某型光纤陀螺可靠性鉴定试验设计与实现
李金池 李威 王鹏
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李金池 李威 王鹏,. 某型光纤陀螺可靠性鉴定试验设计与实现[J]. 光电子进展,20223. DOI:10.12721/ccn.2022.160198.
摘要: 本文通过对某型光纤陀螺试验设计,评估可靠性指标MTBF,通过对受试产品光纤陀螺施加模拟真实的使用环境应力和工作应力,以验证光纤陀螺MTBF值是否达到15000小时。
关键词: 可靠性摸底试验;可靠性鉴定试验;可靠性强化试验
DOI:10.12721/ccn.2022.160198
基金资助:

某型光纤陀螺在新系统中应用,但在产品进行可靠性分配、预计等过程中,可靠性预计指标MTBF为15000h,不能真实反应光纤陀螺的真实可靠性水平,后续必须知道产品的可靠性水平是否已符合规定值或最低可接受值,一边为作出通过设计定型转入批生产的决策提供依据[1]。在后续该型陀螺沿用或投标竞争时,可以提高产品竞争力,通过可靠性鉴定试验是评价可靠性指标最主要的手段之一。

1产品介绍

该型光纤陀螺用于测量运动载体的转动角速率。光纤陀螺从2019年开始研制,2021年完成鉴定。此光纤陀螺以可靠性高等优点深受欢迎,直至目前,该光纤陀螺开始大批生产。

2方案确定

综合考虑试验工作量和周期、费用、产品技术状态等因素,本次试验投入试验件6只。

2.1鉴定试验方案

通过评审,本次试验选用GJB 899A中的定时试验方案30-2。定时试验方案30-2统计试验方案为:生产方风险α=30%,使用方风险β=30%。

可靠性鉴定试验判决的依据是判决故障数

≤1时接收,则确定受试产品的MTBF值达到15000小时,通过鉴定试验,否则拒收且不予通过。

2.2试验应力

试验剖面采用光纤陀螺集成系统的任务剖面。

其中有温度应力、振动应力、湿度应力、电应力,以上应力按照相应时序和要求进行施加。

2.3故障判据、分类、原则、统计及处理

试验时明确产品何为故障,如何确认故障为责任故障和非责任故障,明确故障统计的原则和故障后对故障的处理及后续试验安排。

3可靠性摸底试验

在开展可靠性鉴定试验前,根据浴盆曲线达到消除系统早期故障的目的,系统在厂内进行了可靠性摸底试验(试验剖面采用此系统配套装备剖面图),试验时间为200小时。试验累计约100h拆下进行进行1次性能检测。

可靠性摸底试验自2019年10月14日开始,截止2019年10月23日,受试产品累计试验时间达到了200小时,满足《试验大纲》规定的试验结束要求.

4可靠性鉴定试验

完成可靠性摸底试验后,光纤陀螺进行可靠性鉴定试验工作以达到评价系统可靠性指标的目的。

计算过程如下:

受试产品MTBF的检验下限θ1=15000h,MTBF的检验上限θ0=30000h,鉴别比d=θ0/  θ1=2;判决故障数≤1时接收;累积试验时间为2.44×θ1,因此总累积试验时间为36600台时,单个光纤陀螺的试验时间为36600/6=6100h。

试验过程见图1。

32.png图1试验过程

4.1试验结果

由于可靠性鉴定试验过程中出现首次故障,在故障的定位处理周期及试验台的协调方面等待时间较长,故将本次可靠性试验分为两个阶段。

4.1.1第一阶段试验

本阶段试验时间于2020年5月24日开始,截止2020年9月1日,6只陀螺试验时间见表1,累计试验时间共8096台时。10008号光纤陀螺出现1个故障。

4.1.2第二阶段试验

第二阶段即本阶段于2021年1月6日开始,于2021年12月6日结束,累计试验时间共24472台时。

在第二阶段可靠性鉴定试验中,共发生2个故障。其中10001号光纤陀螺出现1个故障,10008号光纤陀螺出现1个故障。

4.1.3最终结果

通过两个阶段试验,6只光纤陀螺试验总周期如下:

表1  单只陀螺试验总时间统计表

32.png(1)MTBF的区间估计

33.png从以上试验情况和评估结果得出:光纤陀螺MTBF值未达到15000小时。

5建议

本次可靠性鉴定试验为我公司自筹资金自发组织开展,历时三年,耗费大量的人力物力财力,结果却未通过。

针对目前产品的高可靠性的迫切需求,产品研制过程中在短时间、高效率、客观的评价可靠性指标方面,如何做好各方面工作,提出以下建议:

(1)针对产品故障拿出解决措施

本次试验故障主要为焊接问题及光学器件失效两种故障模式,针对该型光纤陀螺的薄弱环节,后续已采取措施,确保产品可靠性的提高。

(2)可靠性摸底试验手段已不适合目前产品的可靠性要求

可靠性摸底试验(200h)作为电子类产品可靠性鉴定的准备试验的一贯手段,目前已不能发挥积极作用。因为目前器件的可靠性水平逐年提高,同时产品生产控制严格,大量的外购件筛选、二筛、入厂检验、老化筛选、板级环筛、成品筛选的长时间的应力施加下,早期故障已充分剔除。

产品完成交付后,寿命可靠性已进入浴盆曲线的稳定部分,通过本次的试验来看,200小时的可靠性摸底试验效果不佳。

(3)积极采用可靠性强化试验(高加速寿命试验)作为主要的研制试验

传统的可靠性环境模拟试验已经远远不能赶上现代电子设备发展的步伐。

可靠性强化试验与环境模拟试验思路不同,它不是模拟真实环境,而是对试件施加比产品实际使用条件残酷的多的环境和工作应力,快速激发并排除产品潜在的缺陷来达到提高产品可靠性和缩短高质量产品研制周期的目的。激发试验可实现在不足原来1/ 5~1/ 10 的试验费用的情况下,获得的可靠性水平是传统试验的数百倍[3]。

在今后的产品研制过程中,使可靠性强化试验工作作为一个系统工程工作与其他工作一起并行纳入产品(装备)论证、研制、定型、生产和使用的各个阶段工作计划中,进行科学的管理和控制,使产品的故障率降到最低,提高产品的总体质量。

参考文献

[1] 祝耀昌.可靠性试验及其发展综述[J].航天器环境工程. 2007 ,24 (5) :261 – 269

[2] GJB 899A-2009 可靠性鉴定和验收试验[S].2009.

[3] 褚卫华.高加速寿命试验(HAL T) 与高加速应力筛选(HASS) [J].强度与环境.2002, 29(4): 23-37

作者简介:

李金池(1984—),男,汉,本科,工程师,部长,主要研究方向为可靠性试验、测试性试验技术;

李威(1988—),男,汉,本科,工程师,可靠性工程主任,主要研究方向为可靠性系统工程。

王鹏(1979—),男,汉,本科,正高级工程师,副总工程师,主要研究方向为光纤陀螺。