可靠性增长试验中故障模式识别与改进措施的实践应用

可靠性增长试验是产品从原型到量产的关键“打磨期”，核心是通过“试验-分析-改进”闭环系统性提升可靠性。其中，故障模式识别并非简单罗列问题，而是要精准定位“限制可靠性提升的根源”；改进措施也不是临时补救，而是基于根因形成可落地的“增长方案”。本文结合工业、汽车、航空等领域实践案例，拆解故障识别的核心逻辑与改进措施的落地路径，为企业实现“可靠性增长”提供可操作参考。

可靠性增长试验中故障模式识别的核心逻辑

与一般故障分析不同，可靠性增长试验的故障识别更强调“增长导向”不是判断“产品是否合格”，而是找到“可靠性提升的瓶颈”。例如某工业机器人关节卡顿，一般分析可能停留在“轴承磨损”，但增长试验要追问：“同轴承低负载下为何未失效？负载与磨损的关联曲线是什么？”这种“关联试验参数与失效机理”的逻辑，才能为改进提供“增长空间”。

此外，识别的关键是区分“偶然故障”与“系统性故障”。偶然故障（如装配误差导致的单次失效）无需过度投入，系统性故障（如设计余量不足导致的批量失效）才是增长靶点。比如某新能源汽车DC/DC转换器高温下电容鼓包，数据显示温度超85℃时失效概率骤增，说明“电容耐温与环境不匹配”是系统性问题，必须优先解决。

故障模式识别的实践步骤：从数据采集到根因定位

第一步是多维度数据采集。需关联“试验条件、参数变化、操作流程”三大维度比如某航空仪表振动试验中显示异常，采集数据应包括振动频率（10-2000Hz）、加速度（5g）、故障时电压（18V，低于额定24V）、操作步骤（第3次循环开启仪表），这些“上下文”是分析的基础。

第二步是故障分类编码。常用“失效部位-机理-影响”三维法：比如“仪表背光板（部位）-LED金线断裂（机理）-显示亮度不足（影响）”。编码后可快速统计分布，若某批次背光板故障占40%，就是重点改进方向。

第三步是根因定位工具应用。用FMEA、故障树、鱼骨图等工具：比如仪表背光板失效，鱼骨图从“料、法、环”分析“料”是金线纯金抗拉不足，“法”是焊接温度超280℃（金线耐温），“环”是振动加速度导致疲劳，综合根因是“焊接工艺不当+振动应力”。

第四步是现场复现验证。比如将灯珠按300℃焊接后振动，100%出现金线断裂；调整到260℃后无失效，验证根因正确。

基于试验场景的故障模式差异化识别策略

不同试验场景的故障模式特征不同：环境应力筛选（ESS）暴露工艺缺陷（如虚焊、装反），可靠性增长试验（RGT）暴露设计缺陷（如余量不足），加速寿命试验（ALT）暴露寿命缺陷（如材料老化）。

以汽车电子高低温循环试验为例，故障多为“热胀冷缩结构失效”。某车载导航屏花屏，需关注屏幕固定结构（热胀导致排线拉扯）、驱动IC（温度导致逻辑错误）、电池供电（低温电压下降）。对比温度下排线张力，发现-30℃时张力超1.5倍额定值，导致排线断裂，这就是该场景核心故障。

再比如工业电机负载递增试验，故障多为“过载热失效”。某电机负载110%时绕组烧毁，关联“负载率-温度-绝缘电阻”曲线：负载超100%时温度升至150℃，绝缘电阻降至5MΩ（低于标准10MΩ），根因是“绕组绝缘耐温不足”。

改进措施的制定原则：从根因到可执行方案

改进的核心是“根因对应性”措施必须直接针对根因。比如打印机卡纸根因是“进纸辊橡胶摩擦系数低”，改进应是“换高摩擦橡胶”，而非“增加进纸力度”（可能导致其他磨损）。

第二个原则是“可验证性”措施需量化验证。比如手机电池低温放电不足根因是“正极材料低温活性低”，改进为“钴酸锂换三元锂（NCM811）”，验证指标是“-20℃放电容量从50%升至80%”，可量化可验证。

第三个原则是“成本周期平衡”。某卫星太阳能板展开故障根因是“弹簧弹力不足”，改进方案有二：换高弹力弹簧（成本+20%，周期1月）、优化传动比（成本+5%，周期2月）。结合发射周期，选“换弹簧”确保3个月内完成。

改进措施的试验验证：闭环管理的关键环节

改进后需通过“相同场景+量化指标”验证，形成闭环。比如空调压缩机启动故障根因是“启动电容容量衰减”，改进为“30μF换35μF”，验证启动时间（原10秒→3秒）、失败率（原5%→0%）、电容温度（原60℃→50℃），确保效果。

还要关注“副作用”。比如笔记本风扇噪音大根因是“润滑脂干涸”，改进为“换耐高温润滑脂”，但转速从2000rpm升至2500rpm，功耗增10%。后续调整为“低摩擦+耐高温润滑脂”，噪音降且功耗仅增2%。

此外需跟踪长期数据。某BMS过充保护失效，改进后通过100次试验，但批量后仍失效因未跟踪“长期老化”，芯片参数漂移导致阈值升高。后续增加1000小时高温老化试验，解决批量问题。

跨部门协同在识别与改进中的作用

故障改进需设计、工艺、生产、试验协同。某医疗器械输液泵流量不准根因是“泵管弹性模量随温度变化大”，改进需：设计部门改材质（天然橡胶→硅橡胶）、工艺部门优化成型工艺（提高尺寸精度）、生产部门换供应商（硅橡胶经验厂家）、试验部门验证弹性模量（变化率从15%→5%），多部门协同才能落地。

协同关键是“数据共享+责任共担”。某汽车变速箱换挡顿挫，试验部门提供“扭矩波动曲线”（超20%），设计部门提供“齿轮啮合参数”（齿侧间隙大），工艺部门提供“加工公差”（超差10%），共享数据快速定位“齿轮公差超标”，改进后顿挫消除。