張 楠，武 健，孟 博

(航空工業(yè)西安航空計(jì)算技術(shù)研究所，陜西 西安 710065)

0 引言

機(jī)載加卸載設(shè)備作為機(jī)載設(shè)備任務(wù)數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)設(shè)備，負(fù)責(zé)將地面任務(wù)數(shù)據(jù)分發(fā)給機(jī)載任務(wù)設(shè)備，其可靠性顯得尤為重要。傳統(tǒng)的環(huán)境模擬試驗(yàn)具有時(shí)間長(zhǎng)、效率低、費(fèi)用大等問題，為此需要采用一種能夠高效、快速激發(fā)和暴露加卸載設(shè)備設(shè)計(jì)中薄弱環(huán)節(jié)的試驗(yàn)技術(shù)。

為了解決該問題，可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)應(yīng)運(yùn)而生?？煽啃詮?qiáng)化試驗(yàn)是一種激發(fā)試驗(yàn)，采用比技術(shù)規(guī)范極限更嚴(yán)酷的試驗(yàn)應(yīng)力，加速激發(fā)產(chǎn)品的潛在缺陷，并通過不斷地改進(jìn)和驗(yàn)證，提高產(chǎn)品的固有產(chǎn)品可靠性，使產(chǎn)品更加“健壯”。產(chǎn)品通過可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)，可以獲得更快的增長(zhǎng)速度、更高的固有可靠性水平、更低的使用維護(hù)成本、更好的環(huán)境適應(yīng)能力和更短的研制周期[1-3]。

1 加卸載設(shè)備組成及特點(diǎn)

加卸載設(shè)備包括加卸載卡和加卸載座兩部分，其組成框圖如圖1所示。

圖1 加卸載設(shè)備組成

加卸載設(shè)備由加卸載座和加卸載卡兩部分組成。加卸載卡用于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和傳輸通信，對(duì)外提供USB接口，主要由USB外設(shè)、存儲(chǔ)器電路、處理器電路等組成，加卸載座作為加卸載卡的插入載體，主要由數(shù)據(jù)處理模塊、電源模塊組成，加卸載座通過網(wǎng)絡(luò)/總線接口與機(jī)載網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)，具有數(shù)據(jù)加卸載功能，實(shí)現(xiàn)加卸載卡對(duì)機(jī)載設(shè)備的數(shù)據(jù)加卸載。

加卸載設(shè)備作為受試產(chǎn)品(UUT)主要承受溫度、振動(dòng)和濕度等環(huán)境應(yīng)力的作用。其中加卸載卡作為可拆卸設(shè)備，其安裝可靠性與拆卸便捷性是可靠性設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)。

2 加卸載設(shè)備可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)技術(shù)研究

2.1 加卸載設(shè)備可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)流程

加卸載設(shè)備的可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)按照以下五個(gè)項(xiàng)目的順序完成試驗(yàn)：

1) 低溫步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)；

2) 高溫步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)；

3) 快速溫變循環(huán)試驗(yàn)；

4) 振動(dòng)步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)；

5) 綜合環(huán)境應(yīng)力試驗(yàn)。

各試驗(yàn)項(xiàng)目之間的相互關(guān)系如圖2所示。可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)前需要對(duì)UUT進(jìn)行產(chǎn)品溫度調(diào)查。采用紅外熱成像儀對(duì)UUT進(jìn)行非接觸式溫度調(diào)查，可了解UUT的熱分布和溫升后溫度穩(wěn)定時(shí)間。

圖2 加卸載設(shè)備的可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)流程

2.1.1 低/高溫步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)

低/高溫步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)實(shí)施方法：

1) 低/高溫步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)以室溫或相關(guān)規(guī)定的溫度作為該項(xiàng)試驗(yàn)的起始點(diǎn)溫度；

2) 每步的保持時(shí)間包括產(chǎn)品內(nèi)部溫度穩(wěn)定時(shí)間+產(chǎn)品檢測(cè)時(shí)間。UUT內(nèi)部溫度穩(wěn)定時(shí)間可以通過溫度調(diào)查獲得或者通過溫度傳感器進(jìn)行測(cè)試。

3) 步長(zhǎng)在達(dá)到UUT規(guī)定的工作溫度前為10 ℃，達(dá)到UUT規(guī)定工作溫度后為5 ℃；

4) 在整個(gè)試驗(yàn)過程中，對(duì)UUT施加標(biāo)稱電壓。在每個(gè)溫度段產(chǎn)品達(dá)到穩(wěn)定后，首先進(jìn)行3～5次通斷電啟動(dòng)檢測(cè)，以考核UUT在該溫度下的啟動(dòng)能力，保證每次上下電后功能正常。之后，再進(jìn)行產(chǎn)品的功能性能檢測(cè)；

5) 在低/高溫步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)過程中，一旦發(fā)現(xiàn)UUT出現(xiàn)異常，立即將溫度恢復(fù)至上一量級(jí)，進(jìn)行全面檢查。如果UUT恢復(fù)正常，則判定UUT出現(xiàn)異常的溫度應(yīng)力為UUT低/高溫工作極限；如仍然不正常則判定產(chǎn)品出現(xiàn)異常的溫度應(yīng)力為UUT的低/高溫破壞極限；

6) UUT達(dá)到低/高溫工作極限溫度、低/高溫破壞極限溫度或在-80 ℃～120 ℃范圍內(nèi)，UUT均未發(fā)生故障，試驗(yàn)終止。

2.1.2 快速溫變循環(huán)應(yīng)力試驗(yàn)

快速溫變循環(huán)應(yīng)力試驗(yàn)實(shí)施方法：

1) 溫度循環(huán)的溫度上下限溫度值決定了試驗(yàn)強(qiáng)度。選擇上下限溫度值的關(guān)鍵是給UUT施加適當(dāng)?shù)膽?yīng)力以分析出缺陷又不損壞UUT。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，可取低溫工作極限加5 ℃，高溫工作極限減5 ℃；

2) 溫度變化速率不小于15～40 ℃/min；

3) 保持時(shí)間包括產(chǎn)品內(nèi)部溫度穩(wěn)定時(shí)間+產(chǎn)品檢測(cè)時(shí)間；

4) 溫度循環(huán)次數(shù)影響試驗(yàn)的有效性和總試驗(yàn)時(shí)間，從而影響試驗(yàn)費(fèi)用。若要達(dá)到相同的缺陷激發(fā)效果，則不同的溫度變化率需要的循環(huán)次數(shù)不同。

表1 溫度變化率與循環(huán)次數(shù)的關(guān)系

5) 快速溫變循環(huán)過程中，UUT在產(chǎn)品規(guī)定的標(biāo)稱電壓、最高輸入電壓及最低輸入電壓下進(jìn)行功能、性能測(cè)試，以考核不同電壓下UUT的工作能力。

6) 達(dá)到所需的快速溫度循環(huán)次數(shù)或受試產(chǎn)品發(fā)生不可修復(fù)故障時(shí)試驗(yàn)終止。

2.1.3 振動(dòng)步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)

振動(dòng)步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)可以采用全軸振動(dòng)臺(tái)或者傳統(tǒng)的電動(dòng)振動(dòng)臺(tái)來(lái)實(shí)施，針對(duì)加卸載設(shè)備的安裝特點(diǎn)，加卸載設(shè)備使用全軸振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行振動(dòng)步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)。

振動(dòng)步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)實(shí)施方法：

1) 采用全軸振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行振動(dòng)步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)的初始值設(shè)置為5 Grms；

2) 每個(gè)振動(dòng)應(yīng)力的停留時(shí)間包括UUT振動(dòng)穩(wěn)定的駐留時(shí)間以及功能、性能檢測(cè)時(shí)間。振動(dòng)穩(wěn)定后駐留時(shí)間一般為5 min～10 min，需要根據(jù)UUT具體情況決定；

3) 采用氣錘振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行振動(dòng)步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)的應(yīng)力步長(zhǎng)一般為3 Grms～5 Grms，不超過5 Grms，具體選擇依據(jù)UUT能夠承受的最大應(yīng)力和UUT的實(shí)際使用情況。

4) 整個(gè)試驗(yàn)過程中UUT處于通電工作狀態(tài)，并施加標(biāo)稱電壓；

5) 在振動(dòng)過程步進(jìn)試驗(yàn)過程中，當(dāng)UUT出現(xiàn)異常時(shí)，立即將應(yīng)力恢復(fù)上一量級(jí)，進(jìn)行功能、性能檢測(cè)；如果UUT恢復(fù)正常，則判定受試產(chǎn)品出現(xiàn)異常的振動(dòng)應(yīng)力為UUT的振動(dòng)應(yīng)力工作極限；如果仍不正常則判定當(dāng)前應(yīng)力為振動(dòng)應(yīng)力破壞應(yīng)力；

6) 當(dāng)受試產(chǎn)品達(dá)到振動(dòng)應(yīng)力工作極限、破壞極限或者達(dá)到50 Grms量值時(shí)，UUT均未發(fā)生故障，試驗(yàn)終止。

2.1.4 綜合環(huán)境應(yīng)力試驗(yàn)

綜合環(huán)境應(yīng)力試驗(yàn)實(shí)施方法為：

1) 綜合環(huán)境應(yīng)力試驗(yàn)中溫度循環(huán)應(yīng)力施加方法與快速溫變循環(huán)應(yīng)力試驗(yàn)相同；

2) 綜合環(huán)境應(yīng)力試驗(yàn)中振動(dòng)應(yīng)力采用步進(jìn)振動(dòng)應(yīng)力，根據(jù)已完成的振動(dòng)步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)得到的振動(dòng)工作極限除以溫度循環(huán)次數(shù)；

3) 當(dāng)UUT發(fā)生不可修改故障或者達(dá)到所需循環(huán)次數(shù)時(shí)，終止綜合環(huán)境應(yīng)力試驗(yàn)。

3 加卸載設(shè)備可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)實(shí)例應(yīng)用

3.1 試驗(yàn)實(shí)施方案

某型加卸載設(shè)備試驗(yàn)組網(wǎng)圖如圖3所示。測(cè)試環(huán)境包括工控機(jī)(含有FC-PC仿真卡)、調(diào)試電纜、供電電源等?？煽啃詮?qiáng)化試驗(yàn)箱采用液氮制冷并且通過風(fēng)管直接將氣流吹向UUT來(lái)實(shí)現(xiàn)超高降溫的高溫變化率的溫度循環(huán)環(huán)境；以氣錘連續(xù)沖擊的多向激勵(lì)來(lái)實(shí)現(xiàn)三軸六自由度的全軸振動(dòng)環(huán)境。試驗(yàn)箱設(shè)置為40 ℃/min的溫度變化率，快速溫變使用5個(gè)循環(huán)。綜合環(huán)境應(yīng)力中振動(dòng)步進(jìn)應(yīng)力初始量值為振動(dòng)步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)的1/5工作極限、依次類推。

圖3 加卸載設(shè)備試驗(yàn)組網(wǎng)圖

3.2 試驗(yàn)結(jié)果

該型加卸載設(shè)備可靠性試驗(yàn)過程中共發(fā)生2次故障，故障情況如表2所示。

表2 故障情況匯總表

通過可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)，得到了該型加卸載設(shè)備的工作極限，低溫：-80 ℃；高溫：85 ℃；振動(dòng)：50 g。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)加卸載設(shè)備特點(diǎn)采用了可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)，相比傳統(tǒng)的環(huán)境模擬試驗(yàn)大大縮短了試驗(yàn)時(shí)間、節(jié)省了試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)。通過對(duì)某型加卸載設(shè)備開展可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了該型加卸載設(shè)備的2個(gè)設(shè)計(jì)薄環(huán)節(jié)和工作極限，并且制定了糾正措施，增加了該產(chǎn)品的可靠性，下一步工作計(jì)劃，按照糾正措施進(jìn)行回歸驗(yàn)證。