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试验:暴露缺陷 不断完善

2009-11-02 09:32:46 中国质量新闻网

    不只在军工产品中才需要可靠性试验的千雕万琢,可靠性试验应该成为所有产品的门神

    

    1.可靠性试验的必要性

    美军“阿帕奇”武装直升机自1985年研制至今,已经发生2000余起事故,坠落的飞机高达50余架。作为美军的王牌武器之一,故障率为何如此之高?军事专家告诉记者,这是因为阿帕奇在研制过程中,可靠性试验环节中存在一定缺憾。

    不仅是美国,我国军队也出现过这样的事情。我国某新型装备的主计算机控制系统,虽然技术性能优越,但交付使用后常出现死机的情况。究其原因是该型计算机系统承受不了过大的温、湿度变化,最后不得不退回设计部门加以改进。由此可看出,该型计算机系统在可靠性试验环节中忽视了与温度、湿度有关的一系列环境测试。

    相比较而言,高举中国民族品牌旗帜的海尔电器,仅洗衣机一项在出厂前就必须经过200余关的可靠性试验,如高低温环境测试、自由落体、淋雨试验等等。这些试验提升了海尔产品的可靠性。

    当然与普通家用电器相比,军用装备在可靠性方面的研究要复杂得多,任何试验中出现的问题都有可能导致严重后果,这也是导致其可靠性试验不如电子、电器、机械等产品易实施的原因。

    但这也使人从一个侧面了解到,完善周详的多项可靠性试验不仅是验证可靠性设计与制造的重要手段,更是确保产品高可靠性不可或缺的途径。作为保证产品高质量的把关环节,可靠性试验的重要性不言而喻。

    

    2.试验之共性

    可靠性试验是对产品进行可靠性调查、分析和评价的一种手段,试验结果为故障分析、研究采取的纠正措施以及判断产品是否达到指标要求提供依据;也是为了验证产品在制造完成后从存放、运输到使用过程中,由于各种使用环境或使用状态的变化后可能出现的故障的试验。这些试验通常能反映出被检验产品抵抗这些变化的可靠性程度。

    目前我国已经开展的可靠性试验涉及多个行业,如电子、电器、机械、航空航天、电力等等。尽管不同的行业之间千差万别,但从中还是可以找出它们在可靠性试验方面的共通之处与规律。

    可靠性试验的普遍目的包括,发现产品的设计、元器件、零部件、原材料和工艺等方面的各种缺陷,为改善产品的完好性、提高任务成功性、减少维修人力费用和保障费用提供信息,以及确认是否符合可靠性定量要求等。不同行业的研究人员在通过试验测定和验证产品的可靠性,研究在有限的样本、时间和使用费用下,找出并研究导致产品质量薄弱环节的内因和外因。而找出一定的规律后,就会提出改进措施以提高产品的可靠性。

    

    3.常见的试验方法

    在实验室进行的可靠性试验通常都是一系列模拟试验,在产品研制、开发、生产、使用的各个阶段中进行。可靠性试验通常惯用的分类法可以归纳为五大类:环境试验、寿命试验、筛选试验、现场使用试验与鉴定试验。

    环境试验是考核产品在各种环境(振动、冲击、离心、温度、热冲击、潮热、盐雾、低气压等)条件下的适应能力,是评价产品可靠性的重要试验方法之一。所有的可靠性试验都离不了环境试验,目前环境试验也被认为是确认与改善工业产品质量的主要方法。

    寿命试验是研究产品寿命特征的方法,这种方法可在实验室模拟各种使用条件来进行,它是将产品放在特定的试验条件下考察其失效(损坏)随时间变化规律。

    筛选试验是一种对产品进行全数检验的非破坏性试验。其目的是为选择具有一定特性的产品或剔除早期失效的产品,以提高产品的使用可靠性。

    现场使用试验则是在使用现场进行,所以最能真实地反映产品的可靠性问题,所获得的数据对于产品的可靠性预测、设计和保证有很高价值。对制定可靠性试验计划、验证可靠性试验方法和评价试验精确性,现场使用试验的作用很大。

    而鉴定试验是对产品的可靠性水平进行评价时所做的试验。它是根据抽样理论制定出来的抽样方案。在保证生产者不致使符合质量标准的产品被拒收的条件下进行鉴定试验。

    但试验方法并不是一成不变,各种不同产品的生产商根据自己的产品特色设置了不同的试验方法的组合。以电子行业为例,为了达到不同的检验目的,针对不同的电子产品可以选择不同的可靠性试验方法。如以环境条件来划分,可分为包括各种应力条件下的模拟试验和现场试验;以试验项目划分,可分为环境试验、寿命试验、加速试验和各种特殊试验;若按试验目的来划分,则可分为筛选试验、鉴定试验和验收试验;若按试验性质来划分,也可分为破坏性试验和非破坏性试验两大类。

    通过这些可靠性试验,可以获得这一系列与产品性能有关的各种信息,从而为改进产品设计和生产工艺,加强质量管理、过程控制以及评价产品的水平提供重要的参考。

    

    4.追求高可靠性的企业们

    可靠性试验是新产品开发设计和老产品质量改进的基础,其重要性已在我国不少大中型企业的管理理念中扎根。由于拥有资金方面的优势,不少企业除了与本行业的大型可靠性实验室有着密切的合作关系,还在企业内部建立了单独的可靠性实验室并开展了大量的工作。

    多年来以生产高质量的油烟机、燃气灶等产品闻名全国的方太,由于其生产的油烟机等产品往往在较为恶劣与复杂的环境中使用,导致了这些产品电气元件故障率较高,所以元件的可靠性试验就显得尤为重要。

    为此,方太集团不仅聘请了电气可靠性专家编制《产品研发各阶段可靠性试验规范》,同时还建立了国家级的燃气、电气实验室。新投入使用的杭州湾实验室是一所国际一流的实验室,新增面积6000平方米、新增一期设备投资2000多万元。拥有大量先进测试设备,如燃气大流量计、恒温水箱、燃气色谱分析仪、模拟用户真实使用环境的带有公用烟道的模拟厨房等等。

    康佳集团在产品开发过程中,借助工程试验的方法,将可靠性试验分为可靠性增长试验、可靠性鉴定试验和可靠性周期试验。

    其中可靠性增长试验的目的是为了防止可靠性低于预期的可靠性指标,尤其是对于新技术、新材料、新工艺和降成本设计更是如此,采用一系列的试验来暴露产品在设计、材料和工艺方面的薄弱环节,并通过FMEA分析、改进和再试验来不断提高产品的可靠性水平。

    例如,对自制电源模块的可靠性增长试验,康佳采用了85~-35℃、电源输出为0%(开路)~125%标准功率负载、电源输入电压变化为范围90~260V等各种加速因子,并不断地施加,在策略上每次试验至少要失效一次,然后分析失效机理,设计更改后再一次试验,以暴露其他的薄弱环节,通过三次以上的可靠性增长试验后,产品自然就完善起来。

    作为大型客车生产商,苏州金龙也在可靠性试验上下足功夫。2009年7月31日中午,随着一声巨大的响声,苏州金龙海格客车在重庆国家客车质量监督检验中心成功进行了11米大客车侧翻试验。尽管被吊车从11米的高空中垂直抛下,但客车经受住了考验,结果也证实了车辆具有足够的强度和刚度确保模拟事故中乘客们的安全。

    多年来,金龙公司为验证关键零部件和整车设计的可靠性指标,对可靠性试验一直相当重视。除了建立产品实验室,还制定了可靠性试验规划,在开发新产品和大批量订单生产时,都对样车按照国家可靠性试验标准和欧盟技术法规进行严格的可靠性试验。在可靠性结果出炉后,对试验结果进行评定,试验报告中要详细写进所产生的问题及改进措施。2008年,金龙公司各种零部件可靠性试验达到近千次,整车可靠性试验达到30万公里以上。

    

    5.价格不菲的试验

    由于受企业资金与多种因素的影响,能够建立单独可靠性实验室的企业仍然属于少数。更多的企业则选择与大型的行业实验室合作,依托其雄厚的科研实力对自身产品开展可靠性方面的各项试验。

    目前,我国大多数重要的基础行业都已经建成了不少水平颇高、规模较大的实验室。

    成立于1955年的中国赛宝实验室(工业和信息化部电子第五研究所)是中国最早从事电子可靠性研究的权威机构,早在1959年就研制出潮热箱、盐雾箱、暴露试验记录仪等中国第一套环境试验设备和测试仪器。目前,赛宝拥有国内第一个投资最大的软件可靠性评测和分析实验室与第一个40m3综合环境试验箱。可以说,电子行业的可靠性试验是中国开展最早与最完善的可靠性试验领域之一。

    作为中国著名军事院校之一的国防科技大学在2000年便成立了可靠性试验研究与评估中心,对各种为适应信息化战争的武器装备开展可靠性试验。目前该中心已具备实施振动、湿热、盐雾、辐射等装备环境与可靠性试验方面的近20项能力,成为全国极少数几家同时具有国家和军队认可资质的实验室之一。

    近年来国防科技大学可靠性试验研究与评估中心依靠完善的试验条件和雄厚的技术实力,在完成大量军用武器装备试验任务的同时,还先后为新型飞机刹车片、新型电力机车核心部件、新型通信设备等民用仪器设备进行了可靠性试验,为发展我国自主知识产权的核心关键技术提供了有力的可靠性技术保障。

    高校中最著名的可靠性实验中心,则当属北京航空航天大学可靠性工程研究所,去年万众瞩目的“神舟七号”就包含着该研究所航空可靠性综合重点实验室科研人员的心血。航空可靠性综合重点实验室对“神舟七号”飞船的十二项最关键的新研电子设备进行了一系列的综合环境应力鉴定和验收试验。为了克服这一困难,实验室根据自己在航空方面的经验,提出了进行温度、湿度和振动综合应力的可靠性摸底试验方法,对飞船的关键电子设备进行了摸底试验,取得了明显的效果。

    航空可靠性综合重点实验室在为航空航天等高科技领域的可靠性试验开展服务的同时,还将研究成果推广应用到通讯、汽车、计算机、电子等民用行业,成为国内可靠性试验领域内技术最先进的实验室之一。

    该校可靠性工程研究所副主任章文晋颇有感触地说:“在北航做可靠性试验的企业,往往一条数据就需要几十块钱,而一般一次试验要成千上万条数据。航空航天或者是国防的试验是不计成本的,试验量是非常大的,但是民用产品无法承受这么巨额的资金投入。”

    中国质量协会可靠性工作推进委员会副主任马林也表示:“加大对企业可靠性方面的投入是我国企业必须正视的问题。但大量投入可靠性研发资金,对许多中小企业而言无疑是个大难题。”

    可靠性试验所需要花费的成本是巨大的,所要求达到的高额资金门槛使得许多中小企业对可靠性试验环节有意忽视和回避。随着这一矛盾的日益凸显,势必会成为提升我国产品整体质量的瓶颈。

    针对这种情况,马林建议:“其实,我国可以借鉴美国与日本的经验,建立公共实验室为中小企业提供平台,实现公共资源的共享。政府也应加大对企业在可靠性方面的投入,加强对可靠性指标的政府监管。”

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