第一階段：用戶場景分析與現場條件搜集

目標： 全面、真實地復現產品在生命周期內所經歷的各種環境應力和使用應力。

操作步驟與細節：

成立跨職能團隊

操作細節： 立即組織一個包括可靠性工程師、設計工程師、現場服務工程師、銷售或產品經理在內的核心團隊。關鍵點：必須有一線服務人員的參與，他們掌握著最一手、最“鮮活”的故障信息和環境數據。

定義任務剖面

操作細節： 與團隊一起，將產品的生命周期分解為不同的階段。例如，對于一臺戶外監控設備：

剖面1：運輸與倉儲（從工廠到倉庫，再到安裝點）。

剖面2：安裝與調試（首次上電、安裝固定過程）。

剖面3：正常運行（24/7不間斷工作，日夜交替）。

剖面4：極端天氣事件（如臺風、沙塵暴、極寒）。

剖面5：維護操作（清潔、軟件升級、部件更換）。

關鍵點： 必須明確每個剖面的時間比例和發生順序。例如，“正常運行”占99%的時間，但導致80%早期故障的往往是“安裝調試”和“極端事件”剖面。

現場數據搜集（此為核心環節）

操作細節：

a. 環境數據量化：

溫度/濕度： 不僅記錄平均溫濕度，必須重點測量和記錄極值（最高/最低溫度、冷凝點）及其持續時間。使用高精度數據記錄儀，安裝位置應貼近產品實際安裝位置（如設備機箱內、散熱口附近），采樣間隔建議≤1分鐘。

振動/沖擊： 使用三軸振動傳感器。關鍵點：區分不同類型的振動源：

持續性振動： 如安裝在不斷運行的機器旁，記錄RMS（均方根值）和頻率譜。

瞬態沖擊： 如交通工具過減速帶、設備門開關碰撞。記錄沖擊加速度G值和持續時間。

其他環境應力： 如鹽霧（沿海地區）、粉塵濃度（工業區）、化學腐蝕氣體（化工廠）、太陽輻射強度（戶外）、電壓波動/浪涌（電網質量差的地區）等。必須與現場服務人員確認這些因素是否曾導致過問題。

b. 使用條件量化：

電應力： 記錄開機、關機、待機、峰值負載下的電壓、電流、功率。特別關注：通斷電循環的頻率、電壓浪涌（如雷擊感應）、諧波干擾。

機械應力： 記錄操作頻次（如按鈕每天被按多少次）、接口插拔次數、線纜彎折角度和頻率。

軟件/負載應力： 記錄典型工作負載（如CPU占用率、數據傳輸量）、軟件更新頻率、異常重啟日志。

故障數據復盤

操作細節： 調取歷史故障報告（FRACAS數據），與現場服務工程師召開復盤會議。提問不能停留在“什么壞了”，要深挖“在什么情況下壞的”？

示例問題： “這個電源模塊失效，是發生在夏季午后設備暴曬后開機時，還是雷雨天氣后？”、“這個連接器松動，是發生在運輸后首次調試，還是日常振動環境下運行了半年后？”

第二階段：應力因子提取與DOE分析

目標： 從海量現場數據中篩選出對可靠性影響最顯著的關鍵應力因子，并設計高效試驗方案。

操作步驟與細節：

應力因子清單整理

操作細節： 將第一階段搜集的所有應力數據整理成清單，并為每個應力因子定義正常范圍、極端范圍和測量單位。

示例：

應力因子A： 工作環境溫度。正常范圍：-10°C ~ +45°C；極端范圍：-30°C (4小時) ~ +70°C (2小時)。

應力因子B： 開機沖擊電流。正常值：2A；極端值：5A（冷啟動時）。

應力因子C： 每日振動暴露量。Grms: 0.5g (頻率范圍：10-500Hz)。

失效模式與應力關聯分析（FMEA思路）

操作細節： 使用表格工具，將潛在的失效模式與應力因子關聯，并評估其影響的嚴重度(S)、發生度(O)和探測度(D)，計算風險優先數(RPN)。這有助于識別出必須通過試驗驗證的高風險項目。

試驗應力選擇與加速模型應用

操作細節：

選擇關鍵應力： 基于RPN和工程判斷，選擇2-4個最關鍵的應力作為試驗因子。通常溫度、濕度、振動、電應力是首選。

確定加速模型： 針對每個應力，選擇合適的物理加速模型。

溫度： 采用阿倫尼烏斯模型。關鍵細節：必須獲得產品的激活能（Ea），可從類似器件數據手冊或前期試驗中獲取。若未知，可參考通用值（如0.7eV用于電子元件）。

振動： 采用逆冪律模型。需要確定加速因子。

濕度： 采用Peck模型或Hallberg-Peck模型。

計算加速因子： 根據模型、現場使用條件和試驗條件，計算出試驗相對于實際使用的加速因子（AF）。例如，將溫度從35°C提升到65°C，根據阿倫尼烏斯模型，AF可能為10左右，意味著試驗1小時約等于現場使用10小時。

設計試驗（DOE）

操作細節：

確定DOE目標： 是尋找失效閾值？還是評估交互作用？或是驗證設計裕量？

選擇DOE方法：

全因子試驗： 因子數少（2-3個），想深入研究所有交互作用時使用。但試驗次數較多。

部分因子試驗（如田口方法）： 因子數較多時（>3），用于快速篩選出顯著因子，效率高。這是我最推薦的現場實用方法。

設置水平： 為每個選定的應力因子設置水平。

低水平： 通常設為現場條件的正常值或下限。

高水平： 設為現場條件的極端值，或基于加速模型計算出的加速應力水平。警告：應力水平不能高到引入實際使用中不會發生的失效模式（如塑料在過高溫下熔化）。

制定試驗矩陣： 根據選擇的DOE方法，生成試驗運行表，明確每次運行中各因子的水平組合。

定義樣本量與失效判據： 確定每個試驗組合所需的樣本數量（通常≥3），并明確定義什么是“失效”（如功能性能參數超差、物理損壞等）。

第三階段：試驗方案文檔化

方案文檔應包含以下核心章節：

目的與范圍

引用標準

試驗樣品信息（型號、批次、數量）

用戶場景與任務剖面摘要

主要應力因子與試驗條件（詳細表格，含加速計算過程）

DOE試驗矩陣

試驗設備與設置（設備型號、精度、校準要求、樣品安裝方式**——需附照片或示意圖**）

試驗步驟（開機順序、應力施加順序、監測點、測量間隔）

數據記錄與失效判據

安全注意事項

附錄（原始現場數據、傳感器布置圖、FMEA分析表等）