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电子设备加速退化试验方案设计与寿命评估

        

        一、要求

         随着科学技术的发展,产品的可靠性水平不断提升,高可靠、长寿命成为当前产品的主要特点。为及时掌握产品的可靠性水平、缩短研发周期、降低研制成本,企业需要采用加速寿命试验、加速退化试验手段快速暴露产品故障问题,以及评估产品可靠性水平,实现产品可靠性增长。如何进行产品的加速寿命、加速退化试验方案的设计,如何进行试验数据的处理以及可靠性评估、寿命评估,是企业开展可靠性试验工作中常常需要解决的问题。

        某电子设备是由某企业负责研发。现用户方要求该企业在6个月时间内,完成对该电子设备的可靠性试验与评估。该产品的可靠性要求是:需要评估该产品在工作温度80°下,能够满足15年(MTBF大约为130000h)的使用要求(置信度要求0.9)。 根据使用要求以及FMEA分析,确定该电子设备的故障判据是:与初始值相比,其输出功率下降值大于0.5(dB)则判定为故障。

        二、试验方案设计

        通过分析,确定该电子设备的主要敏感应力为温度,且在低温情况下,功率下降值比较缓慢,若使用低温开展试验需要耗费很长的试验时间,很难在6个月内完成试验工作。因此,该企业采用PosVim的加速退化试验方案设计功能,进行试验方案的设计。

        (1)首先,根据产品类型,选择敏感应力(温度),如图1所示。

        (2)利用PosVIM内部的数据库,自动根据产品特点推荐使用阿仑尼乌斯模型作为加速模型,如图2所示。

        (3)考虑该电子设备的使用温度为80°,且最高温度为250°,选择三级应力策略设计应力进行加速退化试验。如图3所示。考虑操作性,选择恒定应力以及定时截尾方式试验。

        (4)该电子设备的可靠性要求是MTBF为130000h,且置信度为0.9。根据前面分析已知,试验应力采用三级应力设计,加速模型是阿仑尼乌斯,激活能根据该单位以往产品的统计数据,取0.6。利用PosVim软件的试验时间计算功能,计算得到三个温度应力下的试验截止时间推荐值。如图4所示。 加速寿命、加速退化试验设计

加速寿命、加速退化试验设计

加速寿命、加速退化试验设计

加速寿命、加速退化试验设计

        (5)通过软件计算,得到各应力下的试验时间推荐值分别是:150°温度应力下试验截止时间是3017.1小时,195°温度应力下试验截止时间是1448.67小时,237°温度应力下试验截止时间是820.92小时,如图5所示。但是,为了保证试验留出充足的试验余量,根据前面计算得到的试验时间推荐值,适当增加试验时间。因此,将试验时间调整为如表1所示。

        (6)试验样本为总数为34个,利用PosVim的优化功能,进行各应力下的试验样本优化分配。结果如图5所示。 加速寿命、加速退化试验设计

         三、试验数据处理与寿命评估

        根据前面的试验方案实施试验后,得到各样本的退化数据。将试验数据以EXCEL格式导入到PosVim中。

        使用PosVim的退化曲线分析、伪寿命计算、异常值检验、分布检验、分布拟合、加速参数加速、寿命计算等功能,进行全面、系统性的试验数据处理与寿命评估。

        (1)输入加速退化试验数据后,可以根据退化曲线分析得出该产品的退化曲线符合指数模型,如下图6所示。

        (2)利用异常值检验功能,分析是否存在早期失效、异常值。通过分析,m参数基本相同,表明3个级别的加速应力试验的机理未发生改变,满足加速退化试验要求。另外,通过分析,可以获知一些试验过程得到的数据存在异常风险,可以选择剔除异常值。如下图7所示。

        (3)利用伪寿命计算、分布检验功能,可检验产品的寿命服从的分布类型。通过检验,得知该产品服从对数正态分布。如图8所示。

        (4)根据试验数据,利用加速退化系数计算功能,计算得到的加速参数结果如图9所示。从结果可知,温度应力的激活能计算结果为0.61,与前面假设的0.6基本符合。也再次验证了前面进行试验方案设计时的方案设计合理性、有效性。如图9所示。

        (5)最后,使用寿命计算功能,计算得到该产品的MTBF值为672415h。大于要求的130000h,满足使用要求。如图10所示。 加速寿命、加速退化试验设计

加速寿命、加速退化试验设计

加速寿命、加速退化试验设计

加速寿命、加速退化试验设计

加速寿命、加速退化试验设计

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