关于GJB 899A-2009中地面固定设备可靠性试验剖面的探讨

谭金，李胜红，罗江涛，何晓妍，张锐

（1.中国电子科技集团公司第三十研究所，成都 610041； 2.中央军委装备发展部军事代表局驻成都地区第一军事代表室，成都 610041；3.成都三零嘉微电子有限公司，成都 610095）

引言

可靠性是武器装备的通用质量特性之一，武器装备的可靠性是发挥作战效能的关键[1]。可靠性试验是为了评估产品在规定寿命期间内，在预期的使用、运输或存储等环境下完成规定功能的能力而进行的活动。试验剖面的确定是进行可靠性试验的基础，试验剖面的合理性决定了可靠性试验的有效性。GJB 899A-2009《可靠性鉴定和验收试验》作为一部详细阐述可靠性试验剖面确定方法的军用标准，为军用设备提供了统一的、具有再现性的通用试验剖面确定方法[2]。

GJB 899A-2009规定的确定应力的优先次序如下[3]：实测应力第一优先级,估计应力第二优先级,参考应力最末。王学孔[4]等利用实测数据制定可靠性试验剖面方法中，通过实测数据获得产品实际的环境应力剖面，然后将这些数据进行工程化处理得到试验剖面，再使用得到试验剖面进行可靠性试验，可以更加真实地模拟产品实际的使用环境状态。但在实际执行过程中，存在获得实测数据有较大困难，获得的实测数据有效性和典型性难以评估，实测数据处理与分析难度大、成本高、时间周期长，论证单位或研制单位往往不具备实测数据的条件等问题，导致无法获得实测应力。对于新研产品往往无相似产品，或者相似产品也无实测应力，故估计应力亦无法获得。在研制总要求或研制合同中一般只给出定量指标MTBF值，未给出任务剖面或环境剖面，故在制定可靠性试验剖面时就只能使用参考应力。然而，在实际引用GJB 899A-2009地面固定设备规定的参考应力时发现：其振动应力、温度应力和湿度应力规定不够详细具体，具有一定局限性，本文针对上述情况进行探讨。

1 地面固定设备试验应力局限性分析

可靠性试验应在振动应力、温度应力、湿度应力、电应力和其它有关试验应力综合条件下进行，根据产品的任务剖面和环境剖面确定可靠性试验应力的量值。

GJB 899A-2009中地面固定设备试验剖面规定了振动应力、温度应力、湿度应力和电应力，其地面固定设备的合成试验剖面如图1所示。本文分别从振动应力、温度应力和湿度应力方面对GJB 899A-2009中地面固定设备试验应力的局限性进行分析。

图1 GJB 899A中地面固定设备的合成试验剖面

1.1 振动应力

GJB 899A-2009[3]规定“对设备不采取特别的包装，其综合环境条件和要求可按GJB 150.16中有关章节进行。若运输的距离短，路面良好，则可以从（20～60）Hz的频带内任选一个非共振频率进行正弦耐振振动试验。”

采用正弦振动模拟运输环境不真实，运输振动环境应是宽带随机振动，且GJB 150.16-86已被GJB 150.16A-2009代替。

1.2 温度应力

GJB 899A-2009[3]规定冷浸温度为-54 ℃，热浸温度为85 ℃，有空调室内工作环境温度取为20 ℃，无空调室内工作环境温度取为40 ℃，无空调热带室内50 %试验时间的工作环境温度为60 ℃，25 %试验时间为40 ℃，其余25 %试验时间内为20 ℃。

冷浸是用于考核产品的抗寒性，热浸是用于考核产品的耐热性，绝大数产品的室内环境温度没有如此严酷，直接引用GJB 899A-2009中冷浸温度值和热浸温度值有局限性，会对产品产生过试验，不利于考核产品真实的可靠性值，且GJB 899A-2009中未规定冷浸和热浸的持续时间，可操作性不强。

产品在预期寿命期内往往会经历低温工作环境和高温工作环境，试验剖面中未考核到产品在低温工作和高温工作的情况，且GJB 899A-2009中未规定温度变化速率，可操作性不强。

1.3 湿度应力

GJB 899A-2009[3]规定“合同中若无规定，则不必进行湿度试验”，但产品在预期寿命期内往往会经历高湿环境，缺少湿度应力导致试验剖面不够全面。

2 地面固定设备试验剖面的改进方案

2.1 试验应力确定原则

可靠性是指产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力[5]。环境适应性是指装备（产品）在其寿命期预计可能遇到的各种环境试验的作用下能实现其所有预定功能和性能不被破坏的能力，是装备的重要的质量特性之一[6]，即指产品适应其运输、存储及使用环境的能力。环境适应性试验考核产品耐受极限应力的能力，可靠性试验考核产品在预期寿命期内所应承受的环境应力，故可靠性试验应力不应高于环境适应性试验应力。

为了使研制和生产的产品具备耐受极限应力的能力，在产品的立项论证阶段就应明确这种能力并作为战术指标纳入研制总要求和研制合同中，故研制总要求、研制合同或试验总案等技术文件中明确规定环境适应性的指标要求，其规定的工作温度为产品的极限工作温度，其规定的存储温度为产品的极限存储温度，故可靠性的工作温度不应超过环境适应性的工作温度，可靠性的冷浸温度和热浸温度不应超过环境适应性的存储温度。

2.2 试验剖面的改进

2.2.1 振动应力

地面固定设备在寿命环境期内需从制造工厂运输到仓库或用户安装场地，故在可靠性试验前，应先完成运输振动试验。产品通常使用货车/卡车进行运输，振动环境按照GJB 150.16A-2009[7]中高速公路卡车振动环境进行试验，振动暴露持续时间每1 600 km的公路运输为60 min（每个轴向），每个轴向振动时间按照运输距离进行计算。若产品使用包装箱包装完好后进行运输，则振动试验过程中应带包装且不加电。

2.2.2 温度应力

1）冷浸温度和热浸温度

地面固定设备试验剖面的冷浸温度采用环境适应性指标中低温存储温度，其热浸温度采用环境适应性指标中高温存储温度。

2）冷浸和热浸的持续时间

冷浸和热浸的持续时间至少应将产品冷透或热透，其持续时间应不低于产品的温度稳定时间，可以采用实测法或重量法来确定产品的温度稳定时间。

①实测法

实测法是指在产品上安装温度传感器来实际测量温度稳定时间。将产品正确安装在温度试验箱内，并将温度传感器紧贴在产品具有最大温度滞后效应的功能部件上，将温度试验箱调至T温度，当温度试验箱达到T温度开始计时，测量到温度传感器达到T温度所需的时间即为该产品的温度稳定时间。实测法适用于具备实测环境条件的情况。

②重量法

依据GJB 1621.7A-2006[8]中规定，按照产品重量分为4个等级，分别规定了对应的温度稳定时间，详见表1。若产品是由几个分机组成，应以最重分机重量决定温度稳定时间。重量法适用于不具备实测环境条件的情况。

表1 产品的温度稳定时间

3）工作温度

当产品安装在有空调室内或无空调室内时，其试验剖面中工作环境温度均为恒温，应在试验剖面中加入低温工作和高温工作情况，全面考核产品的可靠性。在冷浸结束后，将温度调节到低温工作温度，在进行热浸之前，将温度调节至高温工作温度，低温工作和高温工作的温度分别采用环境适应性试验指标中低温工作温度和高温工作温度，低温工作和高温工作的持续时间至少为温度稳定时间+2 h，试验剖面如图2所示。

图2 改进后的地面固定设备试验剖面图

当产品安装在无空调热带室内时，若环境适应性试验指标中高温工作温度高于60 ℃，试验剖面应设计指标温度点高温工作情况，其持续时间至少为温度稳定时间+2 h；若环境适应性指标中高温工作低于60 ℃，试验剖面的高温工作温度采用环境适应性试验指标中高温工作温度；地面固定设备的环境适应性指标中低温工作温度均低于20 ℃，试验剖面应设计指标温度点的低温工作情况，其持续时间至少为温度稳定时间+2 h。

4）温度变化速率

产品应用场所为室内固定环境中，其寿命周期环境内共经历春夏秋冬四个季节环境，其温度变化速率不宜过高，GJB 150.3A-2009[9]中规定“温度变化速率应不超过3 ℃/min，以免造成温度冲击”，建议地面固定设备的温度变化速率不超过3 ℃/min。

2.2.3 湿度应力

为模拟产品在高湿环境的情况，在热浸阶段注入湿气，相对湿度为（75～95）%，可靠性试验的湿度应力不应超过环境适应性试验的湿度应力，其余阶段不注入湿度，试验箱不应烘干。

2.2.4 电应力

产品通电工作时间应不低于试验时间的90 %，随机选取不超过10 %的试验时间断电。标称电压占通电时间的50 %，上限电压和下限电压各占通电时间的25 %。若无其他规定，则输入电压的变化范围应为标称电压的±10 %，应按设备使用情况确定工作持续时间[10]。在低温工作、恒温工作和高温工作阶段均应对产品功能性能进行加电检测，冷浸和热浸期间产品应断电。

综合振动应力、温度应力、湿度应力和电应力情况，改进后的地面固定设备试验剖面图如图2所示，图2中字母指标说明如表2所示。

表2 关于图2中字母指标说明

3 结语

通过对GJB 899A-2009中地面固定设备的振动应力、温度应力和湿度应力的局限性进行分析，根据引用其它相关标准、工程经验和分析产品使用环境特点提出地面固定设备试验剖面的改进方案，并给出改进后地面固定设备试验剖面图，使其更具有可操作性和更符合实际环境情况，对制定地面固定设备的试验剖面具有一定借鉴意义。