引言
什么器件采用什么生產(chǎn)過程呢？新的設(shè)計(jì)必須得到確認(rèn)，以便開始生產(chǎn)。目
的是避免那些導(dǎo)致?lián)栴}出現(xiàn)的產(chǎn)品流入市場(chǎng)的風(fēng)險(xiǎn)。如何保證產(chǎn)品無設(shè)計(jì)缺陷呢？試驗(yàn)必須全面，但必須有效，以保證擔(dān)保費(fèi)用低和避免賠償?shù)呢?zé)任。
信息：根據(jù)產(chǎn)品試驗(yàn)所用的方法而作出決策所需的信息可分為如下4組：
1）目標(biāo)：需要這種信息的目的是為了確認(rèn)特殊設(shè)計(jì)特性和設(shè)計(jì)等級(jí)等。例如，在早期設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)理念必須證明是可行的，而即將投產(chǎn)的產(chǎn)品必須論證給出的置信等級(jí)。需用來確認(rèn)不同等級(jí)的設(shè)計(jì)和產(chǎn)品的信息就是試驗(yàn)的目標(biāo)。
2）方法：適合用來產(chǎn)生信息的方法。這些試驗(yàn)方法、計(jì)算機(jī)建模和工程算法將用來產(chǎn)生所需的信息。
3）失效模式：預(yù)測(cè)的失效模式種類會(huì)影響適當(dāng)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)所需的方法和設(shè)備。
4）設(shè)備：需用來實(shí)施給定方法的設(shè)備種類。
5）性能參數(shù)：不同于設(shè)備零部件的性能范圍。
信息目標(biāo)：視產(chǎn)品的研制階段而定，需要的信息有若干種類。
表1 各類所需的信息
| 可行性 | 計(jì)算機(jī)建模，工程計(jì)算 | 經(jīng)驗(yàn)，過去的實(shí)踐 | |
| 安全性，SPC控制，工程輸入 | 用于過程控制、安全性、一致性和工程輸入的、諸如標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載或材料特性之類的信息 | | |
| 設(shè)計(jì)迭代 | 可靠性增長(zhǎng)用的根本原因（糾正措施） | 評(píng)估設(shè)計(jì)成熟度用的DM | 計(jì)算機(jī)建模，工程計(jì)算 |
| zui后生產(chǎn) | 評(píng)估成本/擔(dān)保用的可靠性預(yù)計(jì) | 工作極限的確定 | |
| 新產(chǎn)品開始設(shè)計(jì) | 確定工作極限 | | |
在產(chǎn)品研制的早期階段中，必須確定設(shè)計(jì)的基本可行性。在工業(yè)部門中，設(shè)計(jì)的可行性經(jīng)常以過去的經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)。不過，新的設(shè)計(jì)有時(shí)會(huì)碰到挑戰(zhàn)。在這種情況下，必須評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)的可行性。
在開展設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)工程師需要特定的要求和獨(dú)立的信息以滿足某些條例。例如，用40%的玻璃填充到聚合物中而制成的汽車儀表板的塑料結(jié)構(gòu)將具有*的性能。模制過程以及模制過程中玻璃纖維中引發(fā)的定向量將產(chǎn)生設(shè)計(jì)的材料特性。因此，設(shè)計(jì)工程師必須確定這些信息，以便適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)元器件。
在設(shè)計(jì)迭代階段中，需用來推進(jìn)項(xiàng)目的關(guān)鍵信息是設(shè)計(jì)固有失效模式的根本原因。設(shè)計(jì)工程師可調(diào)整設(shè)計(jì)，以改進(jìn)設(shè)計(jì)的固有可靠性，若失效模式的根本原因是已知的話。
除了失效模式的根本原因以外，設(shè)計(jì)的相對(duì)成熟度也是關(guān)鍵。若設(shè)計(jì)是成熟的，那么繼續(xù)的設(shè)計(jì)迭代就不會(huì)改進(jìn)設(shè)計(jì)的固有可靠性。但另一方面未成熟的設(shè)計(jì)對(duì)先前的設(shè)計(jì)來說很可能是一種進(jìn)步。了解設(shè)計(jì)是否成熟，這是完成迭代設(shè)計(jì)階段的關(guān)鍵。
在迭代設(shè)計(jì)期間，已知負(fù)載案例的應(yīng)力一致性、減輕質(zhì)量/重量的機(jī)會(huì)、在電子器件中重新分配熱源、流動(dòng)通路和選通的*化、人機(jī)工程的影響和其它許多問題都可通過計(jì)算機(jī)建模來描述。盡管這些問題不是象限制產(chǎn)品壽命或工作的物理失效那樣重要，但他們的確影響到設(shè)計(jì)的得益性和效率。
在生產(chǎn)期間，制造工程師需要驗(yàn)證生產(chǎn)過程沒有把研制中不成問題的失效模式引入產(chǎn)品中去。研制試驗(yàn)與生產(chǎn)試驗(yàn)之間的特性比較可提供關(guān)鍵的工藝失效的根本原因信息。產(chǎn)品族的預(yù)期特性對(duì)于擔(dān)保預(yù)測(cè)、服務(wù)人員培訓(xùn)、更換、修理和維護(hù)計(jì)劃來說是*的。
對(duì)于許多產(chǎn)品來說，實(shí)際公布的工作極限和貯存極限是研制期件定的目標(biāo)、然后在zui后生產(chǎn)中加以量化。此信息對(duì)于確定用戶指南信息和擔(dān)保局限來說是關(guān)鍵。
4. 失效模式
產(chǎn)品研制的可行性與迭代設(shè)計(jì)階段所需的信息部分取決于設(shè)計(jì)的潛在失效
模式。不同方法和設(shè)備的選擇與成功取決于需得到驗(yàn)證的失效模式。靜態(tài)負(fù)載試驗(yàn)不會(huì)提供疲勞、磨損、化學(xué)反應(yīng)、涂層、拋光、潤(rùn)滑劑或設(shè)計(jì)狀態(tài)的變化相關(guān)的信息。振動(dòng)有助于測(cè)定疲勞、磨損、干擾和彎曲等失效模式，但無助于測(cè)定其它失效模式。在選擇方法和試驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，必須得到驗(yàn)證的失效模式必須加以考慮。無知不是福。
5. 方法
要討論的不同方法有許多。為了弄清起見，這些方法可根據(jù)產(chǎn)生的信息種類
來分組。此處將特別強(qiáng)調(diào)較新的加速試驗(yàn)方法。
5．1 失效模式驗(yàn)證試驗(yàn)
失效模式驗(yàn)證試驗(yàn)（FMVT）是失效模式識(shí)別試驗(yàn)方法，它所用的樣品可少至1個(gè)。該試驗(yàn)方法用來確定多個(gè)設(shè)計(jì)固有失效模式、給失效模式分類和為設(shè)計(jì)改進(jìn)（設(shè)計(jì)成熟度）評(píng)估可能性。
5．2 高加速壽命試驗(yàn)
高加速壽命試驗(yàn)是也失效模式識(shí)別試驗(yàn)方法，它用很少樣品來確定多個(gè)設(shè)計(jì)固有失效模式，確定產(chǎn)品的工作與毀壞極限。
5．3 全系統(tǒng)壽命試驗(yàn)
全系統(tǒng)壽命試驗(yàn)（FSLT）是加速可靠性試驗(yàn)方法，該方法是使樣品在所有的已知應(yīng)力源下經(jīng)歷1個(gè)相等的壽命。該試驗(yàn)可產(chǎn)生可靠性預(yù)計(jì)。
5．4 靜態(tài)負(fù)載試驗(yàn)
現(xiàn)有各種各樣的靜態(tài)負(fù)載試驗(yàn)，它們可測(cè)量以非循環(huán)方式經(jīng)受軸向、扭轉(zhuǎn)或壓力負(fù)載的樣品的耐負(fù)載或破壞性負(fù)載特性。這些試驗(yàn)可提供關(guān)鍵負(fù)載承受件上的破壞上限和安全性驗(yàn)證。
5．5 化學(xué)反應(yīng)試驗(yàn)
現(xiàn)有各種各樣的環(huán)境試驗(yàn)，它們用來確定樣品經(jīng)得起化學(xué)物質(zhì)以及諸如鹽霧、紫外線、高低溫或濕度之類因素影響的能力。這些試驗(yàn)通常以靜態(tài)負(fù)載成雙進(jìn)行，以跟蹤由于化學(xué)反應(yīng)而發(fā)生的樣品強(qiáng)度劣化。
5．6 CMM
設(shè)計(jì)的尺寸測(cè)試用來驗(yàn)證樣品能滿足設(shè)計(jì)容差。
5．7 材料特性
產(chǎn)品中所用的材料特性可通過各種方法來確定。諸如密度、可拉伸性、模量、成品率、硬度、微結(jié)構(gòu)、化合物、玻璃轉(zhuǎn)換溫度和不退色性等之類的特性都能得到確定。此信息對(duì)于產(chǎn)品利用材料特性或在材料的極限內(nèi)能正常工作來說是有用的。
5．8 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）可預(yù)計(jì)設(shè)計(jì)質(zhì)量、空腔中心、共振特性、應(yīng)力聚集、熱特性、聲學(xué)特性和機(jī)械響應(yīng)等。此信息可用來實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的*化和設(shè)計(jì)改進(jìn)。
6．設(shè)備
適用于試驗(yàn)的設(shè)備范圍很大。由于振動(dòng)設(shè)備與討論的加速試驗(yàn)有關(guān)，此處介紹幾種振動(dòng)試驗(yàn)設(shè)備。
6．1 FMVT機(jī)
FMVT機(jī)是有權(quán)的懸置6軸振動(dòng)機(jī)，它設(shè)計(jì)用來產(chǎn)生大的位移以及振動(dòng)能的較均勻分配。
6．2 氣動(dòng)錘擊臺(tái)
氣動(dòng)錘擊臺(tái)（如QualMark制造的OVS系列）是有權(quán)的6軸振動(dòng)機(jī)，它設(shè)計(jì)用來產(chǎn)生擬隨機(jī)高頻振動(dòng)。
6．3 聯(lián)動(dòng)機(jī)（Team Cube）
聯(lián)動(dòng)機(jī)是有權(quán)的6軸振動(dòng)機(jī),它能產(chǎn)生低頻振動(dòng)，它的特征是具有高可控振動(dòng)剖面。
6．4 環(huán)境試驗(yàn)箱
環(huán)境試驗(yàn)箱具有很多種尺寸、溫度范圍、濕度控制器、梯升率和控制方法。典型的試驗(yàn)箱有循環(huán)風(fēng)機(jī)，試驗(yàn)箱用電熱器加熱和用制冷系統(tǒng)冷卻，冰凍與zui高箱子溫度之間可進(jìn)行濕度控制。
6．5 其它
還有其它振動(dòng)與循環(huán)設(shè)備可用來提供客戶要求的和標(biāo)準(zhǔn)的單一軸向振動(dòng)、6軸振動(dòng)和循環(huán)負(fù)載。一般來說，特殊試驗(yàn)的負(fù)載要求將支配所用的設(shè)備。應(yīng)注意，有若干試驗(yàn)方法要求客戶設(shè)計(jì)元器件的循環(huán)試驗(yàn)，同時(shí)使用上述所列的一種設(shè)備。
6．6 性能參數(shù)
對(duì)于設(shè)備的每個(gè)零件來說，性能范圍可用來決定哪臺(tái)試驗(yàn)機(jī)zui適用于特殊試驗(yàn)方法和信息目標(biāo)。對(duì)于基本振動(dòng)機(jī)來說，基本參數(shù)是負(fù)載、位移范圍、頻率范圍和設(shè)計(jì)的共振特性。
7. 決策
決定產(chǎn)品用哪個(gè)試驗(yàn)方法和設(shè)備時(shí)，必須進(jìn)行信息目標(biāo)、適用方法、潛在失
效模式和適用設(shè)備的比較。
7．1 信息驅(qū)動(dòng)的比較
用信息目標(biāo)來決定哪個(gè)試驗(yàn)方法，這有助于限制選擇方案的數(shù)量和把重點(diǎn)放在試驗(yàn)?zāi)康纳?。特殊的信息目?biāo)可通過產(chǎn)品所處的研制階段來決定。表2供給定信息目標(biāo)的合適方法的簡(jiǎn)單目錄。
表2 給定信息目標(biāo)的合適方法
| 給定的信息目標(biāo) | 合適的方法 |
| 可靠性增長(zhǎng)所用的根本原因（糾正措施） | HALT | FMVT | 化學(xué)反應(yīng)試驗(yàn) | 靜態(tài)負(fù)載試驗(yàn) | |
| 估計(jì)成本/擔(dān)保費(fèi)所用的可靠性預(yù)計(jì) | FSLT | 化學(xué)反應(yīng)試驗(yàn) | 靜態(tài)負(fù)載試驗(yàn) | CMM | 特性 |
| 用于過程控制、安全性、一致性和工程輸入的、諸如標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載或材料特性之類的信息 | CMM | 特性 | 化學(xué)反應(yīng)試驗(yàn) | 靜態(tài)負(fù)載試驗(yàn) | |
| 評(píng)估設(shè)計(jì)成熟度用的DM | FMVT | | | | |
| 工作極限的確定 | FMVT | HALT | 靜態(tài)負(fù)載試驗(yàn) | 特性 | |
信息目標(biāo)不能*確定哪個(gè)試驗(yàn)方法zui適用于現(xiàn)有的設(shè)計(jì)階段。用表3所述的潛在失效模式有助于把試驗(yàn)方法的范圍收窄。
表3 潛在失效模式與合適的試驗(yàn)方法
| 潛在失效模式 | 合適的試驗(yàn)方法 |
| 疲勞 | HALT | FMVT | FSLT | |
| 磨損 | HALT | FMVT | FSLT | |
| 化學(xué)反應(yīng) | 化學(xué)反應(yīng)試驗(yàn) | 特性 | | |
| 超載 | 靜態(tài)負(fù)載試驗(yàn) | | |
| 干擾/彎曲 | HALT | FMNT | FSLT | CMM |
| 涂層/拋光/潤(rùn)滑油 | HALT | FMVT | FSLT | 特性 |
| 狀態(tài)變化 | HALT | FMVT | FSLT | 特性 |
應(yīng)注意，對(duì)于特殊產(chǎn)品來說，試驗(yàn)計(jì)劃可能需要兩個(gè)或更多個(gè)試驗(yàn)方法來滿足所有目標(biāo)。不過，明確地制定試驗(yàn)的信息目標(biāo)有助于避免多余試驗(yàn)引起的信息重復(fù)。
有了實(shí)現(xiàn)信息目標(biāo)所需的方法之后，就可以選擇合適的試驗(yàn)設(shè)備。表4顯示本文作過比較的帶有比較用參數(shù)的設(shè)備及可實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。
表4帶有比較用參數(shù)的設(shè)備及可實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)
| 比較用參數(shù) | FMVT機(jī) | QualMark | 聯(lián)動(dòng)機(jī) | 其它 |
| 負(fù)載/位移范圍 | 3000磅單軸負(fù)載，zui大30g，位移4英寸 | 3000磅單軸負(fù)載，zui大60g，位移＜0.25英寸 | 14000磅單軸負(fù)載，zui大14g，位移2英寸 | － |
| 共振特性 | 5~2500Hz初級(jí)能量范圍 | 500~10000Hz初級(jí)能量范圍 | 2~200Hz初級(jí)能量范圍 | － |
| |
| 信息目標(biāo) | | | | |
| 可靠性增長(zhǎng)所用的根本原因（糾正措施） | × | × | × | × |
| 估計(jì)成本/擔(dān)保費(fèi)所用的可靠性預(yù)計(jì) | － | － | × | × |
| 用于過程控制、安全性、一致性和工程輸入的、諸如標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載或材料特性之類的信息 | － | － | － | × |
| 評(píng)估設(shè)計(jì)成熟度用的DM | × | × | × | |
| 工作極限 | × | × | × | × |
會(huì)員1.png)