就像制造业中的许多事情一样,产品测试并不是一个“一刀切”的程序。制造商经常进行的比较知名的测试类型包括泄漏、机械性能、材料(如抗拉强度)和计算机模拟建模。

加速寿命测试(ALT)是较小的程序之一,但它不太重要。这种类型的测试涉及在加速应力条件下捕获产品寿命数据,这导致装置更快地失效。

Stanley Black & Decker Inc. (SBD)北美地区常驻工程经理Lee Brendel解释说:“我们的测试是通过与终端用户进行大量的工作来确定的,以了解最坏情况下的配件、材料、加载和环境。”“我们制造了测试设备来匹配这些场景,并有效地执行ALT。钻机的关键部件是电源、控制器和各种类型的传感器来捕获数据。很多时候,测试涉及一个非常复杂的例行程序,所以专门训练的技术人员和工程师运行我们的测试。”

厨柜五金生产商Blum Inc.在其位于北卡罗来纳州斯坦利的装配厂进行另一种类型的产品测试。在那里的一间实验室里,气动气缸被用来全天候地打开和关闭橱柜抽屉和门,以测试该公司的铰链和幻灯片。其目标是查看硬件在故障前可以循环多少次,并帮助工程师了解故障的机理。

这种类型的测试称为“典型生命”,因为产品测试在正常条件下运行。其主要福利是帮助制造商对硬件的寿命进行更准确的预测,并改进其设计。

然而,当公司需要更快地获得可靠性结果时,他们会转向ALT。如果执行正确,加速测试可以显著缩短上市时间,并降低产品开发和保修成本。

今天更快,明天更好

制造商可以执行一个或多个版本的ALT以获得他们需要的数据。定性加速试验主要用于揭示产品可能的失效模式,以便工程师改进产品设计。这些测试是在小样本上进行的,测试单元受到单一严重水平的压力。如果标本存活下来,它就通过了测试。否则,必须采取适当的措施来改进产品的设计,以消除在测试中发现的失效原因。

一种定性加速试验是高加速寿命试验或HALT。Delserro Engineering Solutions总裁、PE人士Gary Delserro表示,HALT是一种被证明可以降低产品制造成本、提高客户满意度、获得市场份额和增加利润的流程。

Delserro称:“公司报告称,使用HALT后节省了数百万美元。”“该测试可以加速产品的老化过程,从实际几个月到测试几分钟,它可以帮助你在设计阶段发现产品的弱点。”在HALT期间,通常使用振动、温度和电应力变量以及内部流体压力组合来诱发故障和发现故障点。通过使用负载组合,我们可以在设计或制造过程的缺陷到达客户之前发现它们。”

另一种类型是高加速应力测试,也被称为高压锅测试,它使用温度和湿度作为环境参数来测试电子元件的可靠性。它的目的是通过将测试室的水汽压提高到比产品内部高得多的水平来评估产品的抗湿性。这一过程暂时加速了水分渗入产品。

定性加速生命(QlAl)测试仅引入现实生活中遇到的故障模式。结果,它不提供可用于量化在正常使用条件下产品的寿命特性的信息。

另一方面,定量加速寿命(QTAL)试验旨在量化产品的寿命,并产生ALT分析所需的数据。从这些测试获得的数据使制造商能够准确地估计概率密度函数为产品在正常使用条件下,计算产品可靠性、失效概率、平均寿命、失效率和B10生活,这是当产品10%的人口将有可能失败。

QTAL测试可以使用使用率加速或过度压力加速来加快产品的故障时间。随着过度应力加速,一个或多个环境因素(温度,电压,湿度等)已知导致故障在正常条件下增加。使用率加速适用于在正常条件下不连续运行或速率非常高的产品。

洗衣机是使用率加速测试的好选择。一家机器制造商假设机器平均每周使用6个小时,但希望快速准确地确定其28周(6个月多一点)的性能水平。为此,公司连续运行机器一周(168小时),模拟正常使用条件下28周的运行。

对付Chrome腐蚀

在每个滑动转向,侧装载机,叉车和雪犁是由钢制成的多升汽缸杆。并且在这些杆的外侧是镀铬,防止腐蚀并延长磨损寿命。日内瓦,基于IL的工业硬铬公司(IHC)专门用于将镀铬镀到这些杆上,以及管道和机器切割坯料。

IHC质量经理布鲁斯•塔克指出:“对已安装的棒,最糟糕的做法就是不使用它。”根据机器的不同,连杆有时会被液压油吞没。但是,它经常暴露在自然环境中。镀铬可以防止焊条因暴露而腐蚀。”

电镀后,棒经过根据ASTM B117,盐雾(雾)设备操作标准实践的ALT。IHC拥有并每天使用三个专门设计的室(由Singleton公司制造)用于这种类型的检测。

每次最多50根16英寸长的金属棒被放置在每个腔室中,以观察镀铬在加速暴露于盐雾和极端温度下的效果。塔克说,每根金属棒都是从一根24英尺长的镀钢棒上切割下来的。

在测试开始前,一个不锈钢气泡加湿塔充满去离子水,并安装在外部的腔室。将预先混合好的5%的盐水溶液倒入另外两个带有内部漏斗的烧杯中。这些烧杯被连接到不同的塔上,塔被放置在室内指定的位置。

接下来,操作员设置气压,pH和温度参数。最后,他将两个PVC架子放置到位,将杆放在顶部(每个角度为15度角,在两个空间之间)并关闭腔室。

当操作员打开腔室时,空气进入加湿塔,然后带走5%的盐水溶液,并通过两个内部塔喷射。在测试过程中,盐雾均匀地喷洒在棒上。

“每24小时打开每个腔室,但仅限于最短的时间,”塔克解释道。“技术人员首先检查烧杯,看看是否收集了多少盐水。每小时收集约1到2毫升的标准。然后他重新检查参数以确保它们是正确的。“

重复该循环,直到杆已经过至少200小时。几乎每个IHC客户都需要测试时间不到200小时,但Tucker使用此号码作为气压计,以确保镀铬是最高质量的。

当测试完成时,技术人员打开腔室并取下烧杯。他手动记录收集的盐碱和日志表上的其他相关数据的数量。此后不久,他将此数据进入专有的软件程序以进行排序和分析。

“然后将杆移除并仔细检查任何腐蚀迹象,”Tucker说。“只有当数据验证Chrome电镀已通过Alt,每根杆没有腐蚀的迹象都没有腐蚀。”

工具测试时间

作为世界上最大的电动工具制造商,SBD面临着独特的日常挑战:维护和扩展其客户群以留在顶部。公司符合这一挑战的方式是生产高质量的工具。

测试一直是制作多世纪以来的工具的重要组成部分,虽然不是公司所做的所有当前工具品牌已经存在这一点。其中包括斯坦利,德沃尔,黑玻璃,工匠,搬运工电缆,MAC工具,PROTO和FACOM。

Brendel说:“我们制造了许多不同版本的电动工具,每一个都经过了很多测试,包括ALT。”“为了应对这样的规模,我们在全球运营了几个大型测试中心,在那里也进行新产品开发。SBD在北美、南美、欧洲和亚洲的每个制造工厂都有一个测试实验室。”

例如,作为ALT计划的一部分,一个电钻可能要经过多达20个不同的测试。这些测试在开发的每一个阶段都要完成——从原型到最终生产——可以包括经受数千次操作周期的工具。

一种常见的钻头测试包括用制动装置对工具施加模拟载荷。SBD工程师然后确定在这种情况下,有多少电流的电机,以及有多少额外的负载是放置在电机和变速器。

Brendel说:“一般来说,每个工具和系统都有一个独特的测试方法,这是我们根据多年的数据和改进开发出来的。“我们所有的产品在新产品开发期间,在任何设计更改之后,以及在生产过程中都要经过ALT。终端用户研究总是指导我们测试规格和方法的开发,以确保我们设计的产品满足客户的需求。”

布伦德尔表示,SBD致力于尽可能咄咄逼人,而不会产生不切实际的失效模式。他承认,这更容易为熟练的产品,比如钻头,而不是新的产品。

Brendel说:“对于全新的产品,在失效分析期间,我们必须将测试方法视为潜在的根本原因。”这可能需要我们减慢测试速度,或者将其与其他非加速测试数据关联起来。此外,我们可能需要确定产品是否需要改变设计,测试方法是否需要调整,或者只是找出特定故障的加速因素。”

设计的方法

Delserro Engineering Solutions (DES)成立于1992年,专门从事ALT、HALT、应力、高加速应力筛选(HASS)、可靠性、耐久性、振动、冲击和环境测试。客户包括电子、电信、航空航天、运输、医疗和消费品行业的大大小小的公司,以及为美国政府机构服务的制造商。

Delserro解释说:“对于定制产品的生命周期测试,我们会与每个客户会面,并在运行任何测试之前编写一个明确定义所有内容的商定计划。”“这个计划涵盖了一些细节,比如需要多少个周期来运行一个产品,时间有多短,以及在哪里增加压力。”

用于测试的钻机都是定制的,尺寸从小型台式到占地面积达6立方英尺不等。钻机框架采用80/20公司的t型槽铝建筑系统。Delserro喜欢该系统的铝型材提供的灵活性,以建立一种类型的框架,拆下它,并建立一个完全不同类型的框架。

Delserro继续说:“建议使用ReliaSoft的Weibull++ ALT模块测试5到6个相同的产品,以获得足够大的数据样本进行统计分析。”“然后我们会向客户提供一份完整的最终测试报告。”

一个客户最近要求DES对一种以盆栽组件为特色的新电路板设计进行HALT。该测试包括将几块板暴露在冷热环境下,然后进行快速的温度斜坡、振动以及温度和振动的综合应力。

据Delserro称,冷热温度步骤暴露了一个硬故障(设计弱点)和多个软故障,如电源复位和缺乏通信。在快速的热斜坡和振动过程中,板子确实能正常工作。

然而,结合温度和振动阶段揭示了相同的问题,显示在冷热试验。此外,封装组件在测试过程中在多个板上开裂,导致通信问题。

DES在三天内完成了测试。相对较短的时间,客观地说,但足够长的是向客户展示产品设计弱点,最有可能导致几种保修和可靠性问题在路上。

另一个与halt相关的项目涉及使用DES接受的程序测试两种军用产品。测试是为了比较现有产品和新产品的结果。

通过施加不同的应力来确定每种产品的温度、振动、操作和破坏极限。在测试过程中发现了可恢复的操作问题和硬故障。这些结果为公司提供了提高每个产品可靠性的机会。

德尔塞罗总结说:“一般的规则是,一个部件或产品的安全性或服务越关键,就越需要进行ALT。”“例如,医疗设备的关键部件应该进行测试。但是,一个3美元的玩具,可能不行。”