电工电子产品质量提升

【摘要】随着电工电子产品广泛应用于现代社会，产品质量的提升就体现在其性能和可靠性方面的高要求。产品质量的提升依托粤品通技术服务平台，充分发挥“工业产品医院”机构的技术性、服务性，不断提高产品可靠性。环境可靠性试验是评估产品在不同环境条件下的稳定性和可靠性的一种试验方法，是产品质量提升的关键步骤。本论文旨在提出电工电子产品环境可靠性试验剖面图设计的方法。传统的环境适应性试验往往采用固定的试验剖面图来模拟特定环境条件，如温度、湿度、振动等。然而，由于电工电子产品在实际使用中可能会遇到复杂多变的环境条件，传统的试验剖面图设计无法全面覆盖所有可能的工作条件和应力场景，导致试验结果可能不准确或不可靠。因此，设计出环境可靠性综合试验剖面极为重要，为日后电工电子产品的可靠性提供大力支持。

【关键词】综合试验剖面；电工电子产品；可靠性；粤品通；工业产品医院

【DOI编码】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.06.033

Improvement of Quality of Electrical and Electronic Products—Research on the Design of Environmental Reliability Test Profile

CHEN Haifeng， WU Junchun， GUAN Weibin

（Guangdong Institute of Product Quality Supervision and Inspection， Guangzhou 510670， China）

Abstract： With the widespread application of electrical and electronic products in modern society， the improvement of product quality is reflected in the high requirements for their performance and reliability. The improvement of product quality relies on the Yuepintong technical service platform， fully leveraging the technical and service capabilities of the "Industrial Product Hospital" institution， and continuously improving product reliability. Environmental reliability testing is a testing method for evaluating the stability and reliability of products under different environmental conditions， and is a key step in improving product quality. The purpose of this paper is to propose a cross-sectional design for environmental reliability testing of electrical and electronic products. Traditional environmental adaptability tests often use fixed test profiles to simulate specific environmental conditions， such as temperature， humidity， vibration， etc. However， due to the complex and ever-changing environmental conditions that electrical and electronic products may encounter in practical use， traditional test profile design cannot fully cover all possible working conditions and stress scenarios， resulting in inaccurate or unreliable test results. Therefore， designing a comprehensive test profile for environmental reliability is extremely important， providing strong support for the reliability of electrical and electronic products in the future.

Keywords： comprehensive experimental profile； electrical and electronic products； reliability； yuepintong； industrial products hospital

0引言

为贯彻落实习近平总书记关于推进新型工业化的重要指示和发展新质生产力的重要论述，助力实体经济发展，服务制造业商家。广东省市场监督管理局成立粤品通技术服务平台，致力于产品质量提升，充分发挥“工业产品医院”机构的技术性、服务性，不断提高产品可靠性。随着电工电子产品广泛应用于现代社会，产品质量的提升就体现在其性能和可靠性方面的高要求。电工电子产品不仅存在于日常生活中，还在工业、军事、医疗等领域中发挥着至关重要的作用。为了确保电工电子产品在各种环境条件下能够正常工作并且具备足够的可靠性，环境可靠性试验成了不可或缺的一环。环境可靠性试验旨在模拟产品可能遇到的各种环境应力，并通过对产品进行系统性的测试和评估，以发现潜在的问题和缺陷，从而提前采取措施进行改进和优化。而在进行环境可靠性试验时，试验剖面图的设计起着至关重要的作用。

试验剖面图是环境可靠性试验的核心之一，它包括了在试验过程中要模拟的环境条件和应力场景的描述，如温度曲线、湿度曲线、振动频率、电磁场强度等。现在综合试验剖面设计主要以GJB 899A—2009《可靠性鉴定和验收试验》的标准为基础，根据不同产品的任务和环境设计出综合试验剖面。下面对电工电子产品（以下简称“产品”）环境可靠性试验剖面图设计展开全面的介绍。

1产品寿命剖面到试验剖面的过程

寿命剖面是对产品在从其接收到其寿命终结或退出使用这段时间内所要经历的各种事件和状态（包括环境条件、工作方式及其延续情况）的一种时序描述。它涉及寿命期内的每个重要事件，例如运输、贮存、试验与检验、备用与待命状态、运行使用或任务剖面以及其他可能事件。寿命剖面是确定产品将会遇到的环境条件的基础。

产品的环境剖面与其任务剖面有密切的联系，因此进行试验剖面分析设计时，除了要了解产品任务时，还需要了解所在的环境条件，对产品环境剖面中的环境应力进行数据分析与信息获取，建立环境参数值与试验时间的对应关系。

每种产品的任务剖面和环境剖面不完全相同，可以有多种情况。因此，可以合理调整任务剖面和环境剖面的组合，以任务剖面为基础，综合确定其实验室环境可靠性试验剖面图。然而，并不是每项任务剖面都需要进行有对应的环境剖面，而是依据参数量值计算加权合成，将已知的环境参数以及作用时间关系进行处理，将每项任务剖面和环境剖面合成一个环境可靠性试验剖面图，具体合成规则如图1所示。

3产品环境可靠性试验剖面

3.1试验剖面设计

试验剖面一般经历以下步骤：1）确定产品任务剖面。2）确定产品每种任务的环境剖面。3）根据产品的环境剖面确定每项任务的试验剖面。4）将每个任务的试验剖面合成一个试验剖面，从而绘制试验剖面图。

3.2环境剖面

环境剖面是产品在贮存、运输、使用中将会遇到的各种主要环境参数和时间的关系图，它主要根据任务剖面绘制。每个任务剖面对应于一个环境剖面，因此环境剖面可以是一个，也可以有许多个。任何产品在设计上应能正常使用且功能正常，在产品的寿命期内，可能遇到的严酷贮存和运输环境，产品应具有保持正常使用且不损坏其功能的能力。设计产品的环境剖面，其目的是控制产品的设计和试验的成功性，评估产品的可靠性。在论证过程中，确定产品环境剖面的工作难度较大，因为一个新产品可能遇到的外界环境与它所准备替代的产品或相似产品所遇到的环境有较大差异。

产品所经历的正常使用环境条件一般包括以下几方面：1）诱发环境应力。公路运输：路面颠簸、振动（随机）、紧急制动（冲击）、电磁干扰、搬运时的跌落或倾倒、堆码。铁路运输：紧急制动（冲击）、铁路轨道的振动、电磁干扰、搬运时的跌落或倾倒、堆码。航空运输：振动（飞行时）、冲击、倾斜和摇摆、电磁干扰、运输时的跌倒、堆码。船舶运输：水面颠震、振动、倾斜和摇摆、冲击、电磁干扰、水面上的油污、搬运时的跌落或倾倒。公路上的人工搬运：颠簸、随机振动、搬运时的跌落或倾倒、堆码。2）自然环境应力。温度（高低温）、高温高湿、振动、太阳辐射、低气压、高气压、凝露、紫外老化、淋雨、大风雨、温度冲击、霉菌、积冰冻雨、混合气体腐蚀、盐雾、沙尘、雷电、磁场等。

3.3任务剖面

任务剖面是对产品在完成规定任务这段时间内所要经历的全部重要事件和状态的一种时序描述。它仅是寿命剖面的一部分。一种产品可用于执行单一任务，也可用于执行多项任务，因此任务剖面可以有一个，也可以有许多个。任务剖面是决定产品在使用中将会遇到的主要环境条件的基础，它取决于产品的使用要求和产品设计特性。任务剖面一般应包括：产品运行时的状态、产品运行每个阶段任务的时间与顺序和产品所处环境（自然的与诱发的）时间与顺序。任务剖面能够决定产品在使用中将会遇到的主要环境条件，它取决于产品的使用要求（例如功能不同，使用条件不同）。产品寿命剖面和任务剖面应由购买方或总体设计单位给出。

3.4试验剖面

3.4.1环境应力

在确定试验剖面之前，首先要确定环境应力。环境应力通过可靠性试验来表现，可靠性试验通过采用综合环境条件且其试验所采用的环境应力及其随时间的变化，从而确定环境应力的大小。可靠性试验的环境应力具体条件参数取值的方法不同于环境适应性试验取最值条件的方法，它是通过模拟实际环境得出来的。

确定试验环境条件，第一步要确定环境应力。针对产品可能会经历的环境条件进行全面的理论分析，并判断哪些环境应力对产品的可靠性影响最大。对于电工电子产品而言，施加的环境应力主要有温度（温度冲击/速率、高低温）、湿度（通常伴随着高温）、振动等，这是因为上述环境应力对产品的可靠性影响最大。据统计分析，上述环境应力分别占环境引起故障数的39%、28%和18%。因此，着重考虑这三个因素，这三个环境因素对产品可靠性影响概率占了85%以上；剩下的环境应力，可以通过可靠性鉴定试验去检验其对产品可靠性的影响。对于在使用中会经受多种环境应力的产品，试验时应考虑对其施加综合的环境应力。根据产品所处的使用环境及所需验证的可靠性要求的不同，可以根据实际情况，增加别的环境应力，如鉴定扫地机器人的零部件连接件是否会松动，试验中就应施加更大的振动负荷。

第二步，在确定试验环境条件的同时，还需确定试验应力等级。以下是确定环境试验应力等级的依据及顺序。1）实测应力。在确定环境试验剖面应力等级之前，首先要实测应力，即产品在执行典型的任务时所处的条件所经受的应力。因此，在产品研发初期，应尽可能取得产品的环境实测应力，为接下来的研发做基础。2）估计应力。有些产品难以去实测到具体的应力，这时可利用估计应力方法来确定可试验的环境应力的范围。即选择功能以及用途相似的产品，将其放在产品根据处于相似位置，执行相似任务和功能时测得的实际数据，经过分析后确定可以作为可靠性试验的环境应力。3）参考应力。如果实测应力以及估计应力都无法得到的情况下，可参考相关产品标准、产品设计规范或者国家军事标准GJB899A—2009《可靠性鉴定与验收试验》中的附录B提供的应力或提供的方法确定可靠性试验的环境应力。

在确定环境应力的过程中应遵照如下几条基本原则：①具有代表性的环境量值应尽量接近产品实际的使用环境，因此应包括最值和中间值，参数量值大小与施加应力的持续时间相关联，其施加顺序尽量模拟任务中的顺序。②对于简单性量值，其确定的方法必须简单，易于在实验室实施。③因资金有限，采用经济性处理得来环境应力值，在试验剖面中所带来的风险要与可靠性试验中有关风险相协调。试验剖面不应超过现有试验设备能力范围，且实施容易，费用合理可控。

3.4.2试验剖面的组成

试验剖面是直接供试验用的环境参数与时间的关系图，将所确定的环境应力及其按时间的变化趋势进行确定。这种坐标轴应能反映产品现场使用时的运行状态、所处的环境条件以及变化趋势。试验剖面还考虑了任务剖面以外的环境条件，如飞机起飞前地面停机和开机的温度环境。对设计用于执行一种任务的产品，试验剖面与环境剖面和任务剖面之间呈一一对应关系，对设计用于执行多项任务的产品，则应按照一定的规则将多个试验剖面合并为一个合成试验剖面。另外，试验时间的确定是根据产品寿命期间内可能会出现的各种环境条件以及各种任务的持续时间的比例。

产品的可靠性试验剖面，如无特殊要求，一般由以下内容组成：根据任务剖面分别确定高低温的环境条件以及高低温之间的交替循环。每一任务前应有低温、高温时间（根据产品特点而定），在此期间产品不工作。选取环境应力（一般为温度、湿度、振动）、电应力以及产品所在的环境。而确定的其他应力时，应明确选取几种应力种类及参数量值的大小；应力值作用的持续时间；每种应力的施加顺序。

3.4.3试验剖面的确定过程

环境适应性试验剖面制定的一般过程如图3所示。

1）确定任务剖面。任务剖面确定步骤如下：第1步，应对产品所执行的任务进行全面分析，从中选取对产品可靠性影响较大或者有代表性的任务剖面。对于不同的任务剖面，应列出详细的任务特性数据。如：扫地机器人执行清扫地面的任务时，则应该给出清扫的任务特性参数图；执行喷水的任务时则应该给出清扫的任务特性参数图等。第2步，对于单个任务，则直接对应单个任务剖面；对于综合任务剖面，则是按每种任务出现的时间比例合成。详细数据表按阶段给出，如扫地机器人在道路上工作的总时间、各个任务的执行时间、执行任务的速率、工作电压和功率等。

2）确定环境剖面。环境剖面往往根据确定好的任务剖面来定。根据已经制定好的任务剖面、产品的运行环境、工作模式、利用以往的经验和现场实测数据计算出环境参数，从而确定环境剖面。另外，可编制环境剖面数据表和图，这样便于更加精确描述环境剖面。

环境剖面确定步骤如下：①通过产品的设计制造文件分析。正常情况下，设计制造文件包含了一些产品的寿命和产品所能经受最大的环境条件信息，有些数据可以在环境剖面中使用。例如，为了获得环境条件时间则需对设计制造文件中关于该产品任务的描述进行分析，一般只要求分析到可以评估产品设计方案可行性所需要的程度。②参考相似的产品。环境应力可以通过分析取得，但环境应力的详细数据很难直接获得。当设计制造文件未提供相应的参数数据，又得不到实测应力时，可以选择相似产品的环境参数，也可以是直接采用自然环境条件相似的数据。③参考文献。如果缺少实测环境数据和相似产品环境数据，也可以查阅相关文献的数据（GJB 899A—2009《可靠性鉴定与验收试验》附录B或者是某科学研究成果），将其作为环境剖面中的数据。若无特殊要求，可大量采用文献中的数据。④初始的环境剖面可以从定性和定量的角度上制定，通过寻找影响产品可靠性的关键环境，这种关键环境的诱发应力对产品可靠性有很大影响。⑤根据所得的初始环境剖面去分析产品的环境条件，应分析产品的每一个部件在执行每项任务时所处的环境以及每个环境应力与持续时间，分析时应优先使用实测应力，其次是估算应力，最后参考应力（如有关标准规范规定的应力），进而得出产品的环境剖面。

正常来说，软件不受环境影响，不需要进行环境条件分析。但是软件的储存媒介（如磁盘）或其他存储器经常要受到自然环境（如温度、湿热等）和诱发环境（如机械负荷）的影响，如果对储存媒介保护不当，严酷的环境有可能销毁软件程序，这时就被视为部件问题。

3）确定试验剖面。将所涉及的环境剖面进行计算，再适当地简化，同时也要将任务剖面的时间进行加权，将环境剖面转化为试验剖面。最后，根据试验设备能力等因素确定最终的综合环境可靠性试验剖面。现本方案只列举主要环境应力（温度、湿度、振动、电应力）条件，试验剖面如图4所示。

5结束语

本剖面设计适用于电工电子产品，主要包括户内户外电器、道路用电气设备、轨道交通设备、飞行器设备等产品。电工电子产品环境可靠性试验剖面图设计的研究具有重要的应用价值。它可以为电工电子产品的设计、生产和维护提供指导，提高产品的竞争力和市场份额，并为相关行业的发展和创新提供支持。

【参考文献】

[1]可靠性鉴定和验收试验：GJB 899A—2009[S].

【作者简介】

关卫斌，男，1976年出生，高级工程师，学士，研究方向为环境可靠性及照明电器。

陈海锋，男，1995年出生，工程师，学士，研究方向为环境可靠性。

吴俊纯，男，1996年出生，工程师，学士，研究方向为电磁兼容。

（编辑：李钰双）