Ускоренное тестирование жизни - Accelerated life testing

Ускоренное тестирование жизни представляет собой процесс тестирования продукта путем воздействия на него условий (стресс, напряжение (температура, напряжение, частота вибрации, давление и т. д.), превышающие его нормальные рабочие параметры, чтобы выявить неисправности и возможные режимы отказа за короткое время.[1][2] Анализируя реакцию продукта на такие тесты, инженеры может делать прогнозы относительно срока службы и интервалов обслуживания продукта.[3][4]

В полимеры, испытания могут проводиться при повышенных температурах, чтобы получить результат за более короткое время, чем при температуре окружающей среды. Многие механические свойства полимеров имеют Аррениус зависимость типа от времени и температуры (например, ползучесть, релаксация напряжений и свойства при растяжении). Если проводить короткие испытания при повышенных температурах, эти данные можно использовать для экстраполяции поведения полимера при комнатной температуре, избегая необходимости проводить длительные и, следовательно, дорогостоящие испытания.

Цель

ALT в основном используется для ускорения тестов. Это особенно полезно в нескольких случаях:

  • Низкий уровень отказов - тестирование даже очень большого образца в нормальных условиях приведет к небольшому количеству отказов или их отсутствии за разумное время.
  • Высокая долговечность - изделие должно быть надежным в течение гораздо более длительного времени, чем может быть разумно испытано в нормальных условиях.
  • Высокий износ - основная причина отказа происходит в течение продолжительного времени.[5]

Например, проверка надежности цепей, которые должны длиться годами в условиях использования (высокая долговечность), должна дать результаты в гораздо более короткие сроки. Если в ходе испытания было необходимо оценить, как часто необходимо заменять цепи, то также применима категория с низким уровнем отказов. Более того, если схемы изнашиваются в результате постепенного использования, а не экстремального использования (например, сильного внезапного удара), будет задействована категория износа. Если внезапный шок был основной причиной неудачи, Высоко ускоренный жизненный тест может быть более подходящим.

Настройка теста

При разработке теста необходимо учитывать, какие факторы влияют на тестовый объект, что вы уже знаете о поведении тестового объекта и что хотите узнать из теста.

Условия испытаний

Должны быть задействованы все факторы, которые, как считается, влияют на объект тестирования, и испытания должны проводиться на различных уровнях каждого фактора. Более высокие уровни стресса ускорят испытание, однако причину сбоя или другую измеряемую реакцию изменять нельзя. Например, плавление компонентов в цепи изменит причину отказа цепи. Увеличение количества тестов или количества тестовых объектов в каждом тесте обычно увеличивает точность вывода о поведении тестового объекта в рабочих условиях.

Выбор модели

Модель - это уравнение, которое точно связывает характеристики тестового объекта с уровнями нагрузки на него. Это можно назвать моделью ускорения с любыми константами, называемыми коэффициентами ускорения.[6] Модель ускорения обычно связана с типами испытуемых материалов или компонентов. Несколько уравнений, используемых для моделей ускорения: Аррениус при высокотемпературной усталости, Айринг для температуры и влажности, а Модель Блаттау для температурного цикла.

Если модель известна заранее, тест должен только определить параметры модели, однако необходимо убедиться, что используемая модель была хорошо проверена. Установленные модели должны демонстрировать соответствие между экстраполяциями ускоренных данных и наблюдаемых данных по ряду факторов стресса.[7]

Если соответствующая модель заранее не известна или существует несколько принятых моделей, тест должен оценить, какая модель лучше всего подходит, исходя из контекста теста и результатов тестирования. Даже если две модели одинаково хорошо соответствуют данным при высоких напряжениях, они могут различаться на порядки при более низких напряжениях.[8] К этой проблеме можно подойти с помощью дополнительных испытаний в более широком диапазоне нагрузок, однако причина отказа должна оставаться неизменной. Возможный предэкспериментальный подход для минимизации этого заключается в том, чтобы оценить, какие данные вы ожидаете от тестирования, сопоставить модель с данными и определить, сможет ли кто-то сделать надежные выводы, если все пойдет так, как ожидалось.[9]

Факторы ускорения

Для вывода из результатов ускоренного испытания на долговечность необходимо уметь соотносить реакцию испытуемого объекта (срок службы, коррозия, эффективность и т. д.) до уровней приложенных стресс-факторов с течением времени.

Каким образом можно учитывать влияние времени, во многом зависит от того, что вы измеряете. Например, тест, измеряющий срок службы, может рассматривать только среднее время до отказа тестовых объектов или может пытаться поместиться а статистическое распределение к данным. Обычно это называется распределением жизни, функция плотности вероятности из которых представляет долю продуктов, отказавших в данный момент.[10] Несколько дистрибутивов для этой цели - экспоненциальный, Weibull, нормальный логарифм, и гамма раздачи.[11] В любом случае параметры будут связаны с испытуемыми и уровнями тестируемых стресс-факторов.

В качестве упрощенного примера рассмотрим тестовый объект с распределением срока службы, которое примерно соответствует нормальному распределению. Испытания при различных уровнях стресса дадут разные значения среднего и стандартного отклонения распределения. (его параметры) Затем можно использовать известную модель или попытаться подобрать модель, чтобы связать, как каждый фактор напряжения влияет на параметры распределения. Это соотношение затем будет использоваться для оценки распределения срока службы в условиях эксплуатации.

Ступенчатый стресс-ускоренный жизненный тест

Ступенчатое напряжение ALT - это вариант ALT, при котором компонент тестируется на нескольких уровнях нагрузки, один за другим. Компоненты, выдержавшие одно испытание, немедленно подвергаются следующему. Они широко моделируются, исходя из предположения, что выживаемость продукта зависит только от текущего уровня стресса и от того, сколько испытуемых пока потерпели неудачу.[12] Ступенчатое напряжение ALT может увеличиваться от низкого до высокого, от высокого до низкого или через сочетание уровней. Ступенчатый стресс-тест ALT, который заинтересован в экстраполяции распределения срока службы на постоянные условия эксплуатации, должен быть в состоянии связать распределение срока службы, наблюдаемое при изменении напряжения, с одним из постоянных напряжений.[13]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Нельсон, В. (1980). «Ускоренное тестирование срока службы - модели ступенчатого стресса и анализ данных». Транзакции IEEE о надежности (2): 103. Дои:10.1109 / TR.1980.5220742.
  2. ^ Спенсер, Ф. В. (1991). «Статистические методы ускоренного тестирования жизни». Технометрика. 33 (3): 360–362. Дои:10.1080/00401706.1991.10484846.
  3. ^ Donahoe, D .; Zhao, K .; Мюррей, S .; Рэй, Р. М. (2008). «Ускоренное тестирование жизни». Энциклопедия количественного анализа и оценки рисков. Дои:10.1002 / 9780470061596.risk0452. ISBN  9780470035498.
  4. ^ Эльсайед, Э.А. (2003). «Ускоренное тестирование жизни». Справочник по проектированию надежности. С. 415–428. Дои:10.1007/1-85233-841-5_22. ISBN  978-1-85233-453-6.
  5. ^ Разработка плана тестирования: как это сделать, Дж. Шарон, 19 ноября 2015 г., https://www.dfrsolutions.com/resources/test-plan-development-how-to-do-it
  6. ^ Факторы ускорения температуры и влажности на срок службы MLV, Г. Касвелл, https://www.dfrsolutions.com/hubfs/Resources/services/Temperature-and-Humidity-Acceleration-Factors-on-MLV-Lifetime.pdf?t=1514473946162
  7. ^ Herrmann, W .; Богданский, Н. (01.06.2011). «Воздействие атмосферных воздействий на фотоэлектрические модули № x2014; Воздействие различных климатических условий и сравнение с ускоренными лабораторными испытаниями». 2011 37-я конференция IEEE Photovoltaic Specialists Conference (PVSC): 002305–002311. Дои:10.1109 / PVSC.2011.6186415. ISBN  978-1-4244-9965-6.
  8. ^ Соренсен, Роб (28 мая 2010 г.). «Ускоренное испытание жизни» (PDF). Сандийские национальные лаборатории. Получено 20 октября, 2015.
  9. ^ «8.3.1.4. Ускоренные ресурсные испытания». www.itl.nist.gov. Получено 2015-10-20.
  10. ^ Srivastava, P.W .; Шукла, Р. (01.09.2008). «Логико-логистическая модель ступенчатого напряжения». Транзакции IEEE о надежности. 57 (3): 431–434. Дои:10.1109 / TR.2008.928182. ISSN  0018-9529.[мертвая ссылка ]
  11. ^ «8.1.6. Какие основные модели распределения продолжительности жизни используются для неремонтопригодных групп населения?». www.itl.nist.gov. Получено 2015-10-20.
  12. ^ Ван, Жунхуа; Ша, Найджун; Гу, Пекин; Сюй, Сяолин (01.06.2012). «Сравнительный анализ эффективности для ускоренных нагрузочных испытаний с понижением и повышением нагрузки». Транзакции IEEE о надежности. 61 (2): 590–603. Дои:10.1109 / TR.2012.2182816. ISSN  0018-9529.
  13. ^ Нельсон, Уэйн (1980-06-01). «Ускоренное тестирование срока службы - модели ступенчатого стресса и анализ данных». Транзакции IEEE о надежности. R-29 (2): 103–108. Дои:10.1109 / TR.1980.5220742. ISSN  0018-9529.[мертвая ссылка ]