从被动应对到主动预测
理解失效物理是我们迈向成功的关键一步。其核心在于，要从被动应对转变为主动预测。就如同在体育科学领域，顶尖教练通过监测运动员的每个训练细节来预判其身体在极限状态下的反应机制。过去，人们往往认为，在极端体力消耗过程中身体所遭受的损伤是随机的，于是采用统计方法进行分析，但对于究竟哪些因素影响着这些统计数据，却知之甚少。变频器以往的监测方式与此类似。如今，预测失效并在其对生产力造成广泛影响前主动干预，已成为工业领域的首要课题。
可靠性统计工程
可靠性工程师经常会使用我们所熟悉的浴盆曲线（图 2）来直观展现故障率随时间推移的变化。产品较新时，故障率随时间推移下降；在产品使用寿命期间，故障率保持平稳；在产品临近寿命终点时，故障率上升。
浴盆曲线直观呈现了故障率随时间推移的变化。
浴盆曲线对于备件库存管理以及质保策略的制定是有用的，但对于新品可靠性评估的指导作用仍存在明显局限。从个体用户角度来看，总体统计数据的作用相对有限，毕竟不同用户的应用场景和使用条件存在着显著差异。浴盆曲线无法解答工况变化时的预期表现，也无法指导如何提升系统可靠性。
保险业和经济学家普遍采用这种统计方法。值得庆幸的是，当您咨询医生如何保持健康时，他们不会采用这种统计方式。医生深知统计数据背后是承受不同压力、拥有独特基因的个体，这些因素共同决定着健康预期。当预测结果与您的期望不符时，医生会根据基础变量进行针对性干预。
产品失效的双重诱因 – 产品的两种类别
产品之所以会失效，原因不外乎两种：一是承受了过应力，二是经历了磨损耗尽。当应力超出产品的承受能力时，产品便会发生失效，此为过应力失效。当累积应力超出产品的耐久极限时，产品便会因磨损耗尽而失效。
从产品类别上看，产品主要分为合格品与缺陷品。合格品在名义应力下能够保持正常运行，在承受规定应力时，其使用寿命能够达到设计预期。而缺陷品则不同，一旦名义应力作用于其缺陷部位，便会立即引发失效。
但值得注意的是，即便产品存在缺陷，也并不意味着它会立即失效。只有当应力确实作用于缺陷部位时，产品才会发生失效。实际上，缺陷品的数量要远多于实际发生失效的产品数量。这是因为在大多数应用场景中，所施加的应力都低于产品设计时的承受能力，因此这些缺陷往往难以被察觉。
从事失效物理学研究的可靠性工程师们，并不满足于仅仅分析统计数据，他们更致力于深入理解产品的强度特性以及那些影响产品可靠性的各种应用应力。这些应力因素包括但不限于温度、温度变化、湿度、湿度变化、电压波动、腐蚀作用、振动影响、机械冲击以及辐射等。
通过加速寿命试验（ALT）将进行磨损测试
每当产品承受特定应力时，都会产生不可逆的损伤并逐渐磨损。
通过加速寿命试验（ALT）可在实验室验证磨损机制。试验中对产品施加远高于实际工况的应力水平，使其以更快速度老化。该技术可将数年服役应力压缩至数月重现。基于试验数据可建立多种磨损模型，用于预测不同工况下的预期寿命。应用最广的是阿伦尼乌斯模型，该模型以温度为函数来预测磨损速度。
ABB 系统性采用加速寿命试验，验证其新型传动能够满足可靠性要求。在典型试验方案中，变频器将承受近两倍规格限值的温度应力，这样仅需 4-6 个月即可模拟 10 年实际应用应力。
过应力测试 - HALT
产品规格通常规定了产品在运输、储存和使用过程中的最大和最小应力值。传统做法是通过设计和测试，确保产品在最大和最小应力范围内的可靠性表现。
然而，实际服役环境往往超出文档定义的工况边界，同时产品自身强度存在固有偏差。这决定了单纯验证规格符合性远远不足，必须同步识别产品的关键薄弱点及其设计余量与性能波动区间。
在高度加速寿命试验（HALT）中，应力逐步增加直至诱发失效。试验过程中将会记录失效临界应力，并进行失效机理分析。典型测试温度下限为 -60˚C，上限则超过 150˚C。在更高温度下，塑料材料将会开始熔化。
浴盆曲线新解
统计学的浴盆曲线显示新产品初期具有高故障率，这种现象即使产品出厂前经过 100% 全检也仍普遍存在。该如何解释这一现象呢？
失效物理（PoF）方法或许能提供一些线索：两种失效原因（过应力和磨损失效）与两类产品（合格品和缺陷品）。通过分析产品出厂后最初数月或数年的应力状况，可以明显发现产品在正常使用前经历的应力可能超过工厂测试时的应力水平。在运输和存储过程中，产品可能暴露于振动、机械冲击、湿度和腐蚀性气体等环境中。在调试阶段，连接器或印刷电路板可能承受异常机械应力，而错误的连接设置可能导致过电压或温度变化。部分应力可能超出产品标称强度，必然导致缺陷品失效。
当早期阶段额外应力结束且缺陷品完成维修后，便进入这样一个阶段——即看起来失效是随机的，实际上这些失效仍由过应力（如过压、冷却失效等）或随时间显现的潜在缺陷引发。
随着产品老化，故障率逐渐攀升。高应力应用场景的产品寿命必然短于温和工况。以采矿为例，巨型铲车仅需两铲就能装满矿卡，这种极端工况下的巨大机械应力将显著缩短设备寿命。
必须认识到：如图 3 所示，在整个产品生命周期中，应力持续影响预期可靠性。无论是合格品还是缺陷品，都遵循相同的物理定律，可采用相同的可靠性模型预测其性能表现。应力对可靠性的影响示意图。