高速列车液晶显示器可靠性强化试验技术研究

高速列车液晶显示器可靠性强化试验技术研究

董殿卿

（广东长虹电子有限公司528427）

摘要：本文主要探讨了可靠性强化试验技术在高速列车液晶显示器研发中的应用。文章首先从列车安全运行、液晶显示器的研发、维护成本的缩减三个方面分析了可靠性强化试验技术应用的重要性。然后从试验的主要内容、试验的方案设计两个方面探讨了可靠性强化试验技术的具体应用。

关键词：高速列车；液晶显示器；可靠性；试验技术

前言

液晶显示器是高速列车当中的一个重要组成部件，液晶显示器的质量对于高速列车的安全有至关重要的影响。可靠性强化实验是一种给实验产品系统地施加工作应力及环境应力，从而使其在设计中的薄弱环节暴露出来，激发故障，进而对产品设计的可靠性进行科学的评价。在高速列车上，液晶显示器的工作环境要更加严苛，因而通过可靠性强化实验技术评价其性能是一个必不可少的重要环节。

一、可靠性强化试验技术在高速列车液晶显示器应用的重要性

可靠性强化试验是激发试验技术，通过调应力的激发效应效应使产品的可靠性在研制阶段快速增长。而且其还是一种研制试验，可以将设计的薄弱环节在研发阶段排除。因而，在高速列车液晶显示器的研发当中，可靠性强化实验技术的应用具有重要的意义，其重要性具体体现在以下几个方面：

首先，可靠性强化试验技术对于确保高速列车安全运行具有重要的意义。我们知道，高速列车是一种及其精密复杂的设备，其由网络、电气、控制等多个关键的系统组成。液晶显示器利用串口和微机箱开展通信，从而使各个系统的运行状态与参数能够直观地显示出来，进而使高速列车的司机能够通过人机交互获取相关的信息，并且根据显示的信息的指示操纵列车，使列车一直保持平稳、安全的运行状态。如果液晶显示器出现故障，司机获取信息的途径就会被阻断，影响司机对于列车的操纵。因此，，可靠性强化试验技术对于保障高速列车安全运行意义重大。

其次，可靠性强化试验技术对于高速列车液晶显示器的研发具有重要的意义。液晶显示器的研发不仅需要确保产品的性能，提高其可靠性，保障其能够在高速行驶的状态下正常工作，不会出现故障。同时，缩短研发的周期，在最大限度上缩减研发成本也是一个需要重点考虑的问题。可靠性强化试验技术利用强化盈利进行试验，可以达到快速激发潜在设计缺陷和故障的效果，并且通过故障模式确认、改进措施、失效机理分析来消除设计缺陷。在最大限度上提高产品的强壮度的同时，能够在最大限度上将研发周期缩短，从而更好地确保产品研发的效益。

最后，可靠性强化试验技术对于高速列车液晶显示器维护成本的降低具有重要的意义。维护是高速列车液晶显示器在使用过程中的一个重要环节，如果液晶显示器的质量存在重大问题，可靠性达不到要求，就很容易出现故障，从而带来维护成本的增加。可靠性强化试验技术能够将潜在的故障激发出来，从而在产品的研发阶段就将多类潜在故障消除，这对于高速列车液晶显示器的全寿命周期维护成本的削减有积极的作用。

二、可靠性强化试验技术在高速列车液晶显示器中的具体应用分析

通过前面的分析可知，可靠性检验技术在高速列车液晶显示器中的应用是必不可少的。其在具体的应用中主要包括以下几个方面的重要内容：

（一）可靠性强化试验的主要内容

在设计高速列车液晶显示器可靠性强化试验的方案之前，必须对产品的敏感应力进行全面的分析，找到对于其可靠性会造成重大影响的主要因素。高速列车的液晶显示器是由大量的电子部件、组件、元器件组成。元器件缺陷的揭示主要通过稳定应力，特别是高速列车在行驶的过程中很可能会出现振动，因而揭示振动在工艺、结构设计、组装上的缺陷至关重要。此外，低温、高温、振动环境应力、高低温循环也可以诱发高速列车液晶显示不同类型的故障。所以，高速列车可靠性强化试验应该以温度及振动为主要的应力条件，试验的内容具体应该包括以下几个方面：

一是低温效应。显示器在低温环境下工作，会出现内部分子运动减弱，导致流动性受到影响，内应力使构建出现强度下降造成冷脆的现象。在低温环境下会出现电子元器件度降低、性能下降、材料发硬变脆、开裂及碎裂等主要故障模式。

二是高温效应。高温会使显示器的电子元器件出现尺寸、物理性能的改变，从而使产品的性能暂时或永久降低。在高温的环境下运行，液晶显示器的电子模块会出现过热，使部分元器件出现性能退化，并且在温度持续升高的情况下，会使产品出现故障，而且故障率会随温度的升高而呈指数式增长。在低温环境下会出现电子电路的稳定性变差、集成电路性能下降、材料开裂等主要故障模式。

三是振动效应。在高速列车上，液晶显示器会面临随机振动，在振动应力频率不惟一的情况下，产品内不同元器件可能产生同时共振，而安装不当的元器件会因外力的作用而出现损坏。在试验中施加振动应力可以激发反复的结构变形敏感的缺陷。在振动效应下，会出现部件焊接断开、器件管脚划伤、导线磨损、元器件管脚断裂、电路板短路或开路、螺钉松脱等故障模式。

四是温度循环效应。但高速列车液晶显示器在温度循环环境下工作时，由于循环应力的作用会使产品出现热胀冷缩，从而使害怕内部出现热应力及应变，并且各模块相邻材料由于热膨胀系数的差异，会使热应力及应变进一步加剧。随着热应力和应变在缺陷处集中，产品设计的缺陷就会暴露出来，最终形成故障。在试验中，通过温度循环效应可以更加有效的找到产品设计的缺陷，排除故障。在温度循环效应下，会出现器件热疲劳、接头上细微裂纹扩大、螺钉松脱、电路板短路或开路、密封失效、焊点开裂等故障模式。

（二）可靠性强化试验的方案设计

根据前面对于高速列车液晶显示器敏感应力的分析可知，低温、高温、振动、温度循环会对其可靠性造成重要的影响。为此，在可靠性强化试验方案中应该包含低温步进应力、高温步进应力、振动步进、快速温度变化、综合环境应力五个必要的试验阶段。在每个试验阶段应该包括以下三个重要的步骤：一是故障现象的分析。例如，在高温步进试验阶段，在高温步进至某一温度t时，如果显示器出现故障现象，如画面逐渐黑掉。而根据试验大纲的要求将其恢复至初始温度，如果产品恢复正常则表明其工作的温度极限是t。二是进行故障原因的分析。可靠性强化试验的目的不仅仅在于找到产品设计中存在的潜在缺陷与故障，还必须找到出现故障的原因，从而为产品设计的改进提供科学的依据。三是寻找解决措施并进行验证。在对产生故障模式的原因进行分析的基础上，还应该根据具体的原因，采取有针对性的措施进行改进，从而消除设计的缺陷与故障。例如，在振动步进试验如果液晶显示器出现内部视频信号接触故障，在后续的研发中就应该采取信号线缆加固措施，并且对改进的措施开展试验验证，如果该故障不再产生则表明纠正措施是可行、有效的。从而防范在该振动量级下高速列车液晶显示器出现相同的故障，提高产品的可靠性。

结语

总而言之，通过可靠性强化试验技术，高速列车液晶显示器在研发的过程中设计的缺陷能够迅速暴露出来，在最短的时间内揭示故障的模式，通过失效机理的分析，还能够，明确故障的原因，及产品的破坏极限、工作极限。从而在最短的时间内取得与传统试验方法需要更长的时间才能取得的相同的效果，大大提高了产品研发的效率，降低了研发的成本，使高速列车液晶显示器能够更快交付使用。

参考文献：

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[2]王鹏，陈高华.高速列车液晶显示器可靠性强化试验技术研究[J].机车电传动，2013（5）：75-79

[3]陈循，朱文献，陶俊勇.某液晶显示器温控电路板可靠性强化试验技术研究[J].电子产品可靠性与环境试验，2002（6）：6-10