Application of HALT Test Method in Development of Digital Instrument and Control Equipment
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摘要: 为了解决数字化仪控设备在设计阶段无法规避其潜在故障模式，传统研制试验方法无法模拟设备在全寿命周期内的环境剖面和任务剖面，以及在研制阶段无法暴露设备部分故障模式的问题，提出对适应性精简后的某型数字化仪控设备开展高加速极限试验（HALT）试验，并借鉴国外大量类似试验的统计结果和设备环境适应性要求制定了衡量故障改进必要性的应力水平范围判据；同时结合相似仪控设备应用经验反馈对试验方案进行了调整；最后结合目标设备已有的机内测试（BIT）检测手段配套开发了实时状态监测和故障分析工具，配套完成试验开展过程中的实时监测和辅助失效分析。试验结果表明，定制化调整后的试验方法可有效地暴露和复现该典型数字化仪控设备的潜在故障，可操作性较强，可应用于其他相似的仪控设备。Abstract: In order to solve the following questions that digital instrument and control equipment cannot avoid its potential failure mode in the design stage, traditional development and test methods cannot simulate the environment profiles and task profiles of the equipment in the whole life cycle, some failure modes of the equipment cannot be exposed in the development stage, this paper proposes to carry out a HALT test on a certain type of digital instrument and control equipment after adaptive simplification. Based on the statistical results of a large number of similar tests abroad and the requirements of equipment environmental adaptability, the criterion of stress level range to measure the necessity of fault improvement is formulated; At the same time, combined with the experience feedback of similar instrument and control equipment, the test scheme is adjusted; Finally, combined with the existing BIT testing methods of the target equipment, a real-time condition monitoring and fault analysis tool is developed to complete the real-time monitoring and auxiliary failure analysis in the test process. The experimental results show that the customized test method can effectively expose and reproduce the potential faults of this typical digital instrument and control equipment, and the method can be applied to other similar instrument and control equipment with strong operability.
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图 2 电子设备温度“应力-强度”干涉示意图
$ {T_{{\text{MAX}}}} $、$ {T_{{\text{MIN}}}} $—设备环境适应性要求中温度应力范围上限和下限
Figure 2. Schematic Diagram of Electronic Equipment Temperature “Stress-Strength” Interference
图 3 快速温变循环试验剖面
①~⑦对应某个温度阶梯的开始位置、中间位置以及结束位置
Figure 3. Rapid Temperature Change Cycle Test Profile
表 1 测试项及失效判据
Table 1. Test Items and Failure Criteria
序号 功能部件名称 测试项目 失效判断标准 1 模拟量输入 对比上位机设置的校验数据与返回的校验数据 $\left[ { { {\left( { {M_{ {\text{mes} } } } - {M_{ {\text{set} } } }} \right)} \mathord{\left/ {\vphantom { {\left( { {M_{ {\text{mes} } } } - {M_{ {\text{set} } } }} \right)} { {F_{ {\text{scale} } } } } } } \right. } { {F_{ {\text{scale} } } } } } } \right] \leqslant$0.3% 2 CAN通信 对比上位机设置的数据与经过CAN回环通信后得到的返回数据 $ {D_{{\text{return}}}} \ne {D_{{\text{set}}}} $ 3 开关量输入 对比上位机设置的校验数据与返回的校验数据 $ {D_{{\text{return}}}} \ne {D_{{\text{set}}}} $ 4 开关量输出 对比上位机设置的校验数据与返回的校验数据 $ {D_{{\text{return}}}} \ne {D_{{\text{set}}}} $ 5 以太网通信 对比上位机设置的校验数据与返回的校验数据 $ {D_{{\text{return}}}} \ne {D_{{\text{set}}}} $ 6 低压电源 对比上位机设置的校验数据与返回的校验数据 $ {D_{{\text{return}}}} \ne {D_{{\text{set}}}} $ $ {M_{{\text{mes}}}} $—返回上位机的实测数据；$ {M_{{\text{set}}}} $—上位机设置的校验数据；$ {F_{{\text{scale}}}} $—采集满量程量；$ {D_{{\text{return}}}} $—上位机得到的经回环传输后的返回数据；$ {D_{{\text{set}}}} $—上位机设置的数据 
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表 2 试验暴露的故障模式相关信息
Table 2. Information about Fault Mode of Test Exposure
故障现象 改进措施 改进措施验证情况 高温步进试验中（85℃），模拟量输入部件部分通道出现零星的超差数据 通过更改软件方式，设置部件在定期自检过程中若监测到温度偏高，则执行自校准操作，以补偿高温带来的监测值漂移 在85℃条件下，模拟量输入部件的所有通道采集精度不再超差，改进措施有效且未引入其他故障 高温步进试验中，在50℃下，各部件开始偶发性地出现无法重启的现象。故障原因排查摸底过程中，还发现随着温度升高，无法重启概率随之增加，在温度升至85℃时，各部件近乎确定地无法正常重启 由于部件设计中存在与微控制器单元（MCU）复位脚连接的可编程逻辑器件，改写可编程逻辑器件程序，设定若检测到MCU未正常启动，则施加一复位信号至MCU 在85℃条件下，各部件反复重启多次，未再出现不能重启情况，改进措施有效且未引入其他故障 振动步进试验中，当应力量值达到7grms时，上位机指示以太网通信断开 更换线径更粗的网线，重新接线并紧固模块后部转接盒上端子的紧固螺钉 7grms及更高应力下，未再出现松脱情况，改进措施有效且未引入其他故障
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