GB/T15174-2009《可靠性增长试验导则》是我国指导产品可靠性系统性提升的核心标准，通过“试验-分析-改进-再试验”的闭环流程，推动产品从设计到量产阶段的可靠性逐步迭代。解析标准下的关键步骤，对规范试验执行、避免盲目性、确保改进效果具有重要实践价值，是可靠性工程落地的核心环节。

试验前的准备与策划

试验前需明确核心目标：新开发产品聚焦早期设计缺陷暴露，量产产品则解决批量故障。例如新研发的工业传感器试验，若目标定为“发现设计薄弱环节”，资源会向设计验证倾斜；若为量产传感器，目标则是“解决高温下信号漂移问题”，资源转向工艺改进。

需清晰定义试验对象边界，包括产品层次（如“传感器整机，含信号处理模块与电缆”）、是否包含软件（如传感器的校准算法）。边界模糊会导致试验范围偏差，例如未包含电缆的试验，可能遗漏电缆接头的振动疲劳故障。

量化可靠性要求是关键，需依据技术规范确定目标MTBF（如1500小时）及置信水平（通常取60%，符合增长试验“探索性”特征）。无量化要求会导致试验终止无明确标准，例如仅说“提升可靠性”，无法判断何时停止试验。

资源规划需覆盖试验设备（如模拟高温环境的恒温箱需兼容传感器的工作电压）、人员（可靠性工程师负责模型拟合，测试员负责数据记录，分析师负责故障定位）、时间（预留2周改进与验证周期）及经费（避免因预算不足中断试验）。

可靠性增长模型选择

GB/T15174推荐杜安模型与AMSAA模型：杜安模型通过幂律关系描述MTBF随试验时间的增长，公式为MTBF(t)=MTBF₀·t^α（α为增长斜率），电子设备α通常取0.3-0.5，机械产品因故障模式更复杂，α取0.2-0.3。

AMSAA模型是杜安模型的扩展，适用于整合试验与现场数据的场景。例如量产传感器试验，可通过AMSAA模型结合历史50台传感器的现场故障数据，更准确预测增长趋势。

模型选择需匹配产品成熟度：新设计产品用杜安模型（早期故障多，增长趋势明显）；成熟产品用AMSAA模型（故障分布更分散）。参数初始估计可参考相似产品，例如某同系列传感器的初始MTBF为100小时，新传感器试验可设初始MTBF为90小时。

试验环境与剖面设计

试验环境需模拟实际使用场景：工业传感器的实际使用环境为“-20℃至70℃，伴随机振动（0.5g rms）”，试验环境需复现该条件。环境不真实会导致故障无法复现，例如仅在常温下试验，无法发现传感器在-20℃下的启动失败问题。

试验剖面需反映使用时序：例如工业传感器的典型使用剖面为“待机1小时→测量3小时→校准0.5小时”，各阶段时间比例需与实际一致。剖面设计不合理会导致故障暴露不充分，例如缩短测量阶段时间，可能遗漏长时间测量后的热积累故障。

优先采用综合应力环境：例如“温度循环+振动”同时施加，更接近真实使用场景，可暴露交互故障。例如某传感器试验，单一温度循环未发现问题，但温度+振动下，信号处理模块的焊点出现裂纹，这是单一应力无法模拟的。

环境需保证重复性：同一批次试验的温度波动需控制在±2℃内，振动频谱偏差不超过±5Hz，避免因环境差异导致故障发生时间不一致，影响数据分析准确性。

故障检测与记录

故障检测需结合多种方法：在线监测（用数据采集系统实时监控传感器的输出信号）、定期检查（每4小时停机查看传感器的外观与接头松动情况）、功能测试（每循环结束后测试传感器的测量精度，如误差是否≤±0.5%）。

故障记录需遵循GB/T 7826要求，内容包括：故障发生时间（如“试验进行至第320小时，振动阶段”）、环境条件（如“温度65℃，振动加速度0.4g”）、故障现象（如“输出信号从4-20mA降至2-10mA，测量误差达±5%”）、故障部位（如“信号处理模块的运算放大器U1”）、测试数据（如“U1的输入电压为2.5V，输出电压为1.2V，正常应为2.0V”）。

需记录故障发生的试验阶段，例如“振动阶段”的故障，后续分析可聚焦振动对组件的影响；“温度循环阶段”的故障，可关注温度应力的作用。未复现的偶发故障需标注“未复现”，避免遗漏潜在问题。

故障分析与根本原因定位

故障分析第一步是复现：用相同环境与操作重复故障，确认是否为必然故障。例如某传感器的信号漂移故障，重复3次试验均出现，判定为必然故障；若仅出现1次，且无法重复，判定为偶发故障。

故障隔离可采用替换法与仪器测量：例如信号漂移故障，替换运算放大器U1后，输出信号恢复正常，隔离到U1；用示波器测量U1的输入/输出波形，发现输出波形失真，确认U1故障。

根本原因分析需用5Why或FTA：某传感器U1故障，5Why分析：“输出波形失真→U1供电电压波动→电源模块输出纹波大→电源滤波电容容量下降→电容耐温等级不足（实际温度65℃，电容为85℃等级，但长期工作后老化）”，最终定位根本原因是电容耐温等级未匹配实际使用环境。

GB/T15174要求所有故障均需分析根本原因，除非偶发故障。表面原因修复（如仅更换U1）会导致故障复发，只有解决根本原因（更换105℃等级电容）才能彻底消除故障。

改进措施的制定与验证

改进措施需针对根本原因，满足SMART原则：具体（“将电源模块的滤波电容C2更换为105℃、100μF、25V的铝电解电容”）、可测量（“电容耐温等级从85℃提升至105℃”）、可实现（“3天内完成设计变更，5天内制作样品”）、相关（“解决电容老化导致的纹波问题”）、有时限（“下周内完成样品验证”）。

验证需通过小批量试验：制作10个改进样品，用相同环境试验300小时，确认故障不再发生。例如改进电容后的传感器，10个样品试验均未出现信号漂移，测量误差≤±0.5%，验证通过。

验证不通过需重新分析：若更换电容后仍出现纹波大问题，需用频谱分析仪测量电源输出纹波，发现是电源芯片的开关频率与传感器校准算法冲突，需调整芯片开关频率，重新制定改进措施。

试验数据的统计分析

通过模型拟合跟踪增长趋势：例如某传感器试验到1200小时，发生8次故障，用杜安模型拟合得MTBF₀=120小时、α=0.45，计算t=1200小时时MTBF≈120×1200^0.45≈120×13.5≈1620小时，接近目标1500小时。

每周需更新数据计算当前MTBF：若第4周MTBF为800小时，第5周为1000小时，第6周为1200小时，增长斜率稳定在0.4-0.45，说明改进有效；若第6周MTBF仅1100小时，增长放缓，需加快故障分析速度。

分析故障类型分布：若前期故障以设计故障（如电容耐温不足）为主，后期转向工艺故障（如焊点虚焊），说明试验进入后期阶段，需聚焦工艺优化，例如改进焊接工艺参数。

试验终止判据的应用

GB/T15174规定两类终止判据：

一、达到目标可靠性（当前MTBF≥目标值，且连续3周增长趋势稳定）。

二、达到试验上限（时间超计划2000小时，或故障数超20次）。

例如目标MTBF1500小时，试验到1400小时时，MTBF达1550小时，且连续3周增长斜率在0.4-0.45之间，满足终止条件；若试验到2000小时，MTBF仅1300小时，且故障数达25次，增长停滞，需终止试验，重新审视设计。

终止判据需预先写入试验方案，避免主观决定。例如方案中明确“试验时间上限2000小时，故障数上限20次”，确保试验终止有依据。

试验结果的报告与追溯

试验报告需包含：试验目的（“提升工业传感器的高温可靠性”）、对象（“型号为S-200的传感器整机，含信号处理模块与5米电缆”）、模型（“采用杜安模型，α=0.45”）、环境（“温度-20℃至70℃，振动0.5g rms”）、时间（“试验周期6周，累计1680小时”）、故障统计（“共发生8次故障，其中设计故障6次，工艺故障2次”）、改进措施（“更换105℃电容，改进焊接工艺”）、数据拟合结果（“最终MTBF1550小时”）、终止依据（“达到目标MTBF且增长稳定”）、结论（“试验满足要求，改进措施有效”）。

结果需可追溯：所有记录（故障单、分析报告、改进验证数据、试验原始数据）需保存至产品寿命周期（如10年）。例如客户询问“传感器高温可靠性如何提升”，可追溯到试验中的电容改进措施与300小时验证数据，证明可靠性提升的有效性。