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GB∕Z 31477-2015 航空电子过程管理 航空电子产品高加速试验定义和应用指南PDF文本

ICS49.020V04中华人民共和国国家标准化指导性技术文件GB/Z31477-2015/IEC/TS62500:2008航空电子过程管理航空电子产品高加速试验定义和应用指南Procesangefor ionDeng prformin highlyaccelerated tests in aerospace systems-application guide(IEC/TS62500:2008,IDT)2015-05-15发布2016-01-01实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会发布躅素村网Z.ZS心
GB/Z31477一2015/IEC/TS62500:2008目次前言Ⅲ引言…W1范围…2术语、定义和缩略语……………13高加速试验的目标和一般原则………34高加速试验应用的相关工业技术领域……………65实施高加速试验的产品寿命阶段和层次6高加速试验的计划与管理77高加速试验的通用方法……8经验积累与应用……149顾客与供应商之间的关系…1510经济性分析…17附录A(资料性附录)应力裕度的统计特性一示例：通讯电路板或者板级组件…………20附录B(资料性酹录)高加速试验与司靠性试验的化较…心心………21附录C(资料性附录)根据产品的敏感点确定应力或载荷对产品的潜在作用…22附录D(资料性附录)高加速试验流程…23参考文献……………………0…25图1利用高加速试验寻找产品应力裕度的原理……5图2推迟上市时间产生的经济损失……18图A1试验应力极限选择示例…20图D.1试验实施概要流程图…23图D.2试验实施详细流程图表B1高加速试验与可靠性试验特点比较21表C.1根据产品的敏感点确定应力或载荷对产品的潜在作用……22I筑素村网Z.ZC
GB/Z31477-2015/IEC/TS62500:2008前言本指导性技术文件按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。本指导性技术文件使用翻译法等同采用IEC/TS62500:2008《航空电子过程管理航空电子产品高加速试验定义和应用指南》。本指导性技术文件由全国航空电子过程管理标准化技术委员会(SAC/T℃427)提出并归。本指导性技术文件起草单位：中航工业综合技术研究所、中航工业西安航空计算技术研究所。本指导性技术文件主要起草人：李永红、孙瑞锋、孟玥然、罗学刚、常海娟、赵威力、安海军。J.NE理筑素村网Z.ZC
GB/Z31477-2015/EC/TS62500:2008引言高加速试验方法是针对传统的研发方法存在的缺陷提出的。这种新的试验方法的基本思想是：摒弃传统基于规范符合性的试验方法，采用远高于规范的环境应力或激励水平将新设计的产品推到其技术能力极限。高加速试验的目的是从原型产品设计开始就充分利用现有技术的优势，消除可能导致产品故障的潜在缺陷。在产品研制阶段的早期，对样机进行有效的高加速试验可以在较短时间内大幅提升产品的健壮性，进而促使产品尽快成熟。通过高加速试验，还可以找出成熟产品的应力裕度，有助于准确设计环境应力筛选剖面。适当加严所施加的环境应力，能够显著提高环境应力筛选的效率。莲素村网Z..ET
GB/Z31477-2015/IEC/TS62500:2008航空电子过程管理航空电子产品高加速试验定义和应用指南1范围本指导性技术文件规定了高加速试验的对象、基本原理、适用范围和实施程序，其目的是便于产品的项目主管、设计人员、试验主管和RAMS专家制定高加速试验方案并组织试验实施工作。本指导性技术文件适用于所有产品项目，为负责产品设计开发和生产的供应商以及要求供应商在合同条款中开展高加速试验的顾客提供技术支持。注：本指导性技术文件适用于组成系统的所有设备类型（电子、机电、机械、电动液压、电动气压等）和所有的产品层次（从组件，如PCB、机械组件、连接器等，到设备或系统级产品）。2术语、定义和缩略语2.1术语和定义下列术语和定义适用于本文件。2.1.1步进应ヵr感筑逐步提升的施加在产品上的应力水平。2.1.2硬故障hard failure返回到低应力水平下不会消失，只能通过修理才能消除的故障。2.1.3软故障soft failure在某应力水平下出现，返回到低于该水平的应力量值时会消失的故障。2.1.4外在缺陷extrinsic defect产品在设计和生产过程中造成的缺陷或者薄弱环节，如果能经济地消除该类型缺陷将有效提升产品的工作裕度和（或）破坏裕度。注：这种缺陷往往是由于设计或工艺未按最优标准执行所致，而与技术能力的限制无关。2.1.5固有缺陷intrinsic defect与产品的设计、材料、工艺、组装或包装相关的缺陷，这种缺陷可在产品设计规范要求的应力条件下激发出来。2.1.6潜在缺陷latent defect在产品中确实存在但尚未被析出的缺陷，使用传统的性能检测方法不能检测到该类缺陷。2.1.7明显缺陷patent defect通过施加环境应力析出后，用常规的性能检测方法可以检测到的产品缺陷。因此，明显缺陷是潜在缺陷使用一定环境应力（如温度、振动等）激发出来的。莲罚素荷网Z.
GB/Z31477-2015/IEC/TS62500:20082.1.8环境应力筛选environmental stress screening通过向产品施加合理的环境应力和工作应力，将其内部的潜在缺陷加速变成故障，并通过检验发现和排除的过程。2.1.9加速试验accelerated test通过对产品施加高于寿命期内期望的环境应力的试验，以预计产品在使用条件下的工作情况和(或)寿命。注：与高加速试验不同的是，传统的加速试验（提高应力以缩短试验时间）是基于一个或者多个寿命时间分析模型或者累积损伤分析模型进行的。2.1.10高加速试验highly accelerated test对产品或产品的某些部件以步进方式施加环境应力和（或）工作应力，并逐步提高到远超过规范规定的应力水平，直到其达到工作和（或）破坏极限为止的试验。注：无论是否施加综合应力，其应力量值接近或达到技术规范值（或者规范中没有规定相应的应力），当增加产品的试验时间或工作循环，可能会产生和本指导性技术文件定义的高加速试验同样的效果。2.1.11可靠性reliability产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。注：此特征量一般用概率来表示。坏板殿典品筑2.1.12某一应力量值，当施加在产品上的应力高于该应力量值时，产品受到不可逆的损伤，产品性能不再能满足规范规定的要求，而当应力下降到低于这一应力量值时，产品性能不能恢复正常（称之为不可逆)。2.1.13工作极限operating limit某一应力量值，当施加在产品上的应力高于该应力量值时，产品性能不再能满足规范规定的要求，但当应力下降到低于这一应力量值时，产品恢复正常（称之为可逆）。2.1.14基本极限fundamental limit由产品或产品的组成部分相关技术确定的固有极限，该极限针对某种特定的应力（温度、振动、电应力等)而言。无论对产品造成破坏与否，该极限是无法逾越的，与外在缺陷无关。注：塑料的熔化温度、半导体的最高结温、材料的屈服极限等。2.1.15工作裕度operating margin产品工作极限与规范规定的应力之差。2.1.16破坏裕度destruct margin产品破坏极限与规范规定的应力之差。2.1.17成熟度maturity产品的功能与性能稳定地满足产品规范要求的状态。注：成熟度是不断消除产品外在设计或工艺缺陷过程的结果。该过程称为成熟过程。2筑素村网Z.ZC
GB/Z31477一2015/IEC/TS62500:20082.1.18析出precipitation使用适当的应力把潜在缺陷转化为明显缺陷的过程。2.1.19健壮性robustness产品的一种特性，包括产品性能对环境应力变化、元器件差异以及制造工艺参数波动等因素的不敏感。注：广义理解，健壮性就是使产品在获得足够的工作裕度同时消减波动的结果。2.1.20故障模式与影响分析failure modes and effects analysis一种定性的可靠性分析方法，该方法分析产品每一组成部分的潜在故障模式，并确定每一种故障模式对其他组成部分以及产品功能产生的影响。2.2缩略语下列缩略语适用于本文件。CDR一关键设计评审(critical design review)EMC一电磁兼容(electromagnetic compatibility)ESS一环境应力筛选(environmental stress screening)FMEA一故障模式与影响分析(failure modes and effects analysis)FRACAS一故障报告、分析、纠正措施系统(failure reporting,analysis and corrective action system)HAT高加速试验Chighly accelerated test)以MTBF一平均故障间隔时间(mean time between failures)PCB一印制电路板(printed circuit board)PDR一初步设计评审(preliminary design review)PRA—初步风险分析(preliminary risk analysis)RAMS一可靠性，可用性，维修性，安全性(reliability,availability,maintainablity,safety)RS一要求规范(requirements specification)RTV一快速温度变化(rapid temperature variation)3高加速试验的目标和一般原则3.1概述高加速试验的主要目的：)通过消除产品由于设计、制造过程和所使用技术导致的薄弱环节，提高产品的健壮性；b)在首批投产即得到成熟的产品：c)提高产品使用寿命和可靠性；d)诚少研发时间，降低研发费用；?)制定优化的环境应力筛选条件。高加速试验要达到的目标：)尽早发现产品的外在缺陷（以便能够及时纠正），这些缺陷是由设计错误或制造过程控制不当引起的；b)找出产品的工作极限：产品的外在缺陷消除之后，寻找产品的工作极限，以便于当工作裕度不能满足要求时，可适时选用新的设计方法来提高其工作极限。理筑素村网Z.ZC
GB/Z31477-2015/EC/TS62500:2008利用产品规范所要求的应力条件对产品的可靠性进行考核，是一种了解产品寿命期剖面下可靠性水平的低效方式。相反，高加速试验是将产品推至应力极限点进行试验（直到产品故障），使用远超过规范规定的环境应力或各种激励，来高效地发现、识别、然后纠正产品中存在的外在缺陷。高加速试验一方面找寻产品的应力裕度，另一方面在产品设计及制造过程中采取改进措施来提高产品应力裕度（参见附录A)。根据高加速试验的定义，高加速试验主要有以下特点：)高加速试验是预防性试验。我们可以把高加速试验理解为一种保障产品设计及其工艺合理性的工具，其目的在于明确产品的故障机理，通过经济可行的纠正措施将产品的缺陷消除或者延缓产品缺陷的发展。高加速试验有助于在研发早期采取纠正措施，因而是预防性试验。b)高加速试验不是一种符合性试验。高加速试验旨在发现产品在规范所要求应力条件以外工作时可能引发故障的缺陷，通过设计改进，确定和提高产品的应力裕度。而符合性试验的主要目的是确保产品的性能在规定工作和环境条件下是可靠的。c)不应把高加速试验与一般的裕度验证试验混淆。实际上，裕度验证试验仅是为了确保产品所承受的环境应力处于规范限以外的某预先确定的应力量值时，性能是否仍满足要求而进行的试验。因此，在裕度验证试验中，使用的应力是基于规定应力再乘以一个系数（例如，在机械工程领域称其为“安全系数”)。裕度验证试验与符合性试验相类似，它们的区别在于裕度验证试验是在规范应力规定的范围外检测性能的符合性，而高加速试验可以确定受试产品的工作极限与破坏极限，这是一般裕度验证试验无法做到的。d)不应把高加速试验和传统的加速寿命试验相混淆。加速寿命试验的目的是，通过对产品施加比其寿命期所经历的更严酷的环境应力条件，来预计产品在使用环境条件下产品特性演变行为的过程。为了达到该目的加速寿命试验依赖于产品故障机理的加速模型，而这些模型并不适用于高加速试验。e)高加速试验不能评估产品的可靠性水平。由于高加速试验是在规定的应力范围之外进行的，定量加速模型已不适用于这种应力条件。而且在试验时间很短的情形下很难与跟时间相关的加速因子关联。因此，目前高加速试验不能用于评估产品在规定的使用条件下的可靠性或者寿命特征。附录B将高加速试验与可靠性增长试验、可靠性鉴定试验以及可靠性验收试验的特点进行了对比分析。3.2高加速试验应力施加的原则作为一个设计工具，高加速试验是通过使用高于规范的应力或者未被限定的应力进行试验，激发出产品在设计或生产制造过程中造成的薄弱环节。因此，与传统方法相比，高加速试验能够更快地暴露薄弱环节，并有效改进产品或过程。通过改进设计，可以使产品具有更大的工作裕度和更高的可靠性。就高加速试验而言，需要重点强调的是：试验所选取的应力用于有效激发产品设计和生产过程中存在的缺陷和薄弱环节，而不是模拟寿命期剖面的使用应力；这些应力可以单独施加，也可以综合施加。通过逐步提高产品所受应力，超过寿命期最高应力水平，直至达到产品的技术极限。高加速试验的基本目标是有效激发出外在缺陷，包括在超出鉴定环境条件范围的应力条件下可能导致产品故障的缺陷。产品在超出规范要求的环境应力下发生故障时，一般需要对产品故障采取纠正措施。通常，判断这些纠正措施的适当与否需要从以下几方面考虑：)高加速试验过程中检测出的大多数故障，如果不能从根本上加以排除，可能会在产品使用现场暴露出来。b)通常情况下，产品的规定条件与实际使用条件之间存在着一定的差距，特别是有广泛使用用途的产品。因此，对于某一特定寿命期剖面条件，尽管出现时间可能很短，但可能使产品在远筑素荷网Z.ZS心.ET
GB/Z31477-2015/IEC/TS62500:2008超过规范的严酷环境条件下使用。?)外在缺陷通常很容易定位，并且可以简单经济地将其消除或减缓（例如，器件尺寸不匹配、不合适的紧固螺栓、元器件安装在PCB的振动响应较大的位置，在振动环境下使用的产品中的PCB未充分紧固，机械连结处的薄弱环节等)。由于产品本身具有疲劳累积损伤特性，高加速试验的原理与相关的传统方法相比发生了根本改变。传统试验方法的主要目的是确保产品在规定条件下性能的符合性。如图1所示，高加速试验的目的不再是验证产品的符合性，而是要寻找产品超出规定条件的技术极限，提高产品的健壮性。注：进行高加速试验不应使产品承受过度的高应力，这一点非常重要。高加速试验的最终目的是寻找和消除由于没有采用最佳设计和工艺而导致的外在缺陷。试验只是用于消除外在缺陷，提高产品工作裕度，获得预期的裕度。但是，不要试图打破（超出）器件及材料的基本极限，这将会误导产品的设计和（或）工艺制造过程，并增加额外成本和浪费时间。应力1应力基本技术极限潜在裕度产品规范域综合应力：+加速试验目前SC暴露的范围应力k说明：翻规范域：产品规范规定的范围。回高加速试验揭示域：高加速试验揭示的产品真实极限。边界上的星表示检测到的导致产品在该应力水平失去功能的外在缺陷。?技术域：对应无失误地设计和生产的理想产品。它表示了基本极限，并定义了相对了规范限的潜在裕度。通过施加逐步提高的应力水平并消除暴露的外在缺陷而增加的裕度。★外在缺陷（可检测并可消除），图1利用高加速试验寻找产品应力裕度的原理3.3高加速试验局限性尽管高加速试验方法快速、高效，但它仍然具有局限性。在特定情况下，还需要通过预先的特定试验和产品安全性检查来弥补高加速试验的不足。实际上，产品的高加速试验并不能完全揭示产品性能参数变化的本质过程（例如静电放电，密封特性等)。试验本身所能提供的与产品健壮性相关的、随时间而发生的内部物理-化学变化过程的详细信息也很少。示例：短路会最终造成电容器失效，电容器的最终失效时间可能是两周，也可能是两年，这一时间取决于产品的设计、制造及使用条件等因素。对新产品进行高加速试验不能确保发现所有该类型的缺陷。因为在试验时间范围内，陶瓷电容器可能完全符合产品规范，而这些试验只能在一定程度上加速潜在的电迁移效应。在陶瓷电容器的电迁移问题中，以往对电容器采用的一系列安全性检查方法可以在相当程度上减少电迁移发生的风险。以往的可靠性检测方法需要对陶瓷电容器进行特定的湿度/温度试验，但是这些莲罚素荷网Z.
GB/Z31477-2015/IEC/TS62500:2008检测方法可能不适用于最终的成品。产品的制造商需根据积累的经验，以确定产品在研制阶段和批生产阶段规划的高加速试验是否充分。如果试验不充分，就应设计、规划和贯彻其他的试验检测项目以促使产品达到期望的健壮程度。4高加速试验应用的相关工业技术领域高加速试验可应用于所有工业领域。从技术角度看，高加速试验适合于电子、机电设备及常规的机械部件。针对电子和机电系统，高加速试验的应力包括温度、振动、电应力。针对机械设备，高加速试验与机械结构的健壮性直接相关。健壮性是在安全系数的概念上立起来的，因此，针对纯粹的机械产品，静态的高加速试验是指把一个部件或者组件放在逐步提高的静态应力下，直到部件变形或者断裂；动态的高加速试验是指把零件或者组件放置于循环应力（拉力/压力循环、重复冲击等)下不断产生累积损伤，以至引起变形或者破损。在后一情形中，高加速试验可以使用各种类型的准则，如应力水平、循环数、幅值及综合应力等。如果针对设备预期的故障模式使用不同的应力（机械、气候、电子等），高加速试验可以广泛应用于各种设备。5实施高加速试验的产品寿命阶段和层次为了发挥高加速试验的最大功效，在项目可行性论证的方案确认阶段就应并行地规划高加速试验方案。索才捌JJ在产品设计阶段，首先应该在原理试验件上进行高加速试验，以验证选择的技术方案和过程的有效性。如果具备试验条件，接下来应在包括实物模型（或者样机）直至基础组件(PCB或者模块等)各产品层次开展高加速试验。高加速试验最初的目的是发现设计缺陷，并采取纠正措施。随着研发周期的推进，应采用与目前组装层次及复杂程度相适应的高加速试验技术，以找出工作裕度和评价产品及制造过程的成熟度。只要测试条件具备，应该首先从初级组件开始进行高加速试验，这样做有以下好处：a)易于采取纠正措施；b)相对于整个系统，组装等级越低越易于施加高应力；c)试验件的组装关系复杂度不高，容易监测缺陷；d)易于采用通用的试验技术。在开展高加速试验的每一阶段，试验样品的数量取决于试验费用和试验规划的目的（设计参数分析，工作裕度验证，识别制造过程缺陷等)。以下是产品寿命期不同阶段高加速试验的主要工作内容：a)可行性论证阶段可行性是指基于达到特定使用目标的技术和工程分析。在这个阶段，编写产品设计目标文件，分析相关风险，并起草消除不可接受风险的行动计划（属于产品技术设计阶段的活动）。在这个阶段，应规划后续设计阶段需要开展的高加速试验。b)方案（初步设计）阶段进行可行性分析与初步的风险评价之后，通过高加速试验可以确认产品的构型设计，并为产品设计提供参考。如果在基本的部件或者已有的相似产品上进行高加速试验，可以有助于验证设计方案或者技术选择的合理性，消除产品在初始设计时引入的风险，提出后续设计改进的需求，并规划下一阶段的工作。6理筑素荷网Z.ZS心.ET
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