關(guān)于GJB 899A-2009中地面固定設(shè)備可靠性試驗(yàn)剖面的探討

譚金，李勝紅，羅江濤，何曉妍，張銳

（1.中國電子科技集團(tuán)公司第三十研究所，成都 610041； 2.中央軍委裝備發(fā)展部軍事代表局駐成都地區(qū)第一軍事代表室，成都 610041；3.成都三零嘉微電子有限公司，成都 610095）

引言

可靠性是武器裝備的通用質(zhì)量特性之一，武器裝備的可靠性是發(fā)揮作戰(zhàn)效能的關(guān)鍵[1]?？煽啃栽囼?yàn)是為了評估產(chǎn)品在規(guī)定壽命期間內(nèi)，在預(yù)期的使用、運(yùn)輸或存儲等環(huán)境下完成規(guī)定功能的能力而進(jìn)行的活動。試驗(yàn)剖面的確定是進(jìn)行可靠性試驗(yàn)的基礎(chǔ)，試驗(yàn)剖面的合理性決定了可靠性試驗(yàn)的有效性。GJB 899A-2009《可靠性鑒定和驗(yàn)收試驗(yàn)》作為一部詳細(xì)闡述可靠性試驗(yàn)剖面確定方法的軍用標(biāo)準(zhǔn)，為軍用設(shè)備提供了統(tǒng)一的、具有再現(xiàn)性的通用試驗(yàn)剖面確定方法[2]。

GJB 899A-2009規(guī)定的確定應(yīng)力的優(yōu)先次序如下[3]：實(shí)測應(yīng)力第一優(yōu)先級,估計應(yīng)力第二優(yōu)先級,參考應(yīng)力最末。王學(xué)孔[4]等利用實(shí)測數(shù)據(jù)制定可靠性試驗(yàn)剖面方法中，通過實(shí)測數(shù)據(jù)獲得產(chǎn)品實(shí)際的環(huán)境應(yīng)力剖面，然后將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行工程化處理得到試驗(yàn)剖面，再使用得到試驗(yàn)剖面進(jìn)行可靠性試驗(yàn)，可以更加真實(shí)地模擬產(chǎn)品實(shí)際的使用環(huán)境狀態(tài)。但在實(shí)際執(zhí)行過程中，存在獲得實(shí)測數(shù)據(jù)有較大困難，獲得的實(shí)測數(shù)據(jù)有效性和典型性難以評估，實(shí)測數(shù)據(jù)處理與分析難度大、成本高、時間周期長，論證單位或研制單位往往不具備實(shí)測數(shù)據(jù)的條件等問題，導(dǎo)致無法獲得實(shí)測應(yīng)力。對于新研產(chǎn)品往往無相似產(chǎn)品，或者相似產(chǎn)品也無實(shí)測應(yīng)力，故估計應(yīng)力亦無法獲得。在研制總要求或研制合同中一般只給出定量指標(biāo)MTBF值，未給出任務(wù)剖面或環(huán)境剖面，故在制定可靠性試驗(yàn)剖面時就只能使用參考應(yīng)力。然而，在實(shí)際引用GJB 899A-2009地面固定設(shè)備規(guī)定的參考應(yīng)力時發(fā)現(xiàn)：其振動應(yīng)力、溫度應(yīng)力和濕度應(yīng)力規(guī)定不夠詳細(xì)具體，具有一定局限性，本文針對上述情況進(jìn)行探討。

1 地面固定設(shè)備試驗(yàn)應(yīng)力局限性分析

可靠性試驗(yàn)應(yīng)在振動應(yīng)力、溫度應(yīng)力、濕度應(yīng)力、電應(yīng)力和其它有關(guān)試驗(yàn)應(yīng)力綜合條件下進(jìn)行，根據(jù)產(chǎn)品的任務(wù)剖面和環(huán)境剖面確定可靠性試驗(yàn)應(yīng)力的量值。

GJB 899A-2009中地面固定設(shè)備試驗(yàn)剖面規(guī)定了振動應(yīng)力、溫度應(yīng)力、濕度應(yīng)力和電應(yīng)力，其地面固定設(shè)備的合成試驗(yàn)剖面如圖1所示。本文分別從振動應(yīng)力、溫度應(yīng)力和濕度應(yīng)力方面對GJB 899A-2009中地面固定設(shè)備試驗(yàn)應(yīng)力的局限性進(jìn)行分析。

圖1 GJB 899A中地面固定設(shè)備的合成試驗(yàn)剖面

1.1 振動應(yīng)力

GJB 899A-2009[3]規(guī)定“對設(shè)備不采取特別的包裝，其綜合環(huán)境條件和要求可按GJB 150.16中有關(guān)章節(jié)進(jìn)行。若運(yùn)輸?shù)木嚯x短，路面良好，則可以從（20～60）Hz的頻帶內(nèi)任選一個非共振頻率進(jìn)行正弦耐振振動試驗(yàn)。”

采用正弦振動模擬運(yùn)輸環(huán)境不真實(shí)，運(yùn)輸振動環(huán)境應(yīng)是寬帶隨機(jī)振動，且GJB 150.16-86已被GJB 150.16A-2009代替。

1.2 溫度應(yīng)力

GJB 899A-2009[3]規(guī)定冷浸溫度為-54 ℃，熱浸溫度為85 ℃，有空調(diào)室內(nèi)工作環(huán)境溫度取為20 ℃，無空調(diào)室內(nèi)工作環(huán)境溫度取為40 ℃，無空調(diào)熱帶室內(nèi)50 %試驗(yàn)時間的工作環(huán)境溫度為60 ℃，25 %試驗(yàn)時間為40 ℃，其余25 %試驗(yàn)時間內(nèi)為20 ℃。

冷浸是用于考核產(chǎn)品的抗寒性，熱浸是用于考核產(chǎn)品的耐熱性，絕大數(shù)產(chǎn)品的室內(nèi)環(huán)境溫度沒有如此嚴(yán)酷，直接引用GJB 899A-2009中冷浸溫度值和熱浸溫度值有局限性，會對產(chǎn)品產(chǎn)生過試驗(yàn)，不利于考核產(chǎn)品真實(shí)的可靠性值，且GJB 899A-2009中未規(guī)定冷浸和熱浸的持續(xù)時間，可操作性不強(qiáng)。

產(chǎn)品在預(yù)期壽命期內(nèi)往往會經(jīng)歷低溫工作環(huán)境和高溫工作環(huán)境，試驗(yàn)剖面中未考核到產(chǎn)品在低溫工作和高溫工作的情況，且GJB 899A-2009中未規(guī)定溫度變化速率，可操作性不強(qiáng)。

1.3 濕度應(yīng)力

GJB 899A-2009[3]規(guī)定“合同中若無規(guī)定，則不必進(jìn)行濕度試驗(yàn)”，但產(chǎn)品在預(yù)期壽命期內(nèi)往往會經(jīng)歷高濕環(huán)境，缺少濕度應(yīng)力導(dǎo)致試驗(yàn)剖面不夠全面。

2 地面固定設(shè)備試驗(yàn)剖面的改進(jìn)方案

2.1 試驗(yàn)應(yīng)力確定原則

可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力[5]。環(huán)境適應(yīng)性是指裝備（產(chǎn)品）在其壽命期預(yù)計可能遇到的各種環(huán)境試驗(yàn)的作用下能實(shí)現(xiàn)其所有預(yù)定功能和性能不被破壞的能力，是裝備的重要的質(zhì)量特性之一[6]，即指產(chǎn)品適應(yīng)其運(yùn)輸、存儲及使用環(huán)境的能力。環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)考核產(chǎn)品耐受極限應(yīng)力的能力，可靠性試驗(yàn)考核產(chǎn)品在預(yù)期壽命期內(nèi)所應(yīng)承受的環(huán)境應(yīng)力，故可靠性試驗(yàn)應(yīng)力不應(yīng)高于環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)應(yīng)力。

為了使研制和生產(chǎn)的產(chǎn)品具備耐受極限應(yīng)力的能力，在產(chǎn)品的立項(xiàng)論證階段就應(yīng)明確這種能力并作為戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)納入研制總要求和研制合同中，故研制總要求、研制合同或試驗(yàn)總案等技術(shù)文件中明確規(guī)定環(huán)境適應(yīng)性的指標(biāo)要求，其規(guī)定的工作溫度為產(chǎn)品的極限工作溫度，其規(guī)定的存儲溫度為產(chǎn)品的極限存儲溫度，故可靠性的工作溫度不應(yīng)超過環(huán)境適應(yīng)性的工作溫度，可靠性的冷浸溫度和熱浸溫度不應(yīng)超過環(huán)境適應(yīng)性的存儲溫度。

2.2 試驗(yàn)剖面的改進(jìn)

2.2.1 振動應(yīng)力

地面固定設(shè)備在壽命環(huán)境期內(nèi)需從制造工廠運(yùn)輸?shù)絺}庫或用戶安裝場地，故在可靠性試驗(yàn)前，應(yīng)先完成運(yùn)輸振動試驗(yàn)。產(chǎn)品通常使用貨車/卡車進(jìn)行運(yùn)輸，振動環(huán)境按照GJB 150.16A-2009[7]中高速公路卡車振動環(huán)境進(jìn)行試驗(yàn)，振動暴露持續(xù)時間每1 600 km的公路運(yùn)輸為60 min（每個軸向），每個軸向振動時間按照運(yùn)輸距離進(jìn)行計算。若產(chǎn)品使用包裝箱包裝完好后進(jìn)行運(yùn)輸，則振動試驗(yàn)過程中應(yīng)帶包裝且不加電。

2.2.2 溫度應(yīng)力

1）冷浸溫度和熱浸溫度

地面固定設(shè)備試驗(yàn)剖面的冷浸溫度采用環(huán)境適應(yīng)性指標(biāo)中低溫存儲溫度，其熱浸溫度采用環(huán)境適應(yīng)性指標(biāo)中高溫存儲溫度。

2）冷浸和熱浸的持續(xù)時間

冷浸和熱浸的持續(xù)時間至少應(yīng)將產(chǎn)品冷透或熱透，其持續(xù)時間應(yīng)不低于產(chǎn)品的溫度穩(wěn)定時間，可以采用實(shí)測法或重量法來確定產(chǎn)品的溫度穩(wěn)定時間。

①實(shí)測法

實(shí)測法是指在產(chǎn)品上安裝溫度傳感器來實(shí)際測量溫度穩(wěn)定時間。將產(chǎn)品正確安裝在溫度試驗(yàn)箱內(nèi)，并將溫度傳感器緊貼在產(chǎn)品具有最大溫度滯后效應(yīng)的功能部件上，將溫度試驗(yàn)箱調(diào)至T溫度，當(dāng)溫度試驗(yàn)箱達(dá)到T溫度開始計時，測量到溫度傳感器達(dá)到T溫度所需的時間即為該產(chǎn)品的溫度穩(wěn)定時間。實(shí)測法適用于具備實(shí)測環(huán)境條件的情況。

②重量法

依據(jù)GJB 1621.7A-2006[8]中規(guī)定，按照產(chǎn)品重量分為4個等級，分別規(guī)定了對應(yīng)的溫度穩(wěn)定時間，詳見表1。若產(chǎn)品是由幾個分機(jī)組成，應(yīng)以最重分機(jī)重量決定溫度穩(wěn)定時間。重量法適用于不具備實(shí)測環(huán)境條件的情況。

表1 產(chǎn)品的溫度穩(wěn)定時間

3）工作溫度

當(dāng)產(chǎn)品安裝在有空調(diào)室內(nèi)或無空調(diào)室內(nèi)時，其試驗(yàn)剖面中工作環(huán)境溫度均為恒溫，應(yīng)在試驗(yàn)剖面中加入低溫工作和高溫工作情況，全面考核產(chǎn)品的可靠性。在冷浸結(jié)束后，將溫度調(diào)節(jié)到低溫工作溫度，在進(jìn)行熱浸之前，將溫度調(diào)節(jié)至高溫工作溫度，低溫工作和高溫工作的溫度分別采用環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)指標(biāo)中低溫工作溫度和高溫工作溫度，低溫工作和高溫工作的持續(xù)時間至少為溫度穩(wěn)定時間+2 h，試驗(yàn)剖面如圖2所示。

圖2 改進(jìn)后的地面固定設(shè)備試驗(yàn)剖面圖

當(dāng)產(chǎn)品安裝在無空調(diào)熱帶室內(nèi)時，若環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)指標(biāo)中高溫工作溫度高于60 ℃，試驗(yàn)剖面應(yīng)設(shè)計指標(biāo)溫度點(diǎn)高溫工作情況，其持續(xù)時間至少為溫度穩(wěn)定時間+2 h；若環(huán)境適應(yīng)性指標(biāo)中高溫工作低于60 ℃，試驗(yàn)剖面的高溫工作溫度采用環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)指標(biāo)中高溫工作溫度；地面固定設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性指標(biāo)中低溫工作溫度均低于20 ℃，試驗(yàn)剖面應(yīng)設(shè)計指標(biāo)溫度點(diǎn)的低溫工作情況，其持續(xù)時間至少為溫度穩(wěn)定時間+2 h。

4）溫度變化速率

產(chǎn)品應(yīng)用場所為室內(nèi)固定環(huán)境中，其壽命周期環(huán)境內(nèi)共經(jīng)歷春夏秋冬四個季節(jié)環(huán)境，其溫度變化速率不宜過高，GJB 150.3A-2009[9]中規(guī)定“溫度變化速率應(yīng)不超過3 ℃/min，以免造成溫度沖擊”，建議地面固定設(shè)備的溫度變化速率不超過3 ℃/min。

2.2.3 濕度應(yīng)力

為模擬產(chǎn)品在高濕環(huán)境的情況，在熱浸階段注入濕氣，相對濕度為（75～95）%，可靠性試驗(yàn)的濕度應(yīng)力不應(yīng)超過環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)的濕度應(yīng)力，其余階段不注入濕度，試驗(yàn)箱不應(yīng)烘干。

2.2.4 電應(yīng)力

產(chǎn)品通電工作時間應(yīng)不低于試驗(yàn)時間的90 %，隨機(jī)選取不超過10 %的試驗(yàn)時間斷電。標(biāo)稱電壓占通電時間的50 %，上限電壓和下限電壓各占通電時間的25 %。若無其他規(guī)定，則輸入電壓的變化范圍應(yīng)為標(biāo)稱電壓的±10 %，應(yīng)按設(shè)備使用情況確定工作持續(xù)時間[10]。在低溫工作、恒溫工作和高溫工作階段均應(yīng)對產(chǎn)品功能性能進(jìn)行加電檢測，冷浸和熱浸期間產(chǎn)品應(yīng)斷電。

綜合振動應(yīng)力、溫度應(yīng)力、濕度應(yīng)力和電應(yīng)力情況，改進(jìn)后的地面固定設(shè)備試驗(yàn)剖面圖如圖2所示，圖2中字母指標(biāo)說明如表2所示。

表2 關(guān)于圖2中字母指標(biāo)說明

3 結(jié)語

通過對GJB 899A-2009中地面固定設(shè)備的振動應(yīng)力、溫度應(yīng)力和濕度應(yīng)力的局限性進(jìn)行分析，根據(jù)引用其它相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、工程經(jīng)驗(yàn)和分析產(chǎn)品使用環(huán)境特點(diǎn)提出地面固定設(shè)備試驗(yàn)剖面的改進(jìn)方案，并給出改進(jìn)后地面固定設(shè)備試驗(yàn)剖面圖，使其更具有可操作性和更符合實(shí)際環(huán)境情況，對制定地面固定設(shè)備的試驗(yàn)剖面具有一定借鑒意義。