了解一下美國(guó)可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)

80年代初就在應(yīng)力篩選迅速發(fā)展的同時(shí)，人們就已經(jīng)注意到由于設(shè)計(jì)潛在缺陷的殘留量仍不少，為可靠性的提高提供了可觀(guān)的空間，另外，還有價(jià)格和研制周期問(wèn)題，這是當(dāng)今動(dòng)態(tài)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)，實(shí)踐證明可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)正是綜合解決這一問(wèn)題的**方法。RET獲得的可靠性比傳統(tǒng)方法高得多，更可貴的是RET在短時(shí)間內(nèi)就獲得早期高可靠性，無(wú)需像傳統(tǒng)法那樣需長(zhǎng)時(shí)間的可靠性增長(zhǎng)，從而也降低了成本。

**從事這方面工作稱(chēng)得上先驅(qū)者的是 G.K. Hobbs , K.A. Gray 和 L.W. Condra等人，他們稱(chēng)這種試驗(yàn)為高加速壽命試驗(yàn) (HALT) 和高加速應(yīng)力篩選 (HASS)，前者針對(duì)設(shè)計(jì)，后者針對(duì)生產(chǎn)，方法的核心是施加大應(yīng)力，一步步地加，一次次地排除缺陷，故也叫步進(jìn)應(yīng)力法，以此獲得高可靠性，從80年代末至90年代初，相繼在各工業(yè)部門(mén)推廣應(yīng)用，無(wú)一例外地取得了很大的成功，由于商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)與軍工保密的原因至今許多重大成果仍未解密發(fā)表。連名稱(chēng)也尚未統(tǒng)一，有的叫步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn) (Step Stress)，高加速壽命試驗(yàn) (HALT)，應(yīng)力壽命試驗(yàn) (STRIFE)，應(yīng)力裕度和強(qiáng)壯試驗(yàn) (SMART) 和可靠性強(qiáng)化試驗(yàn) (RET) 等等，波音公司把RET當(dāng)作這一試驗(yàn)技術(shù)的統(tǒng)稱(chēng)是較為合理的，因?yàn)樗怀隽藦?qiáng)化試驗(yàn)的特點(diǎn)。

RET得到迅速發(fā)展的原因還在于90年代市場(chǎng)可靠性觀(guān)念的更新和關(guān)鍵技術(shù)的突破。

L．Condra在其系列論文中說(shuō)，美國(guó)生產(chǎn)廠(chǎng)家在80年代認(rèn)識(shí)質(zhì)量的重要性，深知市場(chǎng)只接受質(zhì)高價(jià)廉的產(chǎn)品，到90年代又認(rèn)識(shí)到可靠性的重要性，深知市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品不僅要求高的開(kāi)箱率，而且要求在設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)確保性能良好不變。這是新一輪對(duì)可靠性的挑戰(zhàn)，而RET正是滿(mǎn)足這一挑戰(zhàn)的**方法。

Condra指出按傳統(tǒng)的可靠性定義去應(yīng)付瞬息萬(wàn)變的動(dòng)態(tài)市場(chǎng)顯得太被動(dòng)了，廠(chǎng)家只對(duì)用戶(hù)的條件（規(guī)范)負(fù)責(zé)，不對(duì)產(chǎn)品的使用負(fù)責(zé)必然導(dǎo)致在市場(chǎng)中的失敗。于是90年代的一種進(jìn)取性的市場(chǎng)可靠性定義便應(yīng)時(shí)而生。一種可靠的產(chǎn)品應(yīng)隨時(shí)都能完成用戶(hù)需其完成的任何任務(wù)。這樣一來(lái)，廠(chǎng)家便變被動(dòng)為主動(dòng)，了解用戶(hù)對(duì)產(chǎn)品的要求，關(guān)注市場(chǎng)的發(fā)展，不斷改進(jìn)更新產(chǎn)品，以上乘的質(zhì)量可靠性換取不斷擴(kuò)大的市場(chǎng)占有份額，獲取豐厚的利潤(rùn)回報(bào)，因此可靠性便不再是一種成本負(fù)擔(dān)，相反可靠性正是商家追求的一種資產(chǎn)、一種財(cái)富。

但是，傳統(tǒng)的可靠性試驗(yàn)既極費(fèi)錢(qián)又極費(fèi)時(shí)，必須要開(kāi)發(fā)一種新的經(jīng)濟(jì)有效的替代法來(lái)適應(yīng)這一需求，這便是RET法。RET技術(shù)的理論依據(jù)是故障物理學(xué) (Physics of failure)，把故障或失效當(dāng)作研究的主要對(duì)象，通過(guò)發(fā)現(xiàn)、研究和根治故障達(dá)到提高可靠性的目的。對(duì)當(dāng)今高度復(fù)雜的電子或機(jī)電產(chǎn)品，要發(fā)現(xiàn)潛在故障非易事，特別是一些“潛伏”極深的或間歇性故障，必須采用強(qiáng)化應(yīng)力的方法強(qiáng)迫其暴露，實(shí)踐證明RET法效果顯著。

Gregg K.Hobbs先生曾就強(qiáng)化應(yīng)力的效果問(wèn)題設(shè)計(jì)了一種金屬試件，對(duì)疲勞壽命進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)應(yīng)力強(qiáng)度增加1培時(shí)，疲勞壽命降低為1/1000，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)振動(dòng)引起的失效就屬這一類(lèi)型，除了施加強(qiáng)化應(yīng)力外，由于有缺陷產(chǎn)品的應(yīng)力集中系數(shù)高達(dá)2--3倍，從而使疲勞壽命相應(yīng)降低好幾個(gè)數(shù)量級(jí)，這樣就使產(chǎn)品內(nèi)的有缺陷元件與無(wú)缺陷元件在相同的強(qiáng)化應(yīng)力下疲勞壽命拉大了擋次，使缺陷迅速暴露的同時(shí)無(wú)缺陷元件損傷甚小，這一理想的效應(yīng)正是我們所需要的。

對(duì)于溫度循環(huán)則屬熱疲勞性質(zhì)，S.Smithson先生在《效率與經(jīng)濟(jì)性》一文中也給出了類(lèi)似的效果，若以?xún)蓚€(gè)不同的溫變率為例，一個(gè)5℃/min,另一個(gè)強(qiáng)化到40℃/min，則它們的疲勞壽命效率比為4400∶1，對(duì)其他溫變率的情況見(jiàn)下表:

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溫變率℃/min  5  10  15  20  30   40

循環(huán)數(shù)            400    55   17   7   2.2   1

min/每循環(huán)   66  33  22  16.5  11  8

總時(shí)間 h       440   30     6    1.9   0.4  0.1

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根據(jù)上述數(shù)據(jù)可以看到RET的綜合效果是:大幅提高可靠性，高度壓縮時(shí)間，從而也降低了成本。

要實(shí)施強(qiáng)化應(yīng)力必須要有相應(yīng)和設(shè)備，沿用傳統(tǒng)的試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行RET也能取得某種程度的成功，但由于現(xiàn)有溫箱的溫變率偏低，多在5～10℃左右，振動(dòng)臺(tái)只有單軸臺(tái)，試驗(yàn)時(shí)需換向，價(jià)格也貴，無(wú)法滿(mǎn)足RET的要求。因此，一種嶄新的高效價(jià)廉設(shè)備的應(yīng)時(shí)推出配合了RET技術(shù)的發(fā)展，新設(shè)備由高溫變率溫箱和氣動(dòng)式3軸6自由度(6DOF) 振動(dòng)臺(tái)組成，高溫變率用液氮致冷取得，這本非新技術(shù)，但由于過(guò)去人們誤對(duì)液氮成本過(guò)高的擔(dān)心，致使長(zhǎng)期被擱淺，現(xiàn)經(jīng)全面比較，因RET的高效率的時(shí)間和高壓縮而反使成本有所降低，從而得以確認(rèn)使用。

6DOF臺(tái)由氣動(dòng)反復(fù)沖擊機(jī)發(fā)展而成，該機(jī)原用于模擬炮射沖擊環(huán)境，因其有6自由度空間和價(jià)廉的特點(diǎn)，被看中用來(lái)改裝模擬隨機(jī)振動(dòng)，經(jīng)過(guò)不斷的改進(jìn)發(fā)展獲成功，關(guān)鍵技術(shù)主要有二，一是錘頭擊打頻率f=30～50Hz和錘頭擊打力度可隨機(jī)調(diào)制(通過(guò)沖程)，這樣由若干個(gè)錘頭和一個(gè)臺(tái)面構(gòu)成的氣動(dòng)振動(dòng)臺(tái)便可產(chǎn)生一種非高斯型的準(zhǔn)隨機(jī)激勵(lì)。二是累積疲勞系數(shù)

(AFF)分析方法在該類(lèi)激勵(lì)的成功應(yīng)用。根據(jù)G.Henderson引用Lambert,R.G.的研究成果，累積疲勞損傷主要由大于2σ的應(yīng)力峰所造成，而6DOF臺(tái)具有豐富的遠(yuǎn)大于2σ的峰值概率分布，故具有極強(qiáng)的激發(fā)缺陷的能力，根據(jù)對(duì)AFF的計(jì)算結(jié)果，6DOF臺(tái)的效率與單軸振動(dòng)臺(tái)比為2114∶1。