可靠性试验

本书以可靠性试验为主线，系统全面地介绍了产品在研制和生产等各阶段所需用到的可靠性试验技术，对各类可靠性试验的试验目的、试验原理、试验方案与试验条件等进行了阐述，并结合案例对试验实施方法进行了详细说明。本书共7章，对设计阶段的可靠性仿真，研制和批产阶段的环境应力筛选，适用于研制各阶段的可靠性强化，用于产品定型的可靠性鉴定，面向复杂大系统的可靠性综合评价，面向高可靠、长寿命指标的加速试验与快速评价等多种试验方法均进行了系统的介绍。

胡湘洪，博士，工信部电子五所可靠性与环境工程中心主任；国际信息安全控制协会注册信息安全经理，美国质量协会注册质量工程师；领导电子五所可靠性与环境工程中心，承担近十项国家重点型号工程的可靠性技术支撑工作、上百项产品定型可靠性与环境试验评价工作。

第1章 可靠性试验概述 （1）
1.1 可靠性试验目的 （1）
1.2 可靠性试验工作项目 （2）
1.3 可靠性试验分类 （4）
1.3.1 按试验场地分类 （4）
1.3.2 按施加应力的原则分类 （6）
1.3.3 按应用阶段分类 （6）
1.3.4 按试验的目的和性质分类 （6）
1.4 可靠性研制试验 （7）
1.4.1 可靠性研制试验特点 （8）
1.4.2 可靠性研制试验发展 （8）
1.4.3 可靠性研制试验应用对象 （9）
1.4.4 可靠性研制试验应用时机 （9）
1.4.5 可靠性研制试验所用的应力 （9）
1.4.6 可靠性研制试验的工作要点及注意事项 （10）
1.5 可靠性定型试验 （10）
1.5.1 可靠性设计定型试验 （10）
1.5.2 可靠性生产定型试验 （12）
1.6 寿命试验 （14）
1.6.1 试验依据 （14）
1.6.2 适用范围与适用时机 （14）
1.6.3 产品寿命参数 （14）
1.6.4 产品寿命试验分类及方法 （15）
1.6.5 试验室使用寿命试验 （15）
1.6.6 综合验证试验法 （16）
1.7 可靠性试验新技术 （20）
1.7.1 可靠性强化试验 （20）
1.7.2 可靠性加速试验 （22）
参考文献 （26）
第2章 可靠性仿真试验 （27）
2.1 可靠性试验目的 （27）
2.2 可靠性仿真试验理论 （28）
2.2.1 有限元法仿真理论 （29）
2.2.2 故障预计仿真理论 （35）
2.3 可靠性仿真试验工作内容 （37）
2.4 可靠性仿真试验软硬件要求 （38）
2.4.1 CAD模型建模软件要求 （38）
2.4.2 CFD模型建模软件要求 （39）
2.4.3 FEA模型建模软件要求 （39）
2.4.4 故障预计建模软件要求 （39）
2.5 可靠性仿真试验过程及要求 （40）
2.5.1 可靠性仿真产品信息收集 （40）
2.5.2 数字样机建模 （40）
2.5.3 应力仿真分析 （46）
2.5.4 故障预计仿真分析 （48）
2.5.5 可靠性评价 （48）
2.6 可靠性仿真试验应用案例 （51）
2.6.1 仿真试验对象简介 （51）
2.6.2 CFD数字样机建模 （52）
2.6.3 FEA数字样机建模 （53）
2.6.4 模型修正与验证 （55）
2.6.5 应力仿真分析结果 （55）
2.6.6 故障预计仿真分析 （64）
2.6.7 可靠性评价 （66）
2.6.8 试验结论 （66）
参考文献 （66）
第3章 环境应力筛选 （67）
3.1 环境应力筛选概述 （67）
3.1.1 环境应力筛选基本概念 （67）
3.1.2 环境应力筛选基本特性 （68）
3.1.3 环境应力筛选分类 （69）
3.2 环境应力筛选应力及剪裁 （70）
3.2.1 主要筛选应力介绍 （70）
3.2.2 振动应力量值的剪裁 （71）
3.3 常规筛选 （77）
3.3.1 适用标准 （77）
3.3.2 一般要求 （77）
3.3.3 筛选应力条件 （78）
3.3.4 一般实施过程 （81）
3.3.5 应用案例 （85）
3.4 定量筛选 （94）
3.4.1 定量筛选适用标准 （94）
3.4.2 定量筛选参数及实施 （95）
3.4.3 定量筛选典型筛选应力及筛选强度 （97）
3.4.4 环境应力筛选加速效应分析 （102）
3.4.5 小结 （108）
3.5 高加速应力筛选 （108）
3.5.1 传统筛选技术面临的问题 （108）
3.5.2 高加速应力筛选特点 （110）
3.5.3 高加速应力筛选试验设备特征 （111）
3.5.4 高加速应力筛选方案设计 （112）
3.5.5 高加速应力筛选实施注意事项 （117）
3.5.6 高加速应力筛选应用案例 （118）
参考文献 （121）
第4章 可靠性强化试验 （122）
4.1 可靠性强化试验概述 （122）
4.2 可靠性强化试验基本原理 （122）
4.3 可靠性强化试验设备特点 （124）
4.4 可靠性强化试验方案设计 （125）
4.4.1 受试产品要求 （125）
4.4.2 试验应力的选择 （126）
4.4.3 应力极限 （128）
4.4.4 试验剖面设计 （129）
4.5 可靠性强化试验的实施 （131）
4.5.1 试验前准备工作 （133）
4.5.2 试验执行 （134）
4.5.3 试验记录及故障处理 （144）
4.5.4 试验后工作 （146）
4.6 可靠性强化试验应用案例 （147）
4.6.1 受试产品介绍 （147）
4.6.2 试验方案设计 （147）
4.6.3 试验的实施 （148）
4.6.4 试验结果 （151）
4.7 小结 （153）
参考文献 （154）
第5章 可靠性鉴定试验 （155）
5.1 可靠性鉴定试验概述 （155）
5.2 可靠性鉴定试验方案设计 （155）
5.2.1 统计试验方案分类 （155）
5.2.2 统计试验方案原理 （156）
5.2.3 试验方案选取原则 （158）
5.2.4 统计方案参数的确定 （158）
5.3 可靠性鉴定试验剖面设计 （160）
5.3.1 剖面设计基本原则 （161）
5.3.2 剖面设计流程 （161）
5.3.3 确定试验剖面的方法 （162）
5.3.4 利用实测数据设计剖面的要点 （166）
5.3.5 试验剖面案例 （169）
5.4 可靠性鉴定试验实施 （170）
5.4.1 可靠性鉴定试验流程 （170）
5.4.2 试验前准备工作 （170）
5.4.3 试验执行 （173）
5.4.4 试验后工作 （176）
5.4.5 故障分析与处理 （176）
5.4.6 试验数据处理 （178）
5.5 可靠性鉴定试验注意事项 （181）
第6章 可靠性综合评价 （182）
6.1 可靠性综合评价概述 （182）
6.2 多源可靠性数据收集 （184）
6.2.1 信息收集范围 （184）
6.2.2 信息质量要求 （185）
6.2.3 信息收集过程 （185）
6.2.4 信息传递 （185）
6.2.5 信息分析 （186）
6.2.6 信息审核 （186）
6.2.7 信息有效性确认 （186）
6.2.8 获取的多源可靠性数据 （187）
6.3 可靠性综合评价的准备工作 （187）
6.3.1 产品寿命分布函数的确定 （187）
6.3.2 数据充分度的确定 （188）
6.3.3 信息环境因子评价 （188）
6.4 可靠性综合评价方法 （189）
6.4.1 基于内外场结合试验的可靠性综合评价 （189）
6.4.2 基于研制过程信息的可靠性综合评价 （192）
6.5 可靠性综合评价案例 （197）
6.5.1 基于内外场结合试验 （197）
6.5.2 基于研制过程信息 （202）
6.6 小结 （203）
第7章 加速试验与快速评价 （204）
7.1 加速试验概述 （204）
7.2 加速试验目的与分类 （205）
7.2.1 加速试验目的 （205）
7.2.2 加速试验分类 （205）
7.2.3 加速试验技术核心 （205）
7.3 整机加速试验与快速评价整体解决方案 （207）
7.3.1 整机历史数据统计分析方法 （208）
7.3.2 关键件加速试验技术 （218）
7.3.3 板级电路寿命特征检测分析方法 （226）
7.3.4 元器件寿命特征检测分析方法 （228）
7.4 整机加速试验与快速评价应用案例 （230）
7.4.1 整机历史数据统计分析 （231）
7.4.2 关键件加速试验 （233）
7.4.3 板级电路寿命特征检测分析 （237）
7.4.4 元器件寿命特征检测分析 （238）
7.4.5 整机可靠性综合分析 （242）
7.4.6 整机使用寿命结论 （243）
参考文献 （243）

丛 书 序
以可靠性为中心的质量是推动经济社会发展永恒的主题，关系国计民生，关乎发展大局。把质量发展放在国家和经济发展的战略位置全面推进，是国际社会普遍认同的发展规律。加快实施制造强国建设，必须牢牢把握制造业这一立国之本，突出质量这一关键内核，把“质量强国”作为制造业转型升级、实现跨跃发展的战略选择和必由之路。
质量是建设制造强国的生命线。作为未来10年引领制造强国建设的行动指南和未来30年实现制造强国梦想的纲领性文件，《中国制造2025》将“质量为先”列为重要的基本指导方针之一。在制造强国建设的伟大进程中，必须全面夯实产品质量基础，不断提升质量品牌价值和“中国制造”综合竞争力，坚定不移地走以质取胜的发展道路。
高质量是先进技术和优质管理高度集成的结果。提升制造业产品质量，要坚持从源头抓起，在产品设计、定型、制造的全过程中按照先进的质量管理标准和技术要求去实施。可靠性是产品性能随时间的保持能力。作为衡量产品质量的重要指标，可靠性管理也充分体现了现代质量管理的特点。《中国制造2025》提出要加强可靠性设计、试验与验证技术开发应用，使产品的性能稳定性、质量可靠性、环境适应性、使用寿命等指标达到国际同类产品先进水平，就是要将可靠性技术作为核心应用于质量设计、控制和质量管理，在产品全寿命周期各阶段，实施可靠性系统工程。
工业和信息化部电子第五研究所是国内*早从事电子产品质量与可靠性研究的权威机构，在我国的质量可靠性领域开创了许多“**”和“**”：**一个专业从事质量可靠性研究的技术机构；开展了国内**次可靠性培训；研制了国内**套环境试验设备；**个将质量“认证”概念引入中国；建立起国内**个可靠性数据交换网；发布了国内**个可靠性预计标准；研发出**个国际先进、国内领先水平的可靠性、维修性、保障性工程软件和综合保障软件……五所始终站在可靠性技术发展的前沿。随着质量强国战略的实施，可靠性工作在我国得到空前的重视，在新时期的作用日益凸显。五所的科研工作者们深深感到，应系统地梳理可靠性技术的要素、方法和途径，全面呈现该领域的**发展成果，使之广泛应用于工程实践，并在制造强国和质量强国建设中发挥应有作用。鉴于此，五所在建所60周年之际，组织专家学者编写出版了“可靠性技术丛书”。这既是历史的责任，又是现实的需要，具有重要意义。
“可靠性技术丛书”内容翔实，涉及面广，实用性强。它涵盖了可靠性的设计、工艺、管理，以及设计生产中的可靠性试验等各个技术环节，系统地论述了提升或保证产品可靠性的专业知识，可在可靠性基础理论、设计改进、物料优选、生产制造、试验分析等方面为产品设计、开发、生产、试验及质量管理等从业者提供重要的技术参考。
质量发展依赖持续不断的技术创新和管理进步。以高可靠、长寿命为核心的高质量是科技创新、管理能力、劳动者素质等因素的综合集成。在举国上下深入实施制造强国战略之际，希望该丛书的出版能够广泛传播先进的可靠性技术与管理方法，大力推动可靠性技术进步及实践应用，积极推进专业人才队伍建设。帮助广大的科技工作者和工程技术人员，为我国先进制造业发展，落实好《中国制造2025》发展战略，在新中国成立100周年时建成世界一流制造强国贡献力量！

20世纪50年代，随着国际社会对装备可靠性关注度的提高和研究工作的兴起，应东欧社会主义国家要求，履行相关国际责任，1955年我国**个可靠性专业机构——中国电子产品可靠性与环境试验研究所（现名“工业和信息化部电子第五研究所”，又名“中国赛宝实验室”），悄然成立于中国广州，翻开了我国可靠性事业的篇章。历经60年的风风雨雨，伴随着我国军工和工业装备业的成长，一代又一代赛宝人用自己的智慧和热血谱写着祖国的可靠性发展史。
我国自20世纪60年代引进可靠性技术以来，通过近30年的不断努力，于20世纪90年代初步形成了一套可靠性管理和技术体系，国防工业系统主管机关和相关部门陆续发布了一系列可靠性管理法规文件、技术标准和著作，可靠性工程越来越广泛、规范地应用于各个重要领域。特别是可靠性试验技术，在军工装备行业和重大工业装备领域得到了广泛应用。通过可靠性试验，装备可靠性水平显著提升，为我国一代又一代武器装备和工业产品研制与生产提供了有力保障。
1987年，中国电子产品可靠性与环境试验研究所组织编写出版了“电子产品可靠性技术丛书”，其中包括《可靠性试验》一书。1999年，电子工业质量与可靠性培训中心组织编写出版了“可信性丛书”，由中国电子产品可靠性与环境试验研究所专家负责撰写。在电子五所60周年所庆之际，为传播可靠性文化和技术，赛宝人组织编写了“可靠性丛书”，为广大管理工作者和技术工作者贡献自己的智慧、技术和经验。本书是“可靠性丛书”的重要组成部分之一。
可靠性试验既是检验产品可靠性水平的重要手段，也是发现产品可靠性问题的重要手段。我国可靠性技术的发展和应用从可靠性试验开始起步，逐步推广到可靠性设计分析和可靠性系统工程。自20世纪80年代我国民用和军用电子工业应用可靠性试验技术验证和提高产品可靠性水平以来，可靠性试验技术逐步得到大范围的推广和应用，到20世纪90年代形成了一套相应的可靠性试验技术标准，可靠性试验方法逐步得到完善和规范，包括环境应力筛选、可靠性增长试验、可靠性鉴定和验收试验。进入21世纪以来，针对越来越高的可靠性指标要求，经济高效的可靠性试验技术要求越来越突出，一批可靠性试验新技术不断成熟并逐步得到应用，包括可靠性仿真试验、可靠性强化试验、加速试验与快速评价、可靠性综合评价，更好地满足了高可靠、快验证、大系统等更具有针对性的可靠性试验要求。
本书较全面地梳理和总结了电子五所多年来的科研成果和实践经验，是30多年来可靠性试验技术和经验的结晶。本书阐述了产品设计、研制、定型、生产等各阶段所需用到的可靠性试验技术，全面介绍了各项可靠性试验技术的基本方法、实践经验、应用案例和发展趋势，具有较强的系统性、较好的实用性和一定的前瞻性，通过相关案例介绍，有助于读者全面系统地掌握可靠性试验技术，并了解可靠性试验新技术。
全书共分成7章。第1章为可靠性试验概述，主要概述了可靠性试验目的、分类和各项可靠性试验技术，帮助读者初步了解整个可靠性试验技术的概貌。第2章为可靠性仿真试验，阐述了设计阶段所需的基于数字样机的可靠性仿真试验技术，包括理论基础、工作内容、过程及要求、仿真案例等，可为数字样机的设计改进提供指导。第3章为环境应力筛选，阐述了研制阶段和批产阶段可用的环境应力筛选方法，不但包括常规环境应力筛选方法，而且包括定量环境应力筛选方法，还包括近年来发展的高加速环境应力筛选新技术，可为研制阶段高效剔除缺陷和批产验收质量把关提供参考。第4章为可靠性强化试验，阐述了国际流行的可靠性强化试验的基本原理、设备特点、方案设计、实施方法及相关案例，可为现代高可靠要求产品缺陷快速激发、提升产品耐环境能力、提高产品设计和工艺成熟度提供指导。第5章为可靠性鉴定试验，主要用于设计定型或生产定型产品可靠性指标要求的验证，阐述了统计试验方案的选取、试验剖面的设计、试验的实施方法及相关注意事项，可为开展产品可靠性指标验证提供指导。第6章为可靠性综合评价，阐述了综合评价的基本思路、数据收集方法、准备工作，提供了基于内外场结合试验和基于研制过程信息的两类可靠性综合评价方法，给出了相关应用案例，可为复杂大系统的可靠性指标回答提供参考。第7章为加速试验与快速评价，主要面向高可靠、长寿命指标要求产品考核的需要，充分利用加速试验理论和技术方法，提出了整机加速试验与快速评价的整体解决方案，给出了相关应用案例，可为长寿命指标的评价提供指导，也可为可靠性指标的快速验证提供参考。
本书不但可供可靠性专业人员学习，还可为从事产品研发设计、生产制造、质量检测等相关工作的广大管理人员和工程技术人员提供指导和参考。我们相信，本书的出版对大家学习和应用可靠性试验技术会有一定帮助作用，也将促进我国军民行业可靠性技术进步和产品可靠性水平的提升。

工业和信息化部电子第五研究所
可靠性与环境工程研究中心
2015年6月