性基础。东莞市赛思检测设备有限公司另一方面，系统级可靠性试验能够考核单机试验无法考核的问题，和单机试验相比，系统级试验具有如下儿个特点:系统结构真实，边界条件更加真实，载荷模拟更加真实。系统级可靠性试验，产品实际上是在系统联接状态下工作，系统内各个产品之间的联接、匹配和协调工作关系能够得到考核，而且，由于上述儿个特点，系统级试验的试验应力分布和试验应力量级都更加真实，因而其故障模式也更加接近实际使用状态，通过试验能够切实提高产品的使用可靠性。这样，通过单机、分系统、系统级直至全系统可靠性增长试验，能够扎实地使产品的可靠性得到逐级提高。单机可靠性试验和系统可靠性试验是航天产品可靠性试验这一个问题的两个方面，不能够相互替代，应互相补充。在实践中，要避免两种倾向:a)重单机不重系统;b)重系统不重单机。第1种情况的产生，原因是多方面的，很大程度上是因为设计单位试验设备能力不具备，无法进行系统级可靠性试验，另外，系统级试验代价较高，需要产品、试验经费和研制周期的投入，一般设计单位难以单独承受。不进行系统级的试验，造成可靠性工作不完整，整个系统的可靠性得不到增长和验证。第2种情况在工程实际工作中也经常会发生，因为系统是由单机组成的，所以从数学上讲，系统可靠性指标要远远低于单机可靠性指标，故系统级可靠性试验的时问一般远远短于单机时问。为了节省研制周期，有些单位就希望不单独进行单机可靠性增长试验，直接进行系统级试验，这种情况会导致产品在系统级可靠性试验或实际使用时单机层次的可靠性问题层出不穷，一方面使系统级试验无法顺利进行，而一旦交付使用，则在实际使用中也严重影响产品的使用效率。
2、初样和试样阶段试验相结合航天产品在研制过程中分为初样和试样两个阶段，在这两个阶段中分别进行单机、分系统直至全系统的可靠性增长试验。这样，可以使产品设计和生产过程中的薄弱环节及早暴露并及时采取改进措施，将产品的可靠性增长工作纳入产品研制的全过程，避免在研制后期因为可靠性问题进行重大设计改变而造成工作上的被动局面，适应了型号的研制阶段需求。另外，分阶段的可靠性增长试验还有一个优点，能够使前一阶段**的问题在后续阶段解决，为产品设计改进留有余地。
3、可靠性增长试验和预鉴定试验相结合增长试验和预鉴定试验相结合，即采取鉴定试验方案，根据给出的产品阶段可靠性目标值，以鉴定试验方式确定试验时问。
三、无模型可靠性增长试验方法
对于可靠性随时间变化服从指数分布的产品，按照无故障情况确定其试验时间如下:
θ_L=-t/lnR_L  （1）
T=θ_L∙ln(1/β) （2）
式中R_L 为阶段可靠性增长要求值；t为任务时间；θ_L为平均无故障工作时间；T为总试验时间；β为使用方风险。试验完成后，对产品的可靠性进行评估，根据定时截尾的试验方案，对于可靠性FU从指数分布的产品，产品无故障工作时间的单侧置信下限服从自由度为2r+2的χ_2分布，由下式给出:θ_L=2T/(χ^2 (γ,2r+2))  （3）式中r为故障数，γ=1-β为置信度。一般地，风险和置信度由可靠性研制合同给出，如果研制合同没有具体规定，则初样阶段使用方风险选取20% ~35 %，试样阶段选取10%~20%。不同的是，鉴定试验中须根据GJB 899 选定试验方案，给出接收和拒收准则，在试验过程中根据故障情况判定是否接收产品;而作为增长试验，在试验过程中希望通过故障暴露薄弱环节，不设接收拒收判据，试验中出现的故障均须进行故障机理分析，采取改进措施并经试验验证，以使产品的可靠性得到提高。这种试验方法没有具体的可靠性增长模型，又称为无模型可靠性增长试验方法。
四、无模型可靠性增长试验方法的优缺点
1、优点与有模型可靠性增长试验方法相比较，可靠性增长试验和预鉴定试验相结合的试验方法有如下一些优点:a)避免了由于可靠性预计不准确使有模型增长试验不成功或无法完成;b)产品试验时问比较确定，能够较好地从周期和成本两个方面对可靠性增长试验进行安排和控制，有利于对可靠性增长试验进行总体把握，从而使更多的产品能够参加可靠性增长试验，促进产品可靠性水平的提高;c)虽然采用鉴定试验案，但是在试验过程中，以暴露产品的薄弱环节，采取纠正措施并消除故障机理为主要工作目标，通过试验一改进一再试验过程重在使产品的可靠性得到确实的增长；d)如果产品在试验过程中出现较多的故障，也可以采用Duane模型进行增长趋势分析。
2、缺点无模型可靠性增长试验方法需要解决如下两个问题:
a)试验过程中产品未出现故障，产品状态在试验前后无变化，则产品的可靠性在试验中没有得到增长；
b)产品在试验中出现故障，如果判定为责任故障，则因为试验时问按照无故障情况计算得到，那么，根据可靠性评估公式，可靠性评估值不可能达到试验前规定的目标值，这样，意味着经过增长试验，可靠性指标未达到目标值。出现这两种情况，在工程应用中，本着提高产品可靠性，获得产品可靠性信息的原则，一般采取如下的处理方式:a)产品在试验过程中未出现故障，可能是产品本身可靠性已经达到要求值或者试验应力选择偏低，不足以激发故障。对后者要进行在环境应力加严条件下的步进应力**余量试验，即在可靠性增长试验完成后，逐步增加试验剖面中各项应力，继续进行试验。这样可以获得产品出现故障的应力条件和故障模式，对这两项故障信息进行分析，能够为可靠性设计提供很好的借鉴。
b)产品在试验中出现故障，分两种情况处理:
1)故障定位准确、机理清楚、措施有效，经试验验证，消除了故障机理，判定此类故障在以后使用中不会再发生，则在可靠性评估中予以剔除，不影响可靠性增长试验评估结果，试验结果仍然满足指标要求；
2)故障机理复杂，一时难以消除，则考虑到可靠性增长试验的阶段性，将此故障留至后续阶段工作中解决，对当前试验做阶段性总结。

高温高湿试验箱技术规格：