Скрининг экологического стресса

Скрининг воздействия окружающей среды ( ESS ) относится к процессу воздействия на вновь изготовленный или отремонтированный продукт или компонент (обычно электронный ) стрессам, таким как термоциклирование и вибрация, чтобы заставить скрытые дефекты проявиться в виде необратимого или катастрофического отказа во время процесса проверки. . Можно предположить, что выжившая популяция после завершения скрининга будет иметь более высокую надежность, чем аналогичная популяция, не проходившая скрининг. ^[1]

Обзор

Разработанный для того, чтобы помочь производителям электроники обнаруживать дефекты продукции и производственные дефекты, ESS широко используется в военной и аэрокосмической промышленности, в меньшей степени для коммерческой продукции. Испытания не должны быть сложными: например, включения и выключения электронной или электрической системы несколько раз может быть достаточно, чтобы выявить некоторые простые дефекты, с которыми в противном случае конечный пользователь столкнулся бы очень скоро после первого использования продукта. Тесты обычно включают в себя следующее:

Колебания температуры
Вибрационные испытания
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, крепежа, межсоединения и проводки, а также функционального тестера. Эти системы можно приобрести у различных компаний, занимающихся экологическими испытаниями.

Стресс-скрининг в результате этого процесса поможет обнаружить детскую смертность в продукте. Обнаружение этих неисправностей до того, как продукт достигнет потребителя, обеспечивает лучшее качество и снижение гарантийных расходов. Сопутствующая военная терминология включает документ эксплуатационных требований ( ОРД ) и текущие испытания надежности ( ОРТ ). ^[2]^[3]

Стандартизированные определения и методы

Нижеследующее взято из документа по тестированию ESS, подготовленного ВВС США для предоставления стандартизированных определений и методов. ^[4]

Введение

Целью данного документа является предоставление стандартизированных определений и дорожной карты процессов испытаний для проверки воздействия на окружающую среду (ESS) заменяемых и отремонтированных компонентов, используемых в системах ВВС. Термин «компонент» используется взаимозаменяемо с термином «блок» и включает в себя сменный блок (LRU) и субблоки (SRU). Компонент, выбранный для тестирования, представляет собой тестируемый модуль (UUT). Политика и инструкции по эксплуатационной безопасности, пригодности и эффективности (OSS&E) требуют согласованности в дисциплинированном инженерном процессе, используемом для обеспечения того, чтобы такие действия, как текущий ремонт и замена деталей, не ухудшали базовые характеристики системы или конечного элемента в течение срока их эксплуатации. Базовые характеристики во многом зависят от надежности, которая проверяется и поддерживается тестированием ESS. Политика и инструкции OSS&E также требуют последовательных инженерных процессов, чтобы гарантировать, что производственные и ремонтные предприятия несут ответственность за поставку качественной продукции, а также обеспечить критерии выбора и квалификации для новых источников поставок. Для определения качества продукции и возможностей источника обычно требуется тестирование ESS. Хотя доступен значительный объем информации о методах и процедурах ESS, включая Военные стандарты США , справочники, руководства и планы испытаний производителя оригинального оборудования — часто в этих публикациях используются разные и запутанные определения этапов испытаний, на которых применяется ESS. Для уточнения пунктов контракта со ссылкой на эти публикации потребовались пространные пояснения. Этот документ гарантирует, что требования к тестированию применяются единообразно и четко понимаются в письменных квалификационных требованиях и контрактах.

Визуальный осмотр

Цель

Обеспечить хорошее качество изготовления и отсутствие очевидных физических дефектов проверяемого оборудования.

Метод

Визуально проверяйте проверяемое оборудование до и после каждой операции изготовления, ремонта и испытаний.

Проверьте правильность маркировки, веса и размеров.
Невооруженным глазом осмотрите все доступные участки проверяемого оборудования.
При минимальном 10-кратном увеличении осмотрите все важные поверхности и интерфейсы проверяемого оборудования.

Критерии «пройден/не пройден»

Качество изготовления должно соответствовать действующим стандартам, в том числе ТО 00-25-234. ^[5] и не должно иметь явных физических дефектов. Устройство, имеющее какие-либо признаки того, что какая-либо деталь находится под нагрузкой, превышающей расчетный предел (треснутые печатные платы, ослабленные разъемы и/или винты, погнутые зажимы и/или винты, изношенные детали и т. д.), считается вышедшим из строя, даже если проверяемое оборудование соответствует требованиям Функциональное тестирование.

Функциональное тестирование

Цель

Выполняется до, во время и после тестирования ESS для проверки того, что проверяемое оборудование работает в пределах проектных допусков.

Метод

Применение входного сигнала или стимула и измерение выходного сигнала.

Критерии «пройден/не пройден»

Выходные характеристики/сигналы должны соответствовать спецификациям технических данных, а проверяемое оборудование должно удовлетворительно работать в сборке следующего более высокого уровня.

Скрининг экологического стресса (ESS)

Цель

Испытания в физических условиях окружающей среды (удар, вибрация, температура, высота, влажность и т. д.), имитирующих условия, возникающие в течение срока службы компонента. Случайная вибрация и циклическое изменение температуры оказались наиболее успешными формами ESS с точки зрения эффективного выделения дефектов.

Метод

Профиль напряжения разрабатывается и применяется к проверяемому оборудованию. Профиль моделирует условия окружающей среды, возникающие на этапах транспортировки, хранения, обработки и эксплуатации. Конфигурация проверяемого оборудования соответствует фазе, например, удары при транспортировке применяются к проверяемому оборудованию в транспортном контейнере, температурные циклы при эксплуатации применяются при работающем проверяемом оборудовании.

Критерии «пройден/не пройден»

UUT (тестируемый блок) должен пройти функциональное тестирование и визуальный осмотр до, во время и после ESS.

Квалификация ESS

Тестирование представительного производственного подразделения для демонстрации того, что процессы проектирования, производства, сборки и ремонта привели к созданию оборудования, соответствующего спецификации. Удовлетворительное прохождение квалификационного тестирования означает готовность к дальнейшим этапам тестирования. Ограниченные летные испытания могут быть приемлемыми до завершения всех этапов квалификационных испытаний.

Квалификационные испытания производственного подразделения

Цель: проводится для квалификации нового производителя, конструкции, процесса или объекта с целью обеспечения адекватности и пригодности конструкции для надежной работы во время и после воздействия стрессов окружающей среды, которые превышают прогнозируемые условия эксплуатации на установленный предел.
Метод: В соответствии с Mil-Std-810 G для LRU и SRU, в соответствии с Mil-Std-202G для электронных деталей, в соответствии с Mil-Std-1540 для космических систем и в соответствии с Mil-Std-883 H для микроэлектронных устройств. Тестирование EMI/RFI обычно включено в квалификационное тестирование ESS и требует применения MIL-STD 461 E. Эти военные стандарты требуют адаптации. Mil-HDBK-340, 343, 344 и 2164 содержат подробные инструкции. Последовательность испытаний первого производственного изделия: Визуальный осмотр и функциональность – Предварительная подготовка – Приемка ESS – Приемка надежности – Визуальный осмотр и функциональность – Квалификация ESS – Визуальный осмотр и функциональность – Квалификация надежности – Визуальный осмотр и функциональность.
Примечание. Квалификационное тестирование обычно включает в себя тестирование ESS с отягчающими обстоятельствами, т. е. тестирование на фактические уровни и продолжительность окружающей среды плюс запас (обычно 10 °C, 6 дБ). Добавление запаса необходимо из-за статистически небольшого размера выборки и неопределенности в фактических уровнях окружающей среды. Поскольку это разрушающее испытание , проверяемое оборудование никогда не должно использоваться в действующих системах.
Примечание. Сначала необходимо провести приемочное тестирование, включая предварительную подготовку. Это связано с тем, что эти испытания проводятся на всех производственных объектах и, таким образом, становятся частью профиля экологического стресса.
Примечание. Другой производитель (вторичный поставщик), создающий такое же устройство или заменяющее устройство, которое предназначено для замены по форме и функциям оригинального устройства или узла в сборе, должен быть квалифицирован в соответствии со спецификациями, эквивалентными тем, которые используются для первоначальный источник.

Квалификационные испытания отремонтированного объекта

Цель: выполняется для единиц первого отремонтированного изделия или единиц отремонтированного изделия, подвергнутого предварительной квалификации, для квалификации нового источника ремонта или метода ремонта. Также проводится оценка запасных частей.
Метод: Если ремонтные детали и процессы эквивалентны оригинальным производственным деталям и процессам, тогда используйте приемочные испытания отремонтированного блока, проводимые подрядчиком, с последующей государственной проверкой и эксплуатацией на следующем более высоком уровне сборки. Если не известно, что части и процессы эквивалентны, используйте соответствующие области квалификационного тестирования производственной единицы. Последовательность предварительного тестирования отремонтированного изделия/первого отремонтированного изделия: Визуальный осмотр и функционирование – Предварительная подготовка – Приемка ESS – Визуальный осмотр и функционирование – Государственный осмотр и функционирование.
Примечание. Из-за сокращения источников производства (DMS) часто требуется замена отдельных деталей. Запасные части, которые в условиях окружающего испытательного стенда функционируют так же, как оригинальные детали, могут демонстрировать неудовлетворительные характеристики в эксплуатационных условиях.
Квалификация по сходству. Квалификация замененного или отремонтированного устройства по сходству с исходным устройством требует, чтобы эти устройства были по существу идентичными. Кроме того, заменяемый блок должен быть предварительно сертифицирован путем испытаний на соответствие требованиям к экологическим и эксплуатационным характеристикам, соответствующим или превосходящим экологические и эксплуатационные требования исходного блока.

Прием ЕСС

Формальные испытания проводятся для демонстрации приемлемости отдельного устройства к поставке. Они демонстрируют производительность в соответствии с требованиями спецификаций закупок и действуют как экраны контроля качества для выявления недостатков изготовления и материалов. Успешное завершение таких испытаний означает приемку устройства закупочной организацией.

Приемочные испытания производственного подразделения

Цель: Выполнено на 100 % новых устройств для выявления ошибок качества изготовления и обработки. Контроль некоторых микроэлектронных устройств является разрушающим, поэтому для приемочных испытаний применяют выборку партий (см. пункт 8.3.2).
Метод: основан на применимом квалификационном испытании на производство, но проводится с учетом уровня качества изготовления, не более строгого, чем фактические уровни окружающей среды, и имеет сокращенную продолжительность. Обычно эти тесты структурированы таким образом, чтобы включать требования к предварительному кондиционированию и приемочным испытаниям на надежность. Последовательность испытаний компонентов: Визуальный осмотр и функционирование – Предварительная подготовка – Приемка ESS – Приемка надежности – Визуальный осмотр и функциональность.
Примечание. Данные о производительности приемочных испытаний производственной единицы также используются для оценки «внутрисемейной» производительности. Хотя проверяемое оборудование может соответствовать всем другим критериям прохождения/непрохождения приемочных испытаний, результаты, которые значительно отклоняются от результатов других единиц в производственной партии, должны потребовать отбраковки этой единицы.

Приемочные испытания отремонтированного объекта

Цель: Выполняется на 100% отремонтированных агрегатов для выявления производственно-технологических ошибок.
Метод: основан на применимых приемочных испытаниях продукции. Для соблюдения установленных критериев надежности следует включить предварительные испытания, если запасные части не прошли предварительную подготовку или можно ожидать, что качество ремонта приведет к отказам. Последовательность испытаний компонентов: Визуальный осмотр и функционирование – Предварительная подготовка – Приемка ESS – Визуальный осмотр и функционирование.
Примечание. Уровни испытаний низкие и неразрушающие, поэтому испытания можно повторить в случае неудачных испытаний и последующего ремонта без значительного старения проверяемого оборудования.
Примечание. Типы и уровни тестирования, возможно, придется увеличить, если при оперативном использовании происходят сбои в области младенческой смертности. И наоборот, если статистически значимая выборка показывает, что случаев младенческой смертности не происходит, тесты ESS могут быть сокращены или отменены. Функциональное тестирование по-прежнему требуется.
Примечание. Тестирование должно обеспечивать баланс между вероятностью того, что ремонт вызвал дефект, и вероятностью того, что тестирование сможет обнаружить этот дефект. Например, уменьшенное 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 приемочного тестирования отремонтированного модуля также используются для оценки «внутрисемейной» производительности. Хотя проверяемое оборудование может соответствовать всем другим критериям прохождения/непрохождения приемочных испытаний, результаты, которые значительно отклоняются от результатов других отремонтированных устройств или от исходных данных приемочных испытаний производственной единицы, требуют отклонения проверяемого оборудования.

Надежность ЕСС

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

Квалификационные испытания надежности

Цель: Проведено при аттестации проверяемого оборудования для демонстрации соответствия жизненного цикла спецификациям надежности согласно Mil-Std-781 и спецификациям разработки исходного производителя.
Метод: Используйте Mil-Hdbk-781A. Тестируемое оборудование обычно тестируется на реальных уровнях окружающей среды, но если требуется ускоренное старение, добавляется запас.
Примечание. Сначала необходимо провести приемочное тестирование, включая предварительную подготовку. Это связано с тем, что эти испытания проводятся на всех производственных объектах и, таким образом, становятся частью профиля экологического стресса.
Примечание. Наличие резервирования в конструкции не является основанием для отказа от испытаний на надежность. Резервирование используется для компенсации любых неизвестных и непроверенных видов отказов, а также для обеспечения устойчивости к повреждениям. Избыточность лишь незначительно увеличивает надежность.

Приемочные испытания надежности

Цель: Выполнено на всех производственных объектах, чтобы найти любое устройство, надежность которого снижается 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 прошел без сбоев.
Примечание. Обычно выполняется только при высокой надежности (3-сигма) и безопасности полетных объектов.

Предварительное тестирование. Также называется тестированием Burn-In.

Цель: Выполнено для всех активных единиц LRU, SRU и отдельных деталей (производство, запасные части и ремонт), чтобы определить «детскую смертность» деталей и качества изготовления.
Метод: согласно Mil-Std-750D, Mil-Std-883 E и Mil-Std-202G.
Примечание. Большинство деталей, соответствующих военным стандартам, не подвергались предварительной подготовке производителем деталей.

Категории проверяемого оборудования

Пассивный юнит

Примеры: шасси, антенный соединитель, оптика без движущихся частей, жгут проводов.
Примечание. Требуется квалификация ESS проекта и процессов, обычно на сборке следующего уровня. Приемочные испытания ограничиваются визуальным осмотром и эксплуатационными испытаниями в сборке следующего более высокого уровня.

Активный блок

Примеры: печатная плата с твердотельными устройствами, электродвигатель, электронно-лучевая трубка, сосуд под давлением.
Примечание. Обычно требуется квалификация ESS и приемка ESS.

Одноразовые и ограниченные устройства использования

Примеры: взрывчатое вещество, ракетное топливо, газогенератор, пиропатрон, аккумулятор.
Метод: Квалификация ESS осуществляется путем воздействия квалификационных уровней окружающей среды, а затем используется для демонстрации мощности плюс запас. Приемка ESS обычно осуществляется на 10% производственной партии (но не менее 10 единиц) путем воздействия квалификационных уровней окружающей среды, а затем используется для демонстрации мощности плюс запас. Отказ одного проверяемого оборудования требует отказа от производственной партии. Требования и методы испытаний взрывных устройств основаны на стандартах MIL-HDBK-1512 и AOP-7 НАТО. Рекомендации по испытаниям батарей приведены в RCC-Doc-319-99.
Примечание. Надзорное тестирование — это периодическое повторение приемочного тестирования с использованием тенденций или ускоренного старения для разрешения продления срока годности. Анализ тенденций предполагает частую выборку проб и сравнение с предыдущими результатами для прогнозирования деградации. Ускоренное старение предполагает стимулирование известных видов отказов для обнаружения деградации.

Первая производственная статья

Это проверяемое оборудование для квалификации ESS (обычно требуется три проверяемых оборудования). Проверяемое оборудование должно отражать конструкцию, процессы производственной линии, материалы и качество изготовления.

Первая исправленная статья

Также называется Первой статьей. Это проверяемое оборудование (обычно требуется четыре), которое демонстрирует, что источник ремонта имеет возможности и процессы для выполнения удовлетворительного ремонта.

Статья о предварительной квалификации

Статья о предквалификационной продукции. Также называется «Предварительная статья». Это проверяемое оборудование, используемое для снижения рисков программы и для квалификации ключевых процессов, технологий и т. д.
Предквалификационная отремонтированная статья. Также называется качественной статьей. Это проверяемое оборудование (обычно требуется два), отремонтированное потенциальным подрядчиком по ремонту для частичного соответствия критериям включения в список квалифицированных участников торгов.

Пошив одежды

Адаптация — это формальная инженерная задача, заключающаяся в использовании существующих технических данных (требований, стандартов, спецификаций, планов испытаний и т. д.) и выборе или изменении применимых областей для удовлетворения требований, уникальных для типа устройства, проходящего испытания. Неприменимые требования удалены. Другие требования могут быть добавлены в связи с изменениями в федеральных стандартах, выявлением новых опасностей, модификациями изделия или изменениями в профиле миссии/ESS. Все области несоответствия техническим данным должны быть идентифицированы подрядчиком, и запрос на адаптацию требований (RTR) должен быть представлен правительству для каждой области. RTR должен включать подробное обоснование. Только государственный инженерный орган для данного компонента может принять RTR.

Спецификации и стандарты

Адаптация обычно заключается в выборе применимых областей, лучших методов испытаний или использовании эквивалентных требований.

Адаптация плана тестирования

Адаптация обычно заключается в изменении уровней и продолжительности тестирования, последовательности тестов или требований к отчетности. Адаптация также должна определять любые требования к испытаниям, которые должны быть выполнены посредством анализа, сходства или проверки.

MIC, отказ от прав и отклонение

Каждый RTR классифицируется как MIC, Отказ или Отклонение.

МИК. RTR, который по-прежнему соответствует заданным техническим данным, классифицируется как соответствующий требованиям (MIC).
Отказ. Если RTR потенциально увеличивает угрозу безопасности, он классифицируется как отказ и также должен быть принят компетентным правительством и отделами безопасности подрядчиков. Целью отказа является предоставление временного разрешения на продолжение действий, пока опасность устраняется. Серия маловероятных, несвязанных одновременных отказов не считается опасностью.
Отклонение. RTR, который не увеличивает угрозу безопасности и не является MIC, классифицируется как отклонение.

Соответствующие стандарты

См. также

Ускоренное старение
Экологическая палата
Экологические испытания
Анализ отказов
Военный стандарт США
MIL-STD-810 «Стандарт Министерства обороны США по методам испытаний для учета экологических инженерных соображений и лабораторных испытаний»
Высокоскоростной экран стресса
Высоко ускоренное испытание на жизнь

Примечания

^ Кечечиоглу, Д.; Солнце, ФБ (2003). Скрининг экологического стресса: его количественная оценка, оптимизация и управление . Публикации DEStech. ISBN 9781932078046 . Проверено 17 октября 2014 г.
^ Брюс Петерсон (9 марта 2004 г.). «Руководство по скринингу экологического стресса» (PDF) . Награда инженерных решений . Проверено 17 октября 2014 г.
^ «Скрининг экологического стресса» . www.tutorialsweb.com . Проверено 17 октября 2014 г.
^ Газета доступна для неограниченного распространения, написав в OO-ALC /ENR, Hill AFB, Ut. 84056. Попросите техническую записку OO-ALC 01-2002, «Оценка воздействия на окружающую среду заменяемых и отремонтированных компонентов, стандартизированные определения и процесс», автор Дэвид Франц.
^ https://www.robins.af.mil/Portals/59/documents/technicalorders/00-25-234.pdf?ver=2018-09-05-144121-517 ^{[ пустой URL PDF ]}

[google-1] Кечечиоглу, Д.; Солнце, ФБ (2003). Скрининг экологического стресса: его количественная оценка, оптимизация и управление . Публикации DEStech. ISBN 9781932078046 . Проверено 17 октября 2014 г.

[accoladeeng-2] Брюс Петерсон (9 марта 2004 г.). «Руководство по скринингу экологического стресса» (PDF) . Награда инженерных решений . Проверено 17 октября 2014 г.

[tutorialsweb-3] «Скрининг экологического стресса» . www.tutorialsweb.com . Проверено 17 октября 2014 г.

[4] Газета доступна для неограниченного распространения, написав в OO-ALC /ENR, Hill AFB, Ut. 84056. Попросите техническую записку OO-ALC 01-2002, «Оценка воздействия на окружающую среду заменяемых и отремонтированных компонентов, стандартизированные определения и процесс», автор Дэвид Франц.

[5] ttps://www.robins.af.mil/Portals/59/documents/technicalorders/00-25-234.pdf?ver=2018-09-05-144121-517 ^{[ пустой URL PDF ]}

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]