Скрининг экологического стресса

Тип аппаратного теста

Проверка на воздействие окружающей среды ( ESS ) относится к процессу воздействия на недавно изготовленный или отремонтированный продукт или компонент (обычно электронный ) таких нагрузок, как термоциклирование и вибрация, чтобы заставить скрытые дефекты проявиться в виде постоянного или катастрофического отказа в процессе проверки. Можно предположить, что выжившая популяция после завершения проверки будет иметь более высокую надежность, чем аналогичная непроверенная популяция. ^[1]

Обзор

Разработанная для помощи производителям электроники в обнаружении дефектов продукции и производственных изъянов, ESS широко используется в военных и аэрокосмических приложениях, в меньшей степени для коммерческих продуктов. Тесты не должны быть сложными, например, включение и выключение электронной или электрической системы несколько раз может быть достаточно для обнаружения некоторых простых дефектов, которые в противном случае были бы обнаружены конечным пользователем вскоре после первого использования продукта. Тесты обычно включают следующее:

• Колебания температуры
• Испытания на вибрацию
• Давление
• Тесты на гибкость

ESS может выполняться как часть производственного процесса или использоваться при квалификационных испытаниях новой продукции .

Система ESS обычно состоит из испытательной камеры , контроллера, крепления, межсоединения и проводки, а также функционального тестера. Эти системы можно приобрести у различных компаний в отрасли испытаний на воздействие окружающей среды.

Проверка на стрессоустойчивость в этом процессе поможет обнаружить детскую смертность в продукте. Обнаружение этих отказов до того, как продукт попадет к покупателю, обеспечивает лучшее качество и меньшие гарантийные расходы. Сопутствующая военная терминология включает в себя документ эксплуатационных требований ( ORD ) и непрерывное тестирование надежности ( ORT ). ^{[2] [3]}

Стандартизированные определения и методы

Ниже приведен отрывок из статьи по тестированию ESS, подготовленной ВВС США для предоставления стандартизированных определений и методов. ^[4]

Введение

Целью данной статьи является предоставление стандартизированных определений и дорожной карты процессов испытаний для скрининга воздействия окружающей среды (ESS) сменных и отремонтированных компонентов, используемых в системах ВВС. Термин «компонент» используется взаимозаменяемо с термином «блок» и включает в себя линейный сменный блок (LRU) и подблоки (SRU). Компонент, выбранный для тестирования, является тестируемым блоком (UUT). Политика и инструкции по безопасности, пригодности и эффективности эксплуатации (OSS&E) требуют последовательности в дисциплинированном инженерном процессе, используемом для обеспечения того, чтобы такие действия, как ремонт по техническому обслуживанию и замена деталей, не ухудшали базовые характеристики системы или конечного элемента в течение их срока эксплуатации. Базовые характеристики в значительной степени зависят от надежности, которая проверяется и поддерживается тестированием ESS. Политика и инструкции OSS&E также требуют последовательности инженерных процессов для обеспечения ответственности производственных и ремонтных организаций за поставку качественной продукции и предоставления критериев выбора и квалификации для новых источников поставок. Определение качества продукции и возможностей источника обычно требует тестирования ESS. Хотя имеется значительный объем информации о методах и процедурах ESS, включая Военные стандарты США , справочники, руководства и планы испытаний производителей оригинального оборудования, часто эти публикации используют различные и запутанные определения для этапов тестирования, где применяется ESS. Для разъяснения положений контракта, ссылающихся на эти публикации, потребовались пространные объяснения. Этот документ гарантирует, что требования к тестированию применяются единообразно и четко понимаются при написании требований и контрактов по квалификации источника.

Визуальный осмотр

Цель

Гарантировать, что была использована качественная работа и что проверяемое оборудование не имеет очевидных физических дефектов.

Метод

Визуально осматривайте проверяемое оборудование до и после каждой операции по изготовлению, ремонту и испытанию.

• Проверьте правильность маркировки, веса и размеров.
• Невооруженным глазом осмотрите все доступные участки проверяемого оборудования.
• При минимальном увеличении в 10 раз осмотрите все критические поверхности и интерфейсы проверяемого оборудования.

Критерии сдачи/несдачи

Качество изготовления должно соответствовать применимым стандартам, включая TO 00-25-234 ^[5], и не должно иметь очевидных физических дефектов. Устройство, которое демонстрирует любые признаки того, что часть подвергается нагрузке, превышающей ее проектный предел (трещины на платах, ослабленные разъемы и/или винты, погнутые зажимы и/или винты, изношенные детали и т. д.), считается вышедшим из строя, даже если UUT проходит функциональные испытания.

Функциональное тестирование

Цель

Выполняется до, во время и после испытаний ESS для проверки того, что тестируемое оборудование функционирует в пределах проектных допусков.

Метод

Применение входного сигнала или стимула и измерение выходного сигнала.

Критерии сдачи/несдачи

Выходные отклики/сигналы должны соответствовать техническим характеристикам, а проверяемое устройство должно удовлетворительно работать в следующей более высокой сборке.

Скрининг экологического стресса (ESS)

Цель

Испытание в физических условиях окружающей среды (удар, вибрация, температура, высота, влажность и т. д.), которые имитируют условия, с которыми сталкивается компонент в течение срока службы. Случайная вибрация и температурные циклы оказались наиболее успешными формами ESS с точки зрения эффективного осаждения дефектов.

Метод

Разработан и применен к UUT профиль напряжения. Профиль имитирует условия окружающей среды, возникающие во время транспортировки, хранения, обработки и фаз эксплуатации. UUT настроен для соответствия фазе, например, удары при транспортировке применяются к UUT в транспортном контейнере, циклы температур эксплуатации применяются к UUT в рабочем состоянии.

Критерии сдачи/несдачи

Испытуемое устройство (UUT) должно пройти функциональное тестирование и визуальный осмотр до, во время и после ESS.

Квалификация ЕСС

Испытание производственно-репрезентативного блока для демонстрации того, что процессы проектирования, изготовления, сборки и ремонта привели к получению оборудования, соответствующего спецификации. Удовлетворительное завершение квалификационных испытаний означает готовность к дальнейшим этапам испытаний. Ограниченные летные испытания могут быть приемлемы до завершения всех этапов квалификационных испытаний.

Квалификационные испытания производственной единицы

• Цель: Выполняется для квалификации нового производителя, конструкции, процесса или объекта с целью обеспечения адекватности и пригодности конструкции для надежной работы во время и после воздействия экологических нагрузок, которые превышают прогнозируемые эксплуатационные условия на заданную величину.
• Метод: согласно Mil-Std-810 G для LRU и SRU, согласно Mil-Std-202G для электронных деталей, согласно Mil-Std-1540 для космических систем и согласно Mil-Std-883 H для микроэлектронных устройств. Тестирование EMI/RFI обычно включено в квалификационные испытания ESS и требует применения MIL-STD 461 E. Эти военные стандарты требуют адаптации. Mil-HDBK-340, 343, 344 и 2164 содержат подробные указания. Последовательность испытаний первого производственного изделия: визуальный осмотр и функциональный — предварительная подготовка — приемка ESS — приемка надежности — визуальный осмотр и функциональный — квалификация ESS — визуальный осмотр и функциональный — квалификация надежности — визуальный осмотр и функциональный.
• Примечание: Квалификационные испытания обычно включают «усугубленное» тестирование ESS, т. е. испытание на фактические уровни окружающей среды и длительность плюс запас (обычно 10 °C, 6 дБ). Добавление запаса требуется из-за статистически малого размера выборки и неопределенности фактических уровней окружающей среды. Поскольку это разрушающее испытание , UUT никогда не должен быть введен в эксплуатацию в рабочих системах.
• Примечание: Сначала необходимо провести приемочные испытания, включая предварительную подготовку. Это связано с тем, что эти испытания проводятся на всех производственных единицах и, таким образом, становятся частью профиля стресса окружающей среды.
• Примечание: Другой производитель (второй источник), изготавливающий тот же блок или сменный блок, предназначенный для замены по форме и функциям исходного блока или узла блока, должен иметь квалификацию, эквивалентную спецификациям, используемым для исходного источника.

Квалификационные испытания отремонтированного блока

• Назначение: Выполняется на единицах отремонтированного первого изделия или предварительно отремонтированного изделия для квалификации нового источника ремонта или метода ремонта. Также выполняется для оценки заменяемых деталей.
• Метод: Если детали и процессы ремонта эквивалентны оригинальным производственным деталям и процессам, то используйте приемочные испытания отремонтированного блока, выполненные подрядчиком, за которыми следует государственная инспекция и эксплуатация в следующей более высокой сборке. Если детали и процессы не известны как эквивалентные, то используйте соответствующие области квалификационных испытаний производственной единицы. Последовательность испытаний PreQual отремонтированного изделия / первого отремонтированного изделия: визуальный осмотр и функциональный — предварительная подготовка — приемка ESS — визуальный осмотр и функциональный — государственная инспекция и функциональный.
• Примечание: Из-за уменьшения производственных ресурсов (DMS) часто необходима замена отдельных деталей. Детали-заменители, которые в условиях испытательного стенда выглядят как оригинальные детали, могут демонстрировать неудовлетворительные характеристики в рабочей среде.
• Квалификация по схожести. Квалификация заменяющего или отремонтированного блока по схожести с исходным блоком требует, чтобы блоки были по сути идентичны. Кроме того, заменяющий блок должен был ранее быть квалифицирован путем тестирования на соответствие экологическим и эксплуатационным требованиям, соответствующим или превосходящим экологические и эксплуатационные требования исходного блока.

Принятие ЕСС

Формальные испытания, проводимые для демонстрации приемлемости отдельного блока для поставки. Они демонстрируют производительность в соответствии с требованиями спецификации закупки и действуют как экраны контроля качества для выявления недостатков изготовления и материалов. Успешное завершение таких испытаний означает принятие блока закупочным агентством.

Приемочные испытания производственной единицы

• Цель: Выполняется на 100% новых единиц для выявления ошибок изготовления и процесса. Проверка некоторых микроэлектронных устройств является разрушающей, поэтому для приемочных испытаний используется выборка партии (см. пункт 8.3.2).
• Метод: адаптированный к применимому производственному квалификационному тесту, но выполненный на уровнях мастерства, не более суровых, чем фактические уровни окружающей среды, и сокращенной продолжительности. Обычно эти тесты структурированы так, чтобы включать требования к предварительному кондиционированию и приемочному тестированию надежности. Последовательность тестирования компонентов: визуальный осмотр и функциональный — предварительное кондиционирование — приемка ESS — приемка надежности — визуальный осмотр и функциональный.
• Примечание: Данные о производительности приемочных испытаний производственных единиц также используются для оценки производительности "внутри семейства". Хотя UUT может соответствовать всем другим критериям приемочных испытаний "прошел/не прошел", результаты, которые значительно отклоняются от результатов других единиц в пределах производственной партии, требуют отбраковки этой единицы.

Приемочные испытания отремонтированного блока

• Цель: Выполняется на 100% отремонтированных единиц для выявления производственных и технологических ошибок.
• Метод: адаптированный на основе применимых производственных приемочных испытаний. Для поддержания указанных критериев надежности следует включить предварительные испытания на кондиционирование, если ремонтные детали не прошли предварительную подготовку или можно ожидать, что качество ремонта приведет к отказам. Последовательность испытаний компонентов: визуальный осмотр и функциональный осмотр — предварительная подготовка — приемка ESS — визуальный осмотр и функциональный осмотр.
• Примечание: уровни испытаний низкие и неразрушающие, поэтому испытания можно повторять в случае неудачных испытаний и последующего ремонта без значительного старения проверяемого оборудования.
• Примечание: Типы и уровни тестирования могут быть увеличены, если при эксплуатации происходят сбои в детской смертности. И наоборот, если статистически значимая выборка показывает, что сбои в детской смертности не происходят, тесты ESS могут быть сокращены или исключены. Функциональное тестирование по-прежнему требуется.
• Примечание: Тестирование должно обеспечить баланс между вероятностью того, что ремонт вызвал дефект, и вероятностью того, что тестирование может обнаружить этот дефект. Например, сокращенное количество температурных циклов имеет меньшую вероятность обнаружения дефекта, но может быть целесообразным, если ремонт незначительный и имеет небольшой риск возникновения дефекта.
• Примечание: данные о производительности приемочных испытаний отремонтированных единиц также используются для оценки производительности «внутри семейства». Хотя UUT может соответствовать всем другим критериям приемочных испытаний «прошел/не прошел», результаты, которые значительно отклоняются от других отремонтированных единиц или от исходных данных приемочных испытаний производственных единиц, требуют отбраковки UUT.

Надежность ESS

Это должно быть частью ESS квалификации и приемки, когда требуется проверка надежности.

Квалификационные испытания надежности

• Цель: Проведена квалификация испытательного оборудования для подтверждения его соответствия жизненному циклу спецификациям надежности согласно Mil-Std-781 и исходным спецификациям производителя по разработке.
• Метод: Используйте Mil-Hdbk-781A. UUT обычно испытывается на реальных уровнях окружающей среды, но добавляется запас, если требуется ускоренное старение.
• Примечание: Сначала необходимо провести приемочные испытания, включая предварительную подготовку. Это связано с тем, что эти испытания проводятся на всех производственных единицах и, таким образом, становятся частью профиля стресса окружающей среды.
• Примечание: Наличие избыточности в конструкции не является причиной для исключения тестов надежности. Избыточность используется для компенсации любых неизвестных и непроверенных режимов отказа, а также для устойчивости к повреждениям. Избыточность повышает надежность лишь на небольшую величину.

Приемочные испытания надежности

• Цель: Проводится на всех производственных единицах для выявления единиц, надежность которых снизилась из-за ежедневных изменений в производственном процессе и качестве изготовления.
• Метод: Вибрация (обычно 0,04 G2/Гц в течение 5 минут на ось) и температура в течение 3+ циклов, последний из которых безотказный.
• Примечание: Обычно проводится только для изделий с высокой степенью надежности (3 сигмы) и безопасности.

Тестирование предварительной подготовки. Также называется тестированием на отказ.

• Цель: Проводится на всех действующих единицах LRU, SRU и отдельных деталях (производственных, запасных и ремонтных) для выявления «младенческой смертности» деталей и качества изготовления.
• Метод: согласно Mil-Std-750D, Mil-Std-883 E и Mil-Std-202G.
• Примечание: большинство деталей, соответствующих стандартам Mil-Spec, не прошли предварительную подготовку у производителя.

Категории UUT

Пассивный блок

• Примеры: шасси, антенный соединитель, оптика без подвижных частей, жгут проводов.
• Примечание: Требуется квалификация ESS конструкции и процессов, обычно в следующей более высокой сборке. Приемочные испытания ограничиваются визуальным осмотром и эксплуатационными испытаниями в следующей более высокой сборке.

Активный блок

• Примеры: печатная плата с твердотельными устройствами, электродвигатель, электронно-лучевая трубка, сосуд под давлением.
• Примечание: обычно требуются квалификационные ESS и приемочные ESS.

Устройства одноразового и ограниченного использования

• Примеры: взрывчатое вещество, ракетное топливо, газогенератор, запал, батарея.
• Метод: Квалификация ESS осуществляется путем воздействия квалификационных уровней окружающей среды, затем эксплуатация для демонстрации емкости плюс запас. Приемка ESS обычно проводится на 10% производственной партии (но не менее 10 единиц) путем воздействия квалификационных уровней окружающей среды, затем эксплуатация для демонстрации емкости плюс запас. Отказ одного UUT требует отбраковки производственной партии. Для взрывных устройств требования к испытаниям и методы адаптированы из MIL-HDBK-1512 и NATO AOP-7. Для батарей руководство по требованиям к испытаниям содержится в RCC-Doc-319-99.
• Примечание: Контрольное тестирование — это периодическое повторение приемочного тестирования с использованием трендинга или ускоренного старения для разрешения продления срока годности. Трендирование включает в себя частый отбор проб и сравнение с предыдущими результатами для прогнозирования деградации. Ускоренное старение включает в себя стимуляцию известных режимов отказа для обнаружения деградации.

Первая производственная статья

Это UUT для квалификации ESS (обычно требуется три UUT). UUT должен быть репрезентативным для конструкции, производственных процессов, материалов и качества изготовления.

Первая отремонтированная статья

Также называется первой статьей. Это UUT (обычно требуется четыре), который демонстрирует, что источник ремонта имеет возможности и процессы для выполнения удовлетворительного ремонта.

Предварительная квалификационная статья

• Предварительная квалификация производственной статьи. Также называется предпроизводственной статьей. Это UUT, используемая для снижения риска программы и для квалификации ключевых процессов, технологий и т. д.
• Предварительно-квалификационный отремонтированный товар. Также называется квалифицированным товаром. Это UUT (обычно требуется два), отремонтированный потенциальным подрядчиком по ремонту, чтобы частично соответствовать критериям для включения в список квалифицированных участников торгов.

Пошив одежды

Адаптация — это формальная инженерная задача по использованию существующих технических данных (требований, стандартов, спецификаций, планов испытаний и т. д.) и выбору или изменению применимых областей для соответствия требованиям, уникальным для типа испытываемого устройства. Неприменимые требования удаляются. Другие требования могут быть добавлены из-за изменений в федеральных стандартах, выявления новых опасностей, модификаций элемента или изменений в профиле миссии/ESS. Все области несоответствия техническим данным должны быть определены подрядчиком, и запрос на адаптацию требований (RTR) должен быть представлен правительству для каждой области. RTR должен включать тщательное обоснование. Только правительственный инженерный орган для компонента может принять RTR.

Спецификации и стандарты пошива

Адаптация обычно заключается в выборе применимых областей, наилучших методов испытаний или использовании эквивалентного требования.

Разработка плана тестирования

Подгонка обычно заключается в изменении уровней и продолжительности испытаний, последовательности испытаний или требований к отчетности. Подгонка также должна определять любые требования к испытаниям, которые должны быть выполнены посредством анализа, подобия или проверки.

MIC, отказ и отклонение

Каждый RTR классифицируется как MIC, отказ или отклонение.

• MIC. RTR, который по-прежнему соответствует назначению указанных технических данных, классифицируется как соответствие назначению (MIC).
• Отказ. Если RTR потенциально увеличивает риски безопасности, он классифицируется как отказ и также должен быть принят компетентным правительством и службами безопасности подрядчика. Цель отказа — предоставить временное разрешение на продолжение работ, пока опасность устраняется. Серия маловероятных, не связанных между собой одновременных отказов не считается опасностью.
• Отклонение. RTR, который не увеличивает угрозу безопасности и не является MIC, классифицируется как отклонение.

Соответствующие стандарты

• "MIL-HDBK-781A, ВОЕННЫЙ СПРАВОЧНИК, МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ НА НАДЕЖНОСТЬ, ПЛАНЫ И СРЕДЫ ДЛЯ ИНЖЕНЕРИИ, КВАЛИФИКАЦИИ РАЗРАБОТКИ И ПРОИЗВОДСТВА" (PDF) . Министерство обороны США . 28 февраля 2006 г.
• "MIL-STD-202G, ВОЕННЫЙ СТАНДАРТ, СТАНДАРТ МЕТОДА ИСПЫТАНИЙ, ЭЛЕКТРОННЫЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОМПОНЕНТЫ" (PDF) . Министерство обороны США . 8 февраля 2002 г.
• "MIL-HDBK-344A, ВОЕННЫЙ СПРАВОЧНИК: ЭКРАНИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА ВОЗДЕЙСТВИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ (ESS)" (PDF) . Министерство обороны США . 16 августа 1993 г.
• "MIL-HDBK-505, РУКОВОДСТВО МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЯМ УРОВНЕЙ ИЗДЕЛИЙ, ОБМЕНЯЕМОСТИ ИЗДЕЛИЙ, МОДЕЛЕЙ И СВЯЗАННЫХ ТЕРМИНОВ" (PDF) . Министерство обороны США . 12 февраля 1998 г.
• "MIL-STD-781D, ВОЕННЫЙ СТАНДАРТ, ИСПЫТАНИЯ НАДЕЖНОСТИ ДЛЯ ИНЖЕНЕРНОЙ РАЗРАБОТКИ, КВАЛИФИКАЦИИ И ПРОИЗВОДСТВА (S/S BY MIL-HDBK-781A)" (PDF) . Министерство обороны США . 17 октября 1986 г.
• "MIL-STD-810G, СТАНДАРТ МЕТОДА ИСПЫТАНИЙ МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ, СООБРАЖЕНИЯ ПО ИНЖЕНЕРНОЙ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ И ЛАБОРАТОРНЫЕ ИСПЫТАНИЯ" (PDF) . Министерство обороны США . 31 октября 2008 г.
• "MIL-STD-883G, СТАНДАРТ МЕТОДА ИСПЫТАНИЙ МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ: МИКРОСХЕМЫ" (PDF) . Министерство обороны США . 28 февраля 2006 г.
• «IEST-RP-PR001: РУКОВОДСТВО ПО УПРАВЛЕНИЮ И ТЕХНИЧЕСКИМ ПРАВИЛАМ ДЛЯ ПРОЦЕССА ESS» (Веб-сайт) . IEST . 25 февраля 2015 г.

Смотрите также

• Ускоренное старение
• Экологическая палата
• Испытания на воздействие окружающей среды
• Анализ отказов
• Военный стандарт США
• MIL-STD-810 «Стандарт методов испытаний Министерства обороны для экологических инженерных соображений и лабораторных испытаний»
• Высокоускоренный стресс-скрининг
• Высокоускоренное испытание на долговечность

Примечания

1. Kececioglu, D.; Sun, FB (2003). Скрининг экологического стресса: его количественная оценка, оптимизация и управление. DEStech publications. ISBN 9781932078046. Получено 17 октября 2014 г.
2. Брюс Петерсон (9 марта 2004 г.). "Учебное пособие по скринингу экологического стресса" (PDF) . Accolade Engineering Solutions . Получено 17 октября 2014 г. .
3. "Скрининг экологического стресса". tutorialsweb.com . Получено 2014-10-17 .
4. Статья доступна для неограниченного распространения по адресу OO-ALC /ENR, Hill AFB, Ut. 84056. Запросите техническую записку OO-ALC 01-2002, «Скрининг воздействия окружающей среды на заменяемые и отремонтированные компоненты, стандартизированные определения и процесс», автор Дэвид Франц.
5. https://www.robins.af.mil/Portals/59/documents/technicalorders/00-25-234.pdf?ver=2018-09-05-144121-517 ^{[ пустой URL-адрес PDF ]}