T-CITS 0101-2024 科学仪器设备电控系统定量加速试验方法

ICS19.080CCSN00CITSQuantitativeacceleratedtestingmethodforcontrollersystemsofscientificIT/CITS0101—2024前言 2规范性引用文件 3术语和定义 4通用要求 34.1受试样机 34.2试验设备、测试仪器要求 44.3试验条件及允差 44.4加速模型及其因子 44.5试验准备工作要求 64.6故障判定与后果分类 74.7有效验证时间统计原则 75试验方法 75.1试验分类 75.2试验应力 75.3加速因子确定与计算 85.4加速试验流程和步骤 86试验报告要求 附录A（规范性）可靠性指标加速试验设计 13附录B（规范性）寿命指标加速试验设计 16附录C（规范性）应力大小设定 18附录D（资料性）加速试验建模与加速因子计算（示例） 19附录E（规范性）加速试验记录表格 23参考文献 T/CITS0101—2024本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。本文件结合了科学仪器设备电控系统的特点及应用环境，基于定量加速试验方法，对平均故障间隔时间和寿命指标/使用期限进行评价。本文件提供了加速试验应力、加速模型及其因子的选取和计算方法，以及较详实的定量加速试验流程，可实现科学仪器设备电控系统可靠性或寿命指标/使用期限的快速评价。本文件某些内容可能涉及专利，本文件发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国检验检测学会提出并归口。本文件起草单位：广东科鉴检测工程技术有限公司、北京北分瑞利分析仪器（集团）有限责任公司、广州市浩洋电子股份有限公司、广州禾信仪器股份有限公司、辽宁省医疗器械检验检测院、上腾科技（广州）有限公司、北方工业大学、中国计量科学研究院、安顺高新区检测中心有限公司、中国科学院高能物理研究所、广州理工学院、东莞职业技术学院、中国科学院空天信息创新研究院、广州市明美光电技术有限公司、中广核医疗科技（绵阳）有限公司、广东白云学院。本文件主要起草人：文武、方子敏、周加才、蒋伟楷、黄正旭、郝素丽、张儒锋、李明、龚晓云、江游、钱森、唐露新、丁度坤、刘雷、卢永红、熊行创、张春旺、徐歆凯、石远豪、崔钰鹏、吴佐霞、彭颖茹、黄前程、陈晓清、张军波。T/CITS0101—2024依据GB/T32847—2016，科学仪器设备分为：——通用科学仪器设备：质谱仪器、色谱仪器、光谱仪器、波谱仪器、能谱仪器、电化学仪器、衍射仪器、显微镜、热分析仪器、生化分析仪器、样品前处理及制备仪器、物理性能测试仪器、计量仪器与基标准、电子/电气与通信科学仪器设备、激光器、人工实验环境设备、其他通用科学仪器设备等。——专用科学仪器设备：空间与天文、大气探测、地球、海洋与陆地水资源、生命科学与医学医药、环境科学、农林牧渔业、交通运输、能源与核、机械装备、工艺试验、特种检测以及其他类科学仪器设备。科学仪器设备中的电控系统具有控制、驱动、通讯、信号和数据处理等功能，因此电控系统设计要求高精度和高可靠性。电控系统在其生命周期内面临温度、湿度、振动等环境条件及其组合条件，对仪器精度和可靠性具有较为明显的影响。在科学仪器设备可靠性方面，已发布T/CIS03001.1—2020和T/CIS03002.1—2020，且在科学仪器设备整机及其电气系统中得到应用，可解决科学仪器设备整机平均故障间隔时间验证、电气系统快速充分暴露缺陷问题。对科学仪器设备电控系统高可靠或长寿命指标验证，如采用上述试验技术手段验证，则所需试验时间长、经济代价大，工程实用性与操作性不强，或无法量化其加速效应实现可靠性或寿命指标的快速评价。加速试验方法是一种经济高效、操作性强的验证手段，是实现电控系统高可靠或长寿命快速验证的有效方法。依据GB/T34986，加速试验分为：——定性加速试验方法：试验应力相比正常条件增大，但无法量化评估其加速效应，无法对可靠性或寿命指标进行量化评估，通常以快速充分暴露缺陷为目的。——定量加速试验方法：试验应力相比正常条件增大，且可量化评估其加速效应，可对可靠性或寿命指标进行量化评估，实现可靠性或寿命指标/使用期限验证。1T/CITS0101—2024科学仪器设备电控系统定量加速试验方法本文件规定了科学仪器设备电控系统（以下简称“电控系统”）开展定量加速试验（以下简称“加速试验”）的通用要求，并描述了科学仪器设备电控系统开展加速试验的方法。本文件适用于科学仪器设备电控系统及其电子部件、电路板组件的可靠性指标和寿命指标快速验证与评估。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。T/CIS03001.1—2020科学仪器设备可靠性整机平均故障间隔时间验证方法3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1科学仪器设备scienceinstrumentandequipment直接用于研究、观测、试验、检验、检测、计量等各类科技活动和教学活动的仪器和设备（含配套附件及软件）。注：不包括与基建配套的各种动力设备、机械设备、辅助设备，也不[来源：GB/T31075—2014，2.2.5，有修改]3.2电控系统controllersystem在仪器设备中实现控制、驱动、通讯、信号和数据处理等功能的电气、电子控制系统。3.3故障fault产品不能执行规定功能的状态。注：通常指功能故障，因预防性维修或其他计划性活动或缺乏外部资源造成不能执行规定功能的情况除外。3.4关联故障relevantfailure产品按规定的条件使用而发生的故障，或已证实由产品设计所引起的故障。注：例如产品设计和工艺故障、零部件故障、耗损零件故障和机内测试故障等，否则为非关联故障。3.5责任故障chargeablefailure关联故障或事先已规定某个特定组织提供的产品的关联故障，否则为非责任故障。注：承制方提供的受试样机在试验中出现的关联的原发故障，或由此引起的任何诱发故障，算作一次责任故障。3.6平均故障间隔时间meantimebetweenfailuresMTBF相邻两次故障之间的平均工作时间。2T/CITS0101—2024注：其度量方法为：在规定的条件下和规定的期间内，产品寿命单位3.7在规定条件下，产品从开始使用到报废的时间单位数。注1：寿命单位是指对产品使用持续期的度量，如注2：寿命历程由贮存和使用两个过程构成。贮存寿命是指在规定的贮存条件下能满足规定要求的贮存期限；使用寿命即使用期限，是指产品使用到无论从技术上还是经济上都不宜再使用，而应大修或3.8定量加速试验quantitativeacceleratedtesting为缩短试验时间，增大施加在受试样机上的应力量值或载荷频次的试验。通常以定量、快速评价可靠性指标要求（如平均故障间隔时间、寿命/使用期限）为目的。3.9受试样机testedprotrotype用于开展定量加速试验的科学仪器设备电控系统的样机。3.10环境应力environmentalstress环境因素如温度、湿度、电、振动和冲击等对仪器设备产生的单一或组合或综合的作用。3.11加速试验应力acceleratedteststress为缩短试验时间而施加在受试样机上显著增大的应力。该类应力往往是受试样机正常贮存、使用、试验的典型应力，也是实际使用中引起受试样机失效的主要（敏感）应力。注：按照应力的种类，加速试验应力通常分为温度应力（如高温应力数，同一加速试验应力对应不同参数，如高3.12加速模型acceleratedmodel用于描述相关作用应力对产品可靠性特指参数影响的一种函数关系。注：可靠性特征参数包括退化速度、失效率、3.13阿伦尼斯模型Arrheniusmodel一种描述由温度应力引起失效的加速模型。注：由阿伦尼斯（Arrhenius）提出，适用于描述产品失效3.14哈尔伯格-佩克模型Hallbery-Peckmodel一种描述由温度、湿度应力共同作用引起失效的加速模型。注：由哈尔伯格-佩克（Hallbery-Peck）提出，适用于描述产品失效机理为温度、湿3.15加速因子accelerationfactorAF产品在预期使用应力条件下与加速试验应力条件下的可靠性特征参数的比值。注1：加速因子用于衡量加速试验的效果，对于有效果的加速试验，其注2：当产品寿命符合指数分布时，加速因子指产品在使用应力下与在加速试验应力下达到相同累积失效概率的时3.16激活能activationenergy3T/CITS0101—2024Ea晶体中晶格点阵上的原子运动到另一点阵或间隙位置时所需的能量，是反映温度应力对产品寿命影响的一种指标。注：金属材料的激活能单位为eV；非金属材料的激活能（活化能）单位为kJ/mol。3.17生产方风险producerriskαMTBF真值不小于检验上限(θ0）时，判定MTBF真值小于检验上限(θ0）的最大概率。3.18使用方风险userriskβMTBF真值小于检验下限(θ1）时，判定MTBF真值不小于检验上限(θ0）的最大概率。3.19MTBF检验下限lowertestMTBFθ1可接收的最低MTBF值。若电控系统的MTBF的真值不大于MTBF检验下限(θ1），则电控系统被接收的概率至多为100β%。电控系统的MTBF检验下限取值等于电控系统的MTBF的最低可接受值。3.20MTBF检验上限uppertestMTBFθ0可接收的最高MTBF值。若电控系统的MTBF真值不小于MTBF检验上限(θ0），则电控系统被接收的概率至少为100(1−α)%。3.21鉴别比discriminationratiodMTBF的检验上限(θ0）与检验下限(θ1）的比值。4通用要求4.1受试样机4.1.1技术状态受试样机通常为研制中或改型中的样机，其功能和性能均应符合预期要求。4.1.2受试样机数量受试样机的数量应根据试验设备可放置（安装）样机的数量、单台样机的经济成本、可提供的样机数量等，综合考虑确定。当采取加速模型求取模型参数和加速因子时，单应力应开展至少3组加速试验，每增加一种应力至少应增加1组加速试验，每组加速试验所需样机数量宜为6台～30台。当采取加速模型和经验参数事先预估加速因子时，可仅开展1组加速试验，则所需样机数量推荐为注1：适度增加样机数量可增加加速试验结果注2：应准备适当数量、技术状态相同的备份样机或备件用于加速试4.1.3明确样机信息在试验前，应明确受试样机的组成、功能、尺寸、重量、安装要求、供电要求及运行条件等信息。试验前还应对受试样机进行分析，评估可能发生的失效或可能发生故障的部件、所需的连接措施和焊接工艺等，提前准备好替代或修复方案。4T/CITS0101—2024必要时承制方应提供受试样机的电路原理图和PCB图、元器件清单、制造工艺等资料。注1：明确受试样机的安全操作事项，如供电适配、接地等影4.2试验设备、测试仪器要求4.2.1试验设备要求试验设备是用于给受试样机施加加速试验应力的设备，应满足以下要求：a)经计量校准或检定合格，能溯源到国家最高计量标准，且预期整个试验过程中均处在有效期内；b)试验设备能完全容纳受试样机，并使受试样机实现运行和操作；c)试验设备能施加满足加速试验条件的应力，如温度、湿度、电、振动应力等；d)试验设备能保持和监控试验设备施加的应力条件；e)能防止受试样机在试验中产生与实际不符的应力传递。4.2.2测试仪器、仪表要求测试仪器、仪表是用于给受试样机做功能性能测试的仪器和仪表，应满足以下要求：a)经计量校准或检定合格，能溯源到国家最高计量标准，且预期整个试验过程中均处在有效期内；b)测试仪器和仪表的最大允许误差绝对值不超过受试样机声称最大允许误差绝对值的三分之一；c)能适应受试样机试验、运行、测试的环境条件要求。对个别特殊仪器仪表，无计量校准条件和方法的，可通过比对测试，证明其测试的准确性。4.3试验条件及允差4.3.1基准条件基准条件应符合受试样机的安装使用环境条件要求，包括气候环境、机械环境、电磁环境等。基准条件一般包括以下条件：a)温度：电控系统使用环境温度范围；b)相对湿度：电控系统使用环境相对湿度范围；c)电应力：电控系统额定电压/电流/功率；d)振动：电控系统使用现场实测振动条件。4.3.2加速试验条件允差加速试验条件允许误差应符合以下规定：a)温度：温度稳定后±2℃;b)相对湿度：湿度稳定后±5%RH；c)电应力：电应力稳定后±4%（不高于36V时）；±2%（高于36V时）；d)振动：1)正弦振动：幅值：±10%；加速度：±10%；2)随机振动：500Hz以下：+3dB，-1.5dB；500Hz～2000Hz：±3dB；3)频率：±2%（低于25Hz时，±0.5Hz）。4.4加速模型及其因子4.4.1加速模型分类与选择电控系统加速试验根据不同试验应力将加速模型分为：——基于高温应力的阿伦尼斯模型；——基于湿热应力的哈尔伯格-佩克模型；——基于振动应力/电应力/温变应力的逆幂律模型；——时间压缩加速模型；——事件压缩加速模型。5T/CITS0101—2024通常，根据施加的加速应力类型，选择对应的加速模型，如高温应力加速选择阿伦尼斯模型，温湿度应力加速选择哈尔伯格-佩克模型，振动应力/电应力/温变应力加速选择逆幂模型等。4.4.2阿伦尼斯模型及因子当受试样机实际使用中主要受高温应力影响时，选择高温应力作为加速试验应力，则加速模型通常用阿伦尼斯模型，该模型假设退化速度是绝对温度的指数函数。阿伦尼斯模型退化速度可用公式（1）表示：ul=A∙eKB式中：ul——在温度应力为Tl条件下的退化速度；A——频数因子，常量（与温度无关）；Ea——激活能，通常在0.6eV～1.2eV之间；KB——波尔兹曼常数（8.6174×10−5eV/K）；Tl——在应力水平l下的温度应力，单位为开尔文（K）。加速试验条件下相对于基准条件下的加速因子见公式（2...............................................式中：Tu——在基准条件下的温度应力，单位为开尔文（K）；Ta——在加速试验条件下的温度应力，单位为开尔文（K）。加速试验应力条件下的失效率见公式（3）： λTa=λTu∙AF=λTu×eKBTuTa.........................................（3）λ(Tu)——在基准条件（基准温度应力为Tu）下的失效率；λ(Ta)——在加速试验条件（加速温度应力为Ta）下的失效率。4.4.3哈尔伯格-佩克模型及因子当受试样机实际使用中主要受高温高湿应力影响时，选择温湿度应力作为加速试验应力，加速模型通常用哈尔伯格-佩克模型，其退化速度表示见公式（4）：Ea1ul=A∙eKBTl∙RHl−n....................................式中：ul——在温度应力为Tl(K)和相对湿度应力RHl(%RH)条件下的退化速度；Ea——激活能，通常在0.6eV～1.2eV之间；A——频数因子；KB——波尔兹曼常数（8.6174×10−5eV/K）；Tl——在应力水平l下的高温加速应力，单位为开尔文（K）；RHl——在应力水平l下的湿度加速试验，用相对湿度（%RH）表示；n——幂指数，通常n取1～3。可推导出加速因子AF见公式（5）：AF=e−n.......................................................式中：Ea——激活能，单位为电子伏特（eV）；KB——波尔兹曼常数（8.6174×10−5eV/K）；Tu——基准条件下的温度，单位为开尔文（KTa——加速试验条件下的温度，单位为开尔文（K）；6T/CITS0101—2024RHu——基准条件下的湿度，用相对湿度（%RH）表示；RHa——加速试验条件下的湿度，用相对湿度（%RH）表示；n——幂指数，通常在1～3之间。4.4.4逆幂律模型及因子当受试样机实际使用中主要受振动应力或电应力或温变应力影响时，选择振动应力、电应力、温变应力作为加速试验应力，则加速模型通常选用逆幂律模型，其退化速度表示见公式（6）：ul=C·slm....................................................................（6）式中：ul——在应力为sl条件下的退化速度；C——频数因子；m——幂指数。可推导出加速因子见公式（7）：m.........................................................式中：uu——基准条件下的寿命特征值（与基准条件下的实际使用应力相关的函数）；ua——加速试验条件下的寿命特征值（与加速试验条件下的加速试验应力相关的函数su——基准条件下的应力值；sa——加速试验条件下的应力值；m——逆幂指数。4.4.5时间及事件压缩模型时间或事件压缩加速试验，主要用于以耗损型故障模式的电控系统，应力的增加是通过延长应力施加的持续时间或频次而不是增加其应力量值来实现的。a)时间压缩加速试验时间压缩加速试验是受试样机通过增加每天持续工作时间达到缩短验证时间周期的加速试验。时间压缩加速试验忽略了非工作状态所占时间及所带来故障影响，适用于电控系统工作应力及其累积损伤明显高于非工作状态或者备用状态的场合。b)事件压缩加速试验事件压缩加速试验是受试样机通过增加应力重复施加频次达到缩短验证时间的加速试验，采取了累积损伤等效原则，特别适用于运动部件。事件压缩加速试验忽略了非事件（如不动作）状态所占时间及所带来故障影响；同时也应注意，重复频率加快到一定程度后可能加速产品失效。4.5试验准备工作要求在开展加速试验前，承制方和承试方应完成下述各自各项准备工作。a)承制方应完成以下各项准备工作：1)所需的技术资料（研制任务书或技术要求、仪器设备说明书、测试细则等）；2)受试样机及相关信息（明确型号、组成、技术状态、尺寸、重量、数量、功耗等要求3)负载装置（受试样机正常运行所需的计算机、配试品、模拟负载等）；4)试验用供电电源、工装夹具、测试夹具及连接电缆（受试样机安装和测试用）；5)测试和监测用仪器仪表和测试软件；6)排故、维修工具和备件（与受试样机技术状态一致）；7)样机技术保障队伍（包括测试、排故和维修人员）。b)在开展加速试验前，承试方应完成以下各项准备工作：1)加速试验方案或大纲（明确加速试验要求和条件、测试项目和方法、故障判据等）；2)满足加速试验条件的试验设备；3)加速试验运行所需的水电气保障设施；7T/CITS0101—20244)通用的保障设备、工具、测试仪器等；5)加速试验实施保障队伍。4.6故障判定与后果分类4.6.1故障判定受试样机在加速试验中出现下列任一情况判为故障：a)受试样机不能工作或部分功能丧失；b)受试样机参数检测结果超出规范（规定）允许范围；c)受试样机的机械、结构部件或元器件发生的松动、破裂、断裂或损坏。4.6.2故障后果分类将故障按照后果分成两类：a)严重故障：直接导致停机的事件，导致无法开机、无法正常运行、无法实现基本和主要功能、技术指标超差至不可接受，可能导致严重后果或不符合安全规定，而必须停机处理的故障；b)一般故障：样机出现故障报警或征兆、部分功能丧失、技术指标超标，但样机未停机、无需停机、可正常运行、可继续正常使用，且可完成基本和主要功能。4.7有效验证时间统计原则本次验证的有效验证时间是指各受试样机可确定的正常运行的时间累积之和。各样机的有效验证时间时应为其总验证时间减去无效验证时间，各样机的有效验证时间之和为本次验证的总累积有效验证时有效验证时间统计原则如下：a)如样机在试验期间未发生故障，则整个试验时间均为有效验证时间；b)如样机在试验期间发生故障，则带故障运行的时间不能作为有效验证时间；c)当验证中测试发现某个受试样机故障时，无效验证时间为发生故障的受试样机上次检测结果正常的对应检测结束时刻至本次检测发现故障对应检测开始时刻之间的时间。5试验方法5.1试验分类5.1.1概述根据试验目的，加速试验分为用于评价平均故障间隔时间（MTBF）指标的加速试验和用于评价寿命指标（L）的加速试验。5.1.2基于加速试验评价MTBF指标在开展加速试验前，应明确电控系统的平均故障间隔时间（MTBF）指标。基于加速试验评价平均故障间隔时间（MTBF）指标加速试验设计见附录A。5.1.3基于加速试验评价寿命指标在开展加速试验前，应明确电控系统的寿命（L）指标。基于加速试验评价寿命（L）指标加速试验设计见附录B。5.2试验应力5.2.1应力类型选择根据仪器设备典型使用环境条件选择电控系统加速试验的应力类型：a)类型I：在地面固定使用的科学仪器设备，加速试验应力类型可选择温度、湿度、电应力或其组合；8T/CITS0101—2024b)类型II：在移动状态下（如车载、机载、舰/船载、手持式）使用的科学仪器设备，加速试验应力类型除选择温度、湿度、电应力外，还应增加振动应力或其组合。注：上述两种类型的加速试验应力，如不能覆盖电控系统所有的加速5.2.2应力数量选取根据以下情况选取应力数量：a)在加速模型参数或加速因子未知（或未事先确定）的情况下，应选取不少于3个应力用于开展加速试验；b)在加速模型参数或加速因子已知（或已事先确定）的情况下，应选取至少1个应力用于开展加速试验。应力，利用经验模型和经验参数反向设计加速试验，得出加速试验所需时5.2.3应力大小设定当采用1个应力开展加速试验时，推荐使用最高应力。当采用多个应力开展加速试验时，应依次确定最高应力、最低应力、中间应力，应力大小设定计算见附录C。5.3加速因子确定与计算5.3.1加速因子确定方法在不改变失效机理前提下，本文件中加速因子采用以下确定方法：a)达到相同累积失效概率（或相同筛选度）时基准条件所用的试验时间与加速试验条件所用试验时间的比值；b)基准条件下的可靠性特征参数与加速试验条件下的可靠性特征参数的比值，可靠性特征参数可为MTBF、寿命、退化速度或失效率。5.3.2加速因子计算方法根据加速因子的度量方法，通常计算加速因子的方法有：a)在多组加速试验应力下开展加速试验，获得各组加速试验应力下的可靠性特征值，通过线性化求解外推获得基准条件下的可靠性特征值和模型参数（如激活能、逆幂次数等从而得到加速模型及其参数，进而可计算出规定加速试验条件下相对于基准条件下的加速因子；b)在已知基准条件、加速试验条件的前提下，利用电控系统的加速模型和经验参数，计算得到电控系统在加速试验条件下相对于基准条件下的加速因子；c)在已知基准条件、加速试验条件的前提下，利用各个元器件的基准失效率、加速模型和经验参数，计算得到各个元器件加速试验条件下的失效率，并通过建模获得电控系统在基准条件下的失效率和在加速试验条件下的失效率；电控系统在加速试验条件下的失效率与在基准条件下的失效率的比值作为加速因子。5.4加速试验流程和步骤加速试验流程分为试验准备、试验执行、试验结束三个阶段。a)试验准备：明确评价指标、确定基准条件、选择加速试验应力类型及量值、确定加速模型及因子、确定加速试验时间、试验周期划分、测试项目确定、加速试验准备。b)试验执行：预处理（必要时）、受试样机安装、初始检测、实施周期试验、中间检测、试验中断处理（必要时）。c)试验结束：恢复（必要时）、最后检测。加速试验实施流程和步骤见图1。9T/CITS0101—2024图1加速试验实施流程和步骤5.4.1明确评价指标根据承制方的评价要求及已确定的评价指标，选择对应的评价方式，按照5.1及附录A.1和附录工作状态时间、非工作状态时间）、动作次数等，确定每年的典型工作天数，每天的典型5.4.2确定基准条件为量化加速因子，应确定电控系统在实际使用中的典型条件，作为与加速试验条件比较的基准条件。通常地，确定的基准条件，应涵盖加速试验应力类型。基准条件可根据承制方的规定确定，或可根据电控系统在典型使用环境下的局部环境实测结果和实际使用要求确定。当没有实测数据时，推荐选取的温湿度、振动应力基准条件如下：1）在室内固定使用的电控系统——非工作状态下的基准条件：选取25℃、50%RH；T/CITS0101—2024——工作状态下的基准条件：选取30℃、50%RH。2）在室外固定使用的电控系统——非工作状态下的基准条件：选取30℃、60%RH；——工作状态下的基准条件：选取35℃、50%RH。3）在移动场合使用的电控系统除依据上述条款选取温湿度应力外，可参照相关电控系统标准中的振动条件作为振动基准条件。如仪器设备电控系统承受其他典型应力，需将其作为加速应力试验，可以实际承受环境中该应力的典型值作为其基准条件。5.4.3选择加速试验应力类型及量值根据科学仪器设备电控系统的典型使用环境及失效相关的主要环境因素，选择加速试验应力类型，通常可选取的应力类型包括温度、温湿度、振动及其组合或综合。在确定应力类型后，确定仪器设备电控系统的加速试验应力量值。应力类型与量值大小按照5.2确定。5.4.4确定加速模型及加速因子在确定加速试验应力类型和量值后，依据4.4选择加速试验应力对应的加速模型及加速因子函数，加速因子的计算见附录D。5.4.5确定加速试验时间根据评价指标要求，选择统计方案或工程经验系数，依据样机数量，可确定加速试验时间。可靠性指标（如MTBF）评价所需的加速试验时间按照A.2和A.3确定；寿命指标评价所需的加速试验时间按照B.2和B.3确定。5.4.6试验周期划分通常地，将加速试验时间分成若干个周期实施。在确定试验周期时，可考虑一个试验周期对应其指标的一个单位或几分之一个单位，若指标单位为小时，则每个周期的加速试验时间/次数可等效折算为100小时、500小时、1000小时的考核；若指标单位为年，则每个周期的加速试验时间/次数可等效折算为一个季度、半年、1年。在每个试验周期后，对受试样机进行功能性能检测，确认其是否正常，作为其能否达到对应累积等效折算时间的指标要求的依据。5.4.7测试项目确定在开展加速试验前，应根据仪器设备电控系统的技术规格书确定试验前初始检测项目、各个周期试验后中间检测项目、试验结束后的最后检测项目。初始检测和最后检测应对受试样机进行全面的功能检查和性能测试。在各个试验周期后的中间检测时，至少应对受试样机的主要功能性能进行检测，具备条件时可对受试样机关键功能或性能参数进行实施监测。试验中不能检测的项目应给予说明。当具备实时监测条件时，可在试验周期中进行实时监测，以获得更为充分的检测数据。检测和监测项目应明确项目名称、合格判据、检测依据、检测方法。5.4.8加速试验准备在开展加速试验前，应按照第4章准备加速试验所需的受试样机、试验设备、测试仪器，确保受试样机可在试验设备中正常通电、运行、加载，通过测试仪器可完成规定检测项目。5.4.9预处理（必要时）在试验开始之前，为了消除或部分消除受试样机过去所受的影响，必要时，可按相关规范的要求对受试样机进行预处理。5.4.10受试样机安装T/CITS0101—2024若无其他规定，受试样机在试验设备中应模拟实际使用状态安装、连接，并配置测试仪器、连接线缆及必要的测试软件。实际工作中使用而在试验中不用的插头、外罩及检测板应保持原状；实际工作中加以保护的而在试验中无需使用的机械或电气连接处应加以适当的覆盖。对于要求控制温度的试验，受试样机应当在正常试验的标准大气条件下进行安装，并应尽可能安装在试验设备中央，如规定受试样机在试验过程中需工作，则安装时应考虑工作要求。受试样机之间，以及受试样机与试验箱壁、箱底及箱顶之间，均应有适当间隔，以便空气能自由循环。受试样机安装完后，应开机工作并进行检查，确认受试样机安装后可正常运行。5.4.11初始检测在进行试验之前，受试样机应在试验的标准大气条件下（特殊要求除外）进行外观检查、功能检查、电性能、机械性能和其他性能测量，并记录检测数据，加速试验测试情况记录表见附录E的表E.2。5.4.12实施周期试验给受试样机施加规定的加速试验条件，确定试验中每个周期的停机时长，不断开展各个试验周期的加速试验，直至完成规定的加速试验时间。5.4.13中间检测在各个试验周期中按照规定对受试样机进行监测，在每个试验周期后对受试样机进行中间检测，确认各个试验周期受试样机是否满足合格判据，加速试验测试情况记录表见附录E的表E.2。5.4.14试验中断处理在加速试验过程中，可能会由于停电、试验设备故障、受试样机故障等原因而导致试验中断，此时应视不同的情况进行不同的处理。a)容差范围内的中断：当中断期间试验条件没有超出允许误差范围时，中断时间应作为总试验持续时间的一部分；b)欠试验条件中断：当试验条件低于允许误差下限时，应从低于试验条件的点重新达到预先规定的试验条件，恢复试验，一直进行到完成预定的试验周期；c)过试验条件中断：当出现过度的试验条件时，最好停止此试验，用新的受试样机重做。如过试验条件不会直接造成影响受试样机特性的损坏，或者此受试样机可以修复，则可按以上2条处理。如以后试验中出现受试样机失效，则应认为此试验结果无效。针对出现的故障，按照4.6进行故障判定与分类。必要时，对受试样机进行定期维护保养。5.4.15恢复（必要时）在试验之后，最终检测之前，为使受试样机的性能稳定，应在正常试验的标准大气条件下（特殊要求除外）进行恢复处理。5.4.16最后检测恢复期结束后，受试样机应按设备有关标准或技术文件规定进行电性能、机械性能和其他性能测量以及外观检查，并与初始检测数据进行比较，加速试验测试情况记录表见附录E的表E.2。6试验报告要求加速试验结束后，根据试验的原始记录，承试方编写加速试验报告。试验报告至少应包括：a)试验时间、地点和参试人员；b)试验设备和测量监控设备的名称、型号、计量核查结果；c)试验时的环境条件；d)所采用的试验顺序和试验程序；e)电控系统功能性能的检测数据等；T/CITS0101—2024f)试验记录应有参加试验人员的签字；g)试验报告应对试验的全过程进行描述，并给出试验的结论；h)相应的试验、测试、故障记录表格见附录E（见T/CIS03001.1—2020附录A）。T/CITS0101—2024（规范性）可靠性指标加速试验设计A.1明确可靠性指标通常采用平均故障间隔时间（MTBF）的检验下限(θ1）作为可靠性指标进行验证。在开展加速试验验证平均故障间隔时间（MTBF）前，首先应明确电控系统的平均故障间隔时间（MTBF）的检验下若承制方没有规定MTBF的检验下限(θ1），可通过可靠性分配、可靠性预计、历史数据统计、典型使用场景推导等方法确定MTBF指标；也可从1000小时、2000小时、3000小时、……序列中选取指标。示例：实验室用仪器设备典型使用场景为：一天工作8小时，每年工作250天，一年工作2000小时；在线监测仪器设备典型使用场景为：一天工作24小时，每年工作365天，一年工作8760小时。承制方可根据上述典型使用场景和预期质量目标确定MTBF指标。承制方可根据仪器设备电控系统的典型使用场景和预期质量目标确定平均故障间隔时间（MTBF）的检验下限(θ1）。A.2选择试验统计方案确定可靠性指标后，应先选择统计方案。宜采用表A.1所示的统计试验方案（定时截尾试验方案）。可综合电控系统质量状况、风险承受能力、试验成本等因素，选取统计试验方案。表A.1统计试验方案θ1倍数md=θ0/θ1生产方风险α使用方风险β110221332410521632710821932A.3确定加速试验时间A.3.1确定加速试验总时间根据表A.1选择的统计方案给出的m值，可求得加速试验总时间tta，见公式（A.1）：tta=.................................................................式中：m——试验方案中试验时间与平均故障间隔时间（MTBF）检验下限θ1倍数；θ1——平均故障间隔时间（MTBF）检验下限；tta——加速试验条件下所有样机所需的加速试验总时间。A.3.2确定单台加速试验时间当确定受试样机数量n和加速因子AF后，单台加速试验时间tsa可从公式（A.2）求得：T/CITS0101—2024tsa=............................................................式中：n——投入试验的样机数量；tsa——加速试验条件下计划的单台样机试验时间。A.4折算等效试验时间A.4.1某时刻某样机等效试验时间折算在必要时刻点和故障时刻点统计有效加速试验时间后，可根据加速因子和加速试验实际开展时间计算出（故障）对应时刻的等效试验时间tε。对于单台受试样机故障）对应时刻的等效试验时间tεi等于加速试验时间在必要时刻点和故障时刻点统计有效加速试验时间后，可根据加速因子和加速试验实际开展时间计算出（故障）对应时刻的等效试验时间tε。对于单台受试样机故障）对应时刻的等效试验tεi=AF∙tai.............................................................（A.3）tεi——截自该样机发生故障时刻累积的有效加速试验时间的等效试验时间。tai——在加速试验条件下，第i台样机发生故障时刻该样机tεi——截自该样机发生故障时刻累积的有效加速试验时间的等效试验时间。A.4.2试验结束时所有样机等效试验时间折算当试验结束时，所有样机累积的等效试验时间计算见公式（A.4）：tε=tε——所有样机累积的等效试验时间。i中：在加速试验条件下，第itε——所有样机累积的等效试验时间。A.5责任故障判定与统计A.5.1责任故障判定加速试验中出现的故障，分为责任故障和非责任故障。a)责任故障主要包括：1)由于设计缺陷、工艺不良和装配不当引起的故障；2)由于元器件潜在缺陷致使元器件失效而造成的故障；3)由于软件引起的故障；4)间歇故障；5)超出规范正常范围的调整；6)试验期间所有非从属故障原因引起的故障征兆（未超出性能极限）而引起的更换；7)无法证实原因的异常。b)非责任故障主要包括：1)试验设备、测试仪器（或仪表）及配套条件保障不满足要求引起的受试样机故障；2)施加了不符合规定的试验应力或确定为过应力引起的受试样机故障；3)对受试样机搬运、操作、检测、维修不当引起的人为故障；4)由原发故障引发的诱发故障、超出寿命规定使用发生的故障等；5)将有寿件超期使用，使得该有寿件产生故障及引起的从属故障。A.5.2判定故障数统计在MTBF指标评估中，判定故障数应按以下原则进行统计：a)由于发生后果严重的责任故障，影响一次样机的正常使用，记为1次判定故障；b)发生5次一般责任故障，计为1次判定故障；c)非责任故障均不计入判定故障。根据故障性质及后果分类，总的判定故障数r见公式（A.5）：T/CITS0101—2024式中：r——判定故障数；r1——后果严重责任故障数；r2——后果一般责任故障数。A.6MTBF指标评估利用对应时刻的累积等效试验时间tε、累积责任故障数r、置信度（C通常取C=1−β),可评估出加速试验对应的平均故障间隔时间最低可接受值。当统计试验方案试验通过时，在置信度（C）下，平均故障间隔时间的置信下限见公式（A.6）：θL,C=.............................................................中：所有样机累积的等效试验时间；r——所有样机累积的判定故障数；β——统计方案中的使用方风险，通常可取10%、20%、30%；C——置信度，C=1−β,通常对应可取90%、80%、70%。当统计试验方案试验不通过时，在置信度（C）下，平均故障间隔时间的置信下限见式（A.7）：θL,C=...............................................................中：所有样机累积的等效试验时间；r——所有样机累积的判定故障数；β——统计方案中的使用方风险，通常可取10%、20%、30%；C——置信度，C=1−β,通常对应可取90%、80%、70%。T/CITS0101—2024（规范性）寿命指标加速试验设计B.1明确寿命指标在开展加速试验评价寿命前，应明确科学仪器设备电控系统寿命指标。电控系统的典型寿命指标是使用寿命（L）。在采用多个不同时间单位的寿命指标时，通常采取先到为准的原则确定其寿命，各个不同时间单位的寿命指标应合理匹配。示例：某个仪器设备典型使用场景为：一天工作8小时，每年工作250天，一年工作2000小时。寿命达到5年对应的典型工作时间为10000小时，则规定使用寿命5年或使用寿命10000小时这两个寿命指标时，则具有匹配性。若承制方没有规定寿命指标，可通过历史数据统计给出，也可从1000小时、2000小时、3000小时、……序列中选取指标。承制方可根据仪器设备电控系统的典型使用场景和预期质量目标确定寿命指标。B.2工程经验系数选取在寿命验证与评估过程中，工程经验系数k与寿命指标验证时间相关，寿命指标验证时间通常为工程经验系数k乘以寿命指标时间。通常，k取值1.0～1.5，典型值可取1.2。对寿命指标验证周期长的对象，k可取值1.0。B.3确定加速试验时间由选择的工程经验系数k和加速因子AF，求得加速试验时间（tta），见公式（B.1）：tta=.........................................................................式中：k——工程经验系数，k可取1.0～1.5，通常可取1.2；L——寿命指标要求；tta——加速试验条件下样机所需试验时间。注：在评价寿命指标时，同一个应力水平下的多个受试样机的试验时B.4等效试验时间的折算在必要时刻点和故障时刻点，统计第i台受试样机的有效加速试验时间后，可根据加速因子和有效的等效试验时间tεi等于有效加速试验时间tai与加速因子的乘积，见公式（B.2在必要时刻点和故障时刻点，统计第i台受试样机的有效加速试验时间后，可根据加速因子和有效的等效试验时间tεi等于有效加速试验时间tai与加速因子的乘积，见公式（B.2tεi=AF.tai..............................................................（B.2）tεi——该样机（截至发生故障时刻）累积的加速试验时间的等效试验时间。tai——加速试验条件下，第i台样机（发生故障时刻）tεi——该样机（截至发生故障时刻）累积的加速试验时间的等效试验时间。B.5寿命终止/使用期限判定在寿命试验中，综合故障性质和维修工程，确定寿命终止判据如下：a)受试样机发生责任故障，故障不可修复，确定为该受试样机寿命终止；b)受试样机发生责任故障，故障可修复，但维修成本不可接受，确定为该受试样机寿命终止。如受试样机发生非责任故障，无论其是否可修和是否维修成本可接受，不计入寿命终止判据。该受试样机恢复后可继续试验，试验时间可计入寿命评价中。对医疗器械类科学仪器，根据安全有效原则，确定使用期限判据如下：T/CITS0101—2024a)任一受试样机发生任一影响安全有效性的责任故障，则判定医疗器械科学仪器使用期限终止；b)受试样机发生责任故障，但不影响安全有效性，如故障不可修复，确定为该受试样机使用期限终止；c)受试样机发生责任故障，但不影响安全有效性，如故障可修复，但维修成本不可接受，确定为该受试样机使用期限终止。如受试样机发生非责任故障，无论其是否影响安全有效性或是否可修复，均不计入使用期限终止判据；该受试样机恢复后可继续试验，试验时间可计入使用期限评价中。B.6寿命指标评估B.6.1单个受试样机寿命评估利用对应时刻的等效试验时间tεi、工程经验系数k，可评估出单台样机加速试验对应的观测寿命，见公式（B.3）：.............................................................k——工程经验系数，k可取k——工程经验系数，k可取1.01.5，评估时取值应与方案制定时保持一致；EQ\*jc3\*hps17\o\al(\s\up1(t),i)ai——EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up3(加),第)速iEQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up3(试),台)EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up3(验),样)EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up3(条),机)EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up3(件),的)EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up3(下),寿)EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up3(第),命)EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up3(k台样),观测值)机。发生故障时刻该样机累积B.6.2多个受试样机平均寿命评估利用各个受试样机的观测寿命，可评估出该型受试样机的平均寿命，见式（B.4）：EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up9(机),台)EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up9(数),样)EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up9(量),机)B.6.3医疗器械类受试样机使用期限评估对医疗器械类科学仪器设备，以安全有效为原则，使用期限作为其验证指标。承制方可根据自身能否采取维保措施确定使用期限的取值，见式（B.5）：EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up7(不采取维修措施),应采取维修措施)根据B.3规定的验证时间，评估结果l≤L，L为承制方预先设定的寿命。当承制方期望获得最长使用期限值时，则取l=maxli，应对投放市场的医疗器械类仪器设备采取对应有效的维保措施消除风险。对各个样品试验中出现的寿命终了的故障，均应在投放市场的医疗器械类仪器设备使用时间达到li时刻时采取维修措施消除类似寿命终了的故障。当承制方不期望不采取维修措施消除风险，则只能取l=minli。T/CITS0101—2024应力大小设定C.1最高工作应力设定在最高工作应力下开展加速试验不应引起失效机理改变。最高工作应力可根据前期可靠性强化试验（步进试验）摸出的工作极限的80%～90%。如没有可靠性强化试验（步进试验）数据，可通过调查分析受试样机各类物料耐受应力标称值，最高工作应力值选择物料中最低耐受应力标称值的80%～90%。C.2最低工作应力设定最低工作应力应不低于受试样机的规范极限值，或已通过环境试验验证的最低工作应力值的80%～100%。C.3中间工作应力设定中间工作应力的确定，可参考GB2689.1—1981的4.3中应力的间隔进行划分。例如，当应力是温度时，以绝对温度Ti作加速应力，按它们的倒数等间隔取值。其间隔∆T见公式（C.1），第j个中间工作应力Tj见公式（C.2）：.............................................................式中：i——应力的个数；T1——第1个加速应力下的温度，单位为开尔文（KTi——第i个加速应力下的温度，单位为开尔文（K）。−1.....................................................式中：j——任意正整数，取值为2，ⅆ,i―1；Tj——第j个加速应力下的温度，单位为开尔文（K）。当加速应力是电压时，加速应力u1＜u2<ⅆ＜ui可按它们的对数等间隔取值，其间隔∆u见公式（C.3），第j个中间工作应力uj见公式（C.4）：.............................................................式中：i——应力的个数；u1——第1个应力的电压值，单位为伏特（Vui——第i个应力的电压值，单位为伏特（V）。uj=elnu1+j−1)∆u.........................................................（C.4）式中：j——任意正整数，取值为2，ⅆ,i―1；uj——第j个加速应力下的电压。T/CITS0101—2024（资料性）加速试验建模与加速因子计算（示例）D.1基本加速因子模型加速因子可表示为电控系统在基准条件（正常应力水平）下达到某一累积失效概率所经历的试验时间，与电控系统在加速试验应力水平下达到相同的累积失效概率所经历的试验时间之比。对服从指数分布的电控系统，失效率为常数，其累积失效概率函数见公式（D.1）：F(t)=1−e−λt............................................................（D.1）假设在正常应力水平Su下的某元器件的累积失效分布函数为Fut，失效率为λu，tp,u为累积失效概率达到p的时间，即Futp,u=p；又设该元器件在加速试验应力水平Sa下的累积失效分布函数为Fat，失效率为λa，tp,a为累积失效概率达到p的时间，即Fatp,a=p。根据加速因子AF的定义，则根据公式（D.2）～公式（D.4）计算：Futp,u=Fatp,a.........................................................（D.2）1−e−λutp,u=1−e−λatp,a....................................................（D.3）..............................................................根据基本可靠性的串联模型，各个单元的失效率等于包含的所有元器件失效率之和，电控系统的失效率等于各个单元的失效率之和，见公式（D.5）：λs=因此，电控系统高温条件下的加速因子见公式（D.6）：AFs=..........................................................式中：λiu——在基准条件（正常应力水平）下电控系统的第i个组成单元（元器件）的失效率；λia——在加速试验应力水平下电控系统的第i个组成单元（元器件）的失效率；λsu——在基准条件（正常应力水平）下电控系统的失效率；λsi——在加速试验应力水平下电控系统的失效率；n——电控系统组成单元（元器件）的数量。根据电控系统组成单元（元器件）的种类、数量及其每类元器件的基本失效率和激活能参数，可建立电控系统加速因子模型见公式（D.7）：AFs=..........................................式中：Ni——第i类元器件的数量，i=1，2，ⅆⅆ,n；λiu——第i类元器件的失效率；Eai——第i类元器件的激活能；KB——波尔兹曼常数（8.6174×10−5eV/K）；Tu——基准条件下的温度，单位为开尔文（KTa——加速条件下的温度，单位为开尔文（Kλs——整机的失效率。T/CITS0101—2024其中，元器件的种类和数量由承制方确定；每类元器件的失效率优先由已有电控系统的可靠性统计分析结果导出，其次可参照标准数据；激活能优先采用已积累的加速试验数据统计分析的结果，其次可采用标准、文献调查的结果并进行综合。D.2加速因子评估方法流程根据相关标准可知每类器件的失效率模型和参数，通过利用整机的元器件信息开展可靠性预计，可分别得到高温下的电控系统失效率和常温下的电控系统失效率，从而得到电控系统的加速因子，加速因子评估方法流程见图D.1。图D.1电控系统加速因子评估方法流程D.3加速因子计算示例针对科学仪器设备电控系统，该电控系统属于10℃~35℃常温设备，在实验室内使用。由此，可确定环境类别属于地面良好，符号GB，对应πE=1，正常工作环境温度25℃。依据电控系统组成元器件详细清单信息，考虑到选用的元器件最小的高温极限为85℃,为保障试验施加应力不超过产品破坏应力的极限，同时尽可能使加速因子增大，压缩试验时间，初步拟确定加速应力为高温80℃,作高温加速试验。根据GB/T7289—2017、GB/T37963—2019或其他电子设备可靠性预计手册给出的元器件工作失效率预计模型（以半导体芯片为例），见公式（D.8）：式中：λP——工作失效率，单位为10-6/h；πE——环境系数；πQ——质量系数；C1、C2、C3——常数；πT——温度应力系数；T/CITS0101—2024πV——电压应力系数；πL——测试系数。针对电控系统，πE=1，实验室加速环境温度应力，对元器件进行分析得到C1是C2和C3的10倍~D.9）D.10）λP80℃=πQC1π80℃πVπL.................................（D.11）通常情况下，元器件i的加速因子：AFi=......................................................................考虑到元器件的加速效应可用在不同温度应力下失效率的商来表达，仅与温度应力相关。元器件失效率的数量级主要与基本失效率相关，因此，可将元器件失效率简化为基本失效率和温度系数函数的乘积来表达。实际上温度应力系数中隐含这加速模型，采用现代理论加速模型方法，并利用