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        基于探測效果的測試分類方法研究

        2020-06-29 12:34:31陳水華
        機電信息 2020年15期
        關(guān)鍵詞:風險管理

        摘 要:新版DFMEA已于2019年6月發(fā)布,其將測試手段分為通過測試、失效測試和老化測試三大類,此分類方法有別于常規(guī)的分類。鑒于此,探索和研究了三種測試方法的明確定義,指出這種分類方法的依據(jù)在于探測效果的不同,列舉了典型的測試案例,有助于從業(yè)者更加有效地使用FMEA工具來進行技術(shù)風險控制。

        關(guān)鍵詞:風險管理;測試分類;探測度果;設(shè)計失效模式

        0? ? 引言

        在全球化的市場環(huán)境中,產(chǎn)品質(zhì)量的高低,不僅關(guān)系到產(chǎn)品的市場競爭能力,而且關(guān)系到企業(yè)的生存和發(fā)展,關(guān)系到企業(yè)的形象和信譽,因而質(zhì)量保證體系是企業(yè)發(fā)展與成長之根本,這已經(jīng)成為中國企業(yè)的共識。

        ISO 9001質(zhì)量保證體系的8.5.1節(jié)中提到,在產(chǎn)品的開發(fā)過程中,需要考慮開發(fā)的產(chǎn)品和服務(wù)的特性以及失敗的潛在后果。針對汽車行業(yè)的IATF 16949質(zhì)量體系,更是明確規(guī)定失效模式影響和分析(FMEA)為其五大核心工具之一。

        業(yè)界比較認可的FMEA的定義是:在產(chǎn)品設(shè)計和過程設(shè)計的早期階段,對產(chǎn)品以及構(gòu)成產(chǎn)品的子系統(tǒng)、零件(或構(gòu)成過程的各個工序)等進行分析,找出潛在的失效模式,分析其潛在的影響和發(fā)生的起因,從多個維度來評價和衡量風險程度,實施有針對性的改進,達到降低風險的目的。

        一直以來,AIAG(美國汽車工業(yè)行動集團)和VDA(德國汽車工業(yè)聯(lián)合會)都有不同的FMEA技術(shù)手冊,這造成了供應(yīng)鏈的重復(fù)培訓(xùn)和認證,導(dǎo)致了浪費。2019年6月,AIAG組織和VDA組織聯(lián)合發(fā)布了新版的FMEA手冊:AIAG VAD FMEA 2019年第1版。在新的手冊中,用“七步法”結(jié)構(gòu)化的方法,替代了AIAG原來的“頭腦風暴法”,操作性更強,對失效模式的揭露更加全面。不但如此,DFMEA的SOD三個評級表及措施優(yōu)先級表格都有了重大的改變[1]。在DFMEA探測度(D)評判表中提到了新的測試分類方法,但新方法指向模糊,給從業(yè)者帶了十分大的困擾。本文試圖對基于探測度的測試分類方法進行探索和研究。

        1? ? 探測度(D)評判表適用的測試分類

        為了掌握零部件、模塊和整機的質(zhì)量水平,驗證產(chǎn)品是否滿足預(yù)期的用途和功能要求,除對失效造成的客戶的影響進行評級(嚴重度,Severity)外,也要對失效以及失效的原因進行預(yù)防,降低發(fā)生度(Occurrence),最終還必須進行一系列的測試,保證合適的探測度(Detection),從而達到優(yōu)化設(shè)計、降低風險的目的。

        如表1所示,在新版DFMEA的可檢測度評級表中,以“探測方法成熟度”(測試程序的成熟是否驗證過和測試時間在項目靠前還是靠后)和“探測機會”兩個維度來進行衡量。在“探測機會”中列出了三種測試類型:通過測試、失效測試和老化測試[1]。

        可以從新的評級表看出,三種檢查手段的效力是不一樣的。如果是通過測試,則探測度的評級至少是4分,反過來,如果采用老化測試,則探測度的評級最多可以降低到2分。探測度評級分數(shù)越小,表明探測的效果越好,越能夠揭露失效模式或失效原因。

        2? ? 調(diào)查和溯源

        測試的類型很多,從不同的角度出發(fā),有不同的分類方法。根據(jù)測試的層次關(guān)系,可以分為材料測試、機械性能測試、電學(xué)性能測試、產(chǎn)品功能測試、環(huán)境可靠性測試等。根據(jù)測試的場地,可以分為現(xiàn)場測試、模擬場地測試和臺架測試。根據(jù)樣件的破壞情況,可以分為破壞性測試和無損檢測。按照驗證的階段,可以分為DV設(shè)計驗證和PV生產(chǎn)驗證。根據(jù)開展測試的實驗機構(gòu),可以分為客戶測試、內(nèi)部測試和第三方測試等[2]。

        DFMEA將測試手段分為通過測試、失效測試和老化測試。這三種測試方法之間究竟有什么聯(lián)系和區(qū)別呢?手冊并沒有明確地定義,有必要進行進一步的探索和研究。

        溯源FMEA的改版歷史,可以發(fā)現(xiàn)這三種測試分類的提法最早出現(xiàn)在AIAG FMEA手冊2008年第4版中。2019年,AIAG和VDA在發(fā)布合版的時候,作為妥協(xié)的產(chǎn)物,只借用AIAG三種測試分類的名稱,卻省略了說明,如表2所示。

        在新版FMEA的作者作出進一步勘誤和說明之前,比較合理的辦法,是拓展使用AIAG FMEA手冊2008年第4版中的定義。

        3? ? 探測效果和典型案例

        考察2008版本FMEA,發(fā)現(xiàn)對于測試分類的定義的可操作性仍然是很薄弱的,有必要作進一步的分析和歸納。研究證明,三種方法的聚焦點和數(shù)據(jù)完備程度不一樣。數(shù)據(jù)越充分,探測效果越好,探測度就越好(得分就越低)。

        3.1? ? 通過測試(Pass-Fail Testing)

        只測試和驗證樣件的功能,而不再進行任何延伸測試。如果樣品通過測試,就判定為“通過”;如果沒有通過測試,就判定為“不通過”[3]。其判斷邏輯如圖1所示。

        電通斷測試是通過測試比較典型的案例。電通斷測試并不記錄每一個回路的電阻,只測試回路電阻是否在閾值以下(閾值設(shè)置典型值:100 Ω),如果測試全部通過,就打印電測試合格標簽,如圖2所示??梢钥闯觯撝?00 Ω是比較大的,有些線束缺陷根本測試不出來,例如電線的壓接電阻過大(毫歐級別的變化)、絕緣層的破損(需要加高壓測試絕緣電阻)。

        所以,通過測試的控制指向為產(chǎn)品的性能指標。通過測試的優(yōu)點:快速進行符合性判斷、衡量和評價;通過測試的缺點:定性分析,得到的數(shù)據(jù)少,比較難以開展進一步的產(chǎn)品改進。通過測試獲得的數(shù)據(jù)為布爾類型(0,1)。

        3.2? ? 失效測試(Test to Failure Testing)

        樣件需要經(jīng)過持續(xù)加載測試或者加速測試,直到樣品失效產(chǎn)生后,測試才停止。然后可以展開對故障的根本原因調(diào)查,如有必要,改進設(shè)計以消除原因[3]。

        3.2.1? ? 持續(xù)增加載荷測試

        載荷持續(xù)增加,直到樣件失效(出現(xiàn)裂縫、斷裂、失去功能),考察其極限性能,如圖3所示。

        拉力測試是失效測試比較典型的案例。拉力持續(xù)增加載荷直到試棒斷裂,如圖4所示。

        3.2.2? ? 加速壽命測試

        采用高于失效的載荷水平來進行循環(huán)加速測試,可以在比較少的循環(huán)中揭露系統(tǒng)中的瓶頸和發(fā)現(xiàn)失效形態(tài),如圖5所示。

        典型的示例測試包括HALT(Highly Accelerated Life Test,高度加速壽命測試)。HALT可能會檢測出“裕度”大小、組件較弱等設(shè)計問題,如圖6所示。HALT尤其在電子信息行業(yè)比較常見,因為電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代特別快,常規(guī)的壽命測試耗時太長,將可能錯過抓住市場機會。

        失效測試的控制指向為載荷水平。失效測試的優(yōu)點:能夠快速發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中的弱點和失效形態(tài),有利于開展產(chǎn)品改進;失效測試的缺點:破壞性試驗,耗費樣品費用。失效測試獲得的數(shù)據(jù)類型為少量數(shù)值。

        3.3? ? 老化測試(Degradation Testing)

        樣品經(jīng)過一段時間(或周期)的測試,并測量指定的關(guān)鍵特性,然后繼續(xù)測試,并在一段時間(或測試周期)后再次測量相同的特性等等[3]。它允許查看關(guān)鍵特性隨時間/周期而變化的趨勢——也就是“退化”,如圖7所示。

        根據(jù)USCAR 21開展的壓接加速環(huán)境暴露測試ENV(Accelerated Environmental Exposure Test),是一個比較典型的老化測試案例。短試樣(圖8)在經(jīng)過熱沖擊循環(huán)和溫濕度循環(huán)后,可以觀察到壓接電阻的變化趨勢,如圖9所示。

        老化測試的控制指向為性能指標的變化趨勢。老化測試的優(yōu)點:此檢測方法的排名比前兩個更好,因為它可以檢測到樣品特性的變化趨勢;老化測試的缺點:時間比較長。老化測試獲得的數(shù)據(jù)類型為測試前中后的數(shù)值,數(shù)據(jù)量相對較多。

        4? ? 結(jié)語

        FMEA作為提高質(zhì)量、降低風險的工具,在工業(yè)企業(yè)中有著廣泛應(yīng)用。新版DFMEA已于2019年6月發(fā)布,它基于探測效果,對測試手段進行了區(qū)別于常規(guī)的分類。通過測試著力于產(chǎn)品性能指標的直接量測,得到布爾邏輯數(shù)值(0=不通過,1=通過);失效測試的控制焦點放在調(diào)整載荷水平,以期快速出現(xiàn)失效,找到系統(tǒng)的弱點來加以改進;老化測試持續(xù)測量和記錄系列實驗中的關(guān)鍵特性,得到更加完備的數(shù)值,它的探測效果比前兩個更好,因為它能檢測到樣品關(guān)鍵特性的變化趨勢。明確FMEA三種測試方法的含義和典型案例,將有利于從業(yè)者更有效地選擇測試手段,更加明確地對探測度進行評分,從而降低設(shè)計風險。

        [參考文獻]

        [1] AIAG VDA.Failure Mode and Effects Analysis:1st Edition 2019[S],2019.

        [2] 浦維達.汽車可靠性工程[M].北京:機械工業(yè)出版社,1998.

        [3] Elsmarquality Forum[EB/OL].[2020-04-06].https://elsmar.

        com/elsmarqualityforum.

        收稿日期:2020-04-10

        作者簡介:陳水華(1971—),男,湖南邵陽人,工程師,研究方向:機電一體化。

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