簡述可靠性試驗及其分類

一、 可靠度試驗
可靠度試驗(Reliability Test)乃驗證產品在時間方面的特性，又稱為壽命試驗(Life Test)或經久性試驗(Durability Test)。可靠度試驗的分類，在研發與生產階段上依據美軍標準MIL-STD-785B(1983)之說明，可分為量測試驗(Survey Test)、可靠度發展/成長試驗(Reliability Development/Growth Test, RDGT)、可靠度鑒定試驗(Reliability Qualification Test, RQT)、生產可靠度接收試驗(Production Reliability Acceptance Test, PRAT)等四類。可靠度試驗的主要參考規范為美軍標準ML-STD-781D(1986)，和美軍手冊MlL-HDBK-781D(1986)，前者說明可靠度試驗的一般需求與規定，后者提供各種裝備分類的可靠度試驗復合環境輪廓、標準統計試驗方案、以及可靠度估算方法。
1.1量測試驗
量測試驗之目的系在說明規劃與執行熱及振動量測試驗之程序，用以決定裝備的溫度穩定時間與結構動態共振特性。
熱與振動量測試驗應該以裝備的樣本進行，以便決定裝備的溫度穩定水平及找尋共振條件與設計弱點。溫度與振動量測應該在執行可靠度成長試驗之前實施，若有規定時，在可靠度鑒定試驗與環境應力篩選之前亦應該執行。除非經過采購單位特別許可，選定執行可靠度。
1.1.1熱量測
熱量測應該在試驗用裝備中選擇一個樣本，在可靠度試驗程序中規定的溫度與工作循環條件下實施。熱量測主要在決定裝備中的熱點與具有*大熱惰性的組件，以及建立裝備與試驗柜溫度之間的時間一溫度關系，這些關系應該用以決定裝備的熱穩定水平。試驗溫度下限的穩定時間為裝備中熱惰性*大點的溫度達到試驗溫度下限的2℃之內或溫度變化率小于每小時2℃。試驗溫度上限的穩定時間為裝備中熱惰性*大點的溫度達到試驗溫度上限的2℃之內或溫度變化率小于每小時2℃。在執行量測與試驗時，應該同時持續記錄裝備冷卻空氣與試驗柜空氣的溫度。一旦熱量測的結果顯示局部溫度顯著的此*終熱設計分析的預估結果還高，或者比可靠度預估所用的減額定值還大時，則在開始進行可靠度試驗之前應該采取必要的改進行動，并且經過驗證與認可。
1.1.2振動量測
振動量測應該在試驗用裝備中選擇一個樣本實施以找尋共振條件與設計弱點。除非采購單位另有規定，量測用的振動條件應該依照可靠度試驗程序中之規定。任何在執行振動量測試驗過程中發生的失效都應該加以記錄、調查及分析原因;在開始執行可靠度試驗之前應該完成必要的改正行動，并且經過驗證與認可。振動量測時裝備的安裝情形應該模擬實際使用時的安裝情形。
1.2可靠度發展/成長試驗
可靠度發展/成長試驗(Reliability Development/Growth Test, RDGT)，是在研發過程正式鑒定之前、將系統或裝備放在實際的、摸擬的或加速的任務輪廓復合環境下進行試驗，加速失效的發生。當失效發生時，分析與隔離失效的原因，據以執行適當的設計改正行動，并再試驗驗證改正行動之成效。經由此一連串有計劃的試驗、分析與改正(Test, Analyze, And Fix, TAAF)的過程，可以盡早發現設計弱點及疵病，排除在將來生產型系統與裝備可能發生的類似失效現象，因而促進可靠度成長，達到增加系統與裝備實地可靠度(Field Reliability)的目的，因此又有人將可靠度成長/發展試驗稱之為TAAF。其實光是試驗本身并不能使可靠度成長，唯有能防止試驗時的失效再在實際操作時發生的設計改正行動，才能真正地改進裝備的可靠度。
目前美國國防部的政策是，在全型發展、發展與生產并行(必須經認可)及初期部署時，可靠度都必須成長。研發者必須擬訂可靠度成長管理計晝，規定可靠度啟始值及目標，以及在研發過程的每一階段中特定里程點的可靠度成長預估值，計劃中同時規定每一個里程點所需執行的試驗，以及改正試驗時發現的缺陷和疵病所需的時間與手段，以免這些失效在實際操作時重現。
可靠度成長計劃經評估核可后，必須強制執行，以免因可靠度工程變更提議而在行政上造成延誤。在可靠度成長/發展試驗時發生的失效是受歡迎的，而且研發階段的重點工作為估算設計產品的可靠度算值，因此研制單位不會受罰則的約束。
廣義的可靠度成長可分為表面成長和階梯成長兩種。表面成長是因為篩除試件中的較弱零件及**工藝所造成的，而階梯成長則是因為改正設計所造成的。表面成長不會由原型件轉到生產件，但是會在裝備的每一單件上重復發生，因此又有人稱之為非成長之成長(No-Growth Growth).。由于有效的加入設計改正行動，階梯成長則確實會轉移到生產件上。因此，TAAF過程包括一序列的試驗時問(表面成長)，而每一試驗時間后則必須跟著一段改正時間(階梯成長)。當有兩件或兩件以上的試件同時進行試驗時，試驗與改正時間必須錯開，如此當一件試件在執行試驗時，其它則在進行改正行動。
RDGT必須改正的主要失效種類包括(l)減低操作有效性的失效，以及(2)造成維護與后勤支持成本的失敕。改正前者，可提高任務可靠度;改正后者，則可減低維護人力成本。
在研發初期*好能夠獲得的一或二件裝備進行RDGT，因為設計初期難免會有不成熟或考慮不周之處，假如延遲發現失效的時間，一旦進入正式的形態管制循環后再改正設計，因為增加可靠度工程變更所需的行政處理程序，反而會引起更大的研發時程耽擱。這種耽擱累積的結果，將造成計劃后期無法避免的配合困難問題，甚至于可能無法采取必需的設計改正行動。
執行RDGT時，以電子裝備為例，一般的程序為l)先執行ESS，以消除試件中**工藝和較弱零件等非設計疵病;(2)其次依照MIL-STD-810規定之方注與程序執行環境試驗，確定硬品耐環境極值的能力;(3)*后再以壽命周期輪廓的復合環境應力，按試驗一分析一改正原則進行可靠度試驗。
在系統壽命周期中，由于失效原因及模式之不同而產生浴缸曲線式的失效率變化，研發初期所存在的失效率往往比理想的失效率為高，可依失效類別安排適當試驗，將相關失效模式發掘及排除，在RDGT初期利用超應力(Over stress)及復合應力(Combined-Stress)，可獲致提早改進設計缺失之效果，以防止在漫長貯存期中失效模式之突然出現。
依據785B之需求，一個適當的可靠度計劃，應當強調ESS及RDGT，而后適度執行RQT及PRAT，但非完全不做。RDGT與RQT*大的不同為RDGT之目的在發掘失效，而RQT則是履約的依據。
1.3可靠度鑒定試驗
可靠度鑒定試驗(Reliability Qualification Test, RQT)，可靠度鑒定試驗之目的是在裝備進入生產前，對研制裝備滿足*低可靠度需求的合理保證。可靠度鑒定試驗的試驗輪廓必須考慮壽命周期的實際操作狀況。同時RQT是一種合約性的行為，利用統計的原理，抽樣試驗檢定可靠度參數是否達到約定的目標，作為分析履約與否的依據，試驗結果可以推算可靠度估計值，但必須考慮樣本大小的因素。在所選用的統計試驗方案必須預先訂定裝備的合格準則(允收)，此一準則規定裝備真實可靠度小于*小允收可靠度需求以及大于*大拒收可靠度需求的冒險機率極限，前者即為生產者冒險(α)，后者為消費者冒險(β)。統計試驗方案的選擇必須根據成本與時程有效的加以裁適。
在可靠度試驗的實務上，常會遭遇到一種困擾的現象，亦即不管是否與統計上的假設矛盾，試驗十件試件、每件試驗十小時，并不等于試驗一件試件、每件試驗一百小時，除非試件的MTBF小于10小時、且100小時的試驗時間尚末達試件老化的時期。
可靠度鑒定試驗是正式生產前先導生產階段的試驗，目的在決定生產制造能力已經可制造設計成熟的系統或裝備，因此RQT必須及時完成，以便作為生產決策的管理信息輸入數據。
在開始執行RQT之前，有一些必要的試驗執行與管制文件必須事先備便，這些文件包括:可靠度鑒定試驗計劃，及可靠度鑒定試驗細部程序、試件清單、裝備規范、可靠度鑒定試驗環境輪廓、統計試驗方案，以及確實規定試驗權責單位、試驗時問、試驗地點，以及所使用試驗儀具設備的可靠度鑒定試驗執行方案。
1.4生產可靠度接收試驗
生產可靠度接收試驗(Production Reliability Acceptance Test, PRAT)，生產可靠度接收試驗也是利用統計檢定的方法驗證交貨裝備或生產批的可靠度是否符合設計規定。試驗環境條件必須是代表實際任務輪廓的操作與環境狀況，在統計試驗方案中，必須訂定允收準則，以及特定信賴(冒險)水平下的*小允收可靠度。此一準則必須依據成本與時程效率而加以裁適。試驗結果或許可以提供驗證得可靠度的推定值，但是由于所選定試件樣本數的限制，其信賴水平將受影響。
生產可靠度接收試驗結果有時可代替書面或口頭的使用保證，作為反應制造者正面或負面財務狀況的基礎。
由于本項試驗必須仿真裝備的壽命周期與操作環境，生產可靠度接收試驗可能需要相當昂貴的試驗設備，因此一般都不建議采用所有裝備，亦即100%抽樣的試驗方案。因為此項試驗結果為履約的依據，因此生產可靠度接收試驗應該盡可能由與研制者無關的獨立單位來負責。*后由于生產可靠度接收試驗具有提供使用者的保護機能，以及對于研制者質量管理計劃的激勵作用，當生產運作一切都很健全和順利時，通常抽樣頻率可以適度地予以放松，但是此一調整并不意味著生產可靠度接收試驗的需求可以完全擱置或加以廢止。