加速貯存壽命試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)綜述

1、加速貯存壽命試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)綜述提高。這是由于以往開展的延壽研究工作在研究方法上主要是通過自然貯 存、年度測試、例試、典試來取得信息試驗(yàn)件的品種和數(shù)量受到種種限制，而無法根據(jù)需要獲得的性能 變化規(guī)律來設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，在延壽措施上主要是通過挖潛，定期更換，增加備件，維修等方法在研究 工作中總是希望其不出現(xiàn)故障，對出現(xiàn)的故障也不作深人細(xì)致的故障分析，不從根本上弄清其失效機(jī)理， 當(dāng)然也就無法采取徹底消除其故障的措施。這樣當(dāng)然無法從根本上延長導(dǎo)彈貯存期提高貯存可靠度，為了從根本上改變這一情況，延壽研究工作必須要?jiǎng)?chuàng)新。延壽研究試驗(yàn)的主要目的應(yīng)該是掌握產(chǎn)品性能變化規(guī)律, 找出影響貯存期的薄弱環(huán)節(jié)，搞清其失效機(jī)理

2、，通過二次開發(fā)排除產(chǎn)生故障的因素，從根本上延長導(dǎo) 彈貯存期提高貯存可靠度。這方面美國民兵 導(dǎo)彈從 世紀(jì) 年代開始實(shí)施的改進(jìn)計(jì)劃，將民兵皿的服役期延 長全年的經(jīng)驗(yàn)，是非常值得我們借鑒的。加速貯存壽命試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)綜述宋亞男李新俊劉雪峰張仕念王首臻比京清河大樓子八性生刁隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，對可靠性產(chǎn)品的需求越來越多，產(chǎn)品的更新 換代的周期也越來越短，并且要求在較短時(shí)期內(nèi)獲得產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)和壽命等信息。通常的壽命試 驗(yàn)方法要耗費(fèi)大量的試驗(yàn)時(shí)間、人力和物力，并且長時(shí)間試驗(yàn)后出來的結(jié)果可能已經(jīng)失去了實(shí)際意義， 因此便有了加速壽命試驗(yàn)，即在高于工作應(yīng)力的幾種應(yīng)力水平下進(jìn)行壽命試驗(yàn)，得到產(chǎn)品的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，

3、 再根據(jù)這些數(shù)據(jù)推測產(chǎn)品在實(shí)際工作應(yīng)力下的壽命。從而與之相關(guān)的加速壽命試驗(yàn)的設(shè)計(jì)問題也越來越受 到人們的關(guān)注。加速貯存壽命試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)是在加速貯存壽命試驗(yàn)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的， 是對加速試驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)籌考慮，合理制定試驗(yàn)方案，以便獲得最佳的試驗(yàn)結(jié)果 主要是在給定條件如 應(yīng)力范圍、樣品數(shù)量等情況下，如何選取應(yīng)力水平的個(gè)數(shù)和數(shù)值，如何分配各應(yīng)力水平下樣品的數(shù)量， 以獲得對各種可靠，性指標(biāo)更）隹確的估計(jì)，節(jié)省試驗(yàn)時(shí)間和費(fèi)用等?；靖拍钍篥我碛俺暾舻氖C(jī)理的前提下力下產(chǎn)品的貯存壽命用加大貯存環(huán)或在一個(gè)相對加速試驗(yàn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)在進(jìn)行加速壽命試驗(yàn)前，要制定試驗(yàn)方案，通常受到試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)和試驗(yàn)時(shí) 間等的限制，于是希

4、望找到一個(gè)比較好的試驗(yàn)方案來合理分配各種應(yīng)力下的樣本大小和截尾時(shí)間，以達(dá)到估計(jì)精度最高的目的,這一過程稱為加速貯存壽命試驗(yàn)的最優(yōu)設(shè)計(jì)。研究現(xiàn)狀國內(nèi)外現(xiàn)狀加速壽命試驗(yàn)最優(yōu)設(shè)計(jì)問題最早開始于 世紀(jì) 年代，但是由于當(dāng)時(shí)對于加 速壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析尚有許多問題沒有解決，最優(yōu)設(shè)計(jì)問題并未引起人們廣泛的注意。 國外學(xué)者，在年，首先討論了指數(shù)分布場合簡單恒加試驗(yàn)的最優(yōu)設(shè)計(jì)問題，到年代以后試 驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)的問題才逐步開展起來，和等人經(jīng)過多年研究，在指數(shù)、威布爾和對數(shù)正態(tài)分布場合， 對簡單恒加試驗(yàn)的最優(yōu)設(shè)計(jì)得到了比較滿意的結(jié)論，玩分別應(yīng)用比理論對指數(shù)分布場合討論了簡單步加試驗(yàn)的優(yōu)化問題，不同的是，前者為完全樣

5、 本情形，后者為截尾樣本情形，所謂簡單”指試驗(yàn)中只有二個(gè)加速應(yīng)力水平，即高應(yīng)力水平和低應(yīng)力水平。國內(nèi)在這方面的研究起步較晚，相關(guān)研究文獻(xiàn)也不是很多，工程應(yīng)用也 較少。浙江大學(xué)的陳文華、程耀東對產(chǎn)品服從對數(shù)正態(tài)和威布爾分布的情況下，進(jìn)行了定時(shí)截尾的恒定 應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)海軍工程大學(xué)的張志華研究了的壽命服從指數(shù)分布時(shí)，定數(shù)截尾簡單恒加 試驗(yàn)的最優(yōu)設(shè)訛青海師范大學(xué)的王煌討論了指數(shù)分布下定時(shí)截尾恒加試驗(yàn)的個(gè)應(yīng)力水平的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題 華東師范大學(xué)的茹詩松對在指數(shù)分布場合下定數(shù)截尾數(shù)據(jù)討論簡單步加試驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)分析，并給出相應(yīng) 的最優(yōu)試驗(yàn)計(jì)劃上海大學(xué)的施方、葛廣平研究了壽命服從威布爾分布下定時(shí)截尾試驗(yàn)

6、的簡單步進(jìn)試驗(yàn)的最優(yōu)設(shè)計(jì)上海師范大學(xué)的費(fèi)鶴良、徐曉嶺等對加速壽命試驗(yàn)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，從理論的角度推導(dǎo)了加 速試驗(yàn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題。現(xiàn)狀分析目前文獻(xiàn)資料中，恒加試驗(yàn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究已比較成熟，步加試驗(yàn)的優(yōu) 化設(shè)計(jì)有一些研究，序加試驗(yàn)由于其控制的難度和設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，處于初步研究階段當(dāng)產(chǎn)品的壽命特 征與單個(gè)應(yīng)力有關(guān)時(shí)的加速壽命試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)有一定的研究，當(dāng)雙應(yīng)力作用時(shí)，由于其兩個(gè)應(yīng)力之間有 可能交互影響,其優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究就比較困難，當(dāng)三個(gè)以上的應(yīng)用所用時(shí)，由于試驗(yàn)設(shè)計(jì)所需的參數(shù)更多, 并且水平應(yīng)力的組合數(shù)也多，設(shè)計(jì)將變得更加繁雜，因此，至今沒有相關(guān)文獻(xiàn)對此進(jìn)行研究。加速貯存壽命試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究基本思路加

7、速壽命試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究基本思路是確定加速應(yīng)力施加方式，確定 加速壽命試驗(yàn)的加速模型，確定產(chǎn)品壽命分布,確定優(yōu)化設(shè)計(jì)的原則，確定壽命估計(jì)的 方法。加速應(yīng)力施加方式加速應(yīng)力施加的方式?jīng)Q定了加速貯存壽命試驗(yàn)的類型，通常主要有三種恒定應(yīng)力法、步進(jìn)應(yīng)力法、序進(jìn)應(yīng)力法。恒定應(yīng)力法主要是將一定數(shù)量的樣品分為幾組，每組樣品固定在一高于正常的應(yīng)力下 進(jìn)行壽命試驗(yàn)，試驗(yàn)進(jìn)行到規(guī)定時(shí)間或各樣品均有一定數(shù)量的產(chǎn)品發(fā)生失效為止。恒定應(yīng)力加速壽命 試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是 試驗(yàn)比較簡單，應(yīng)力水平易于維持，數(shù)據(jù)容易處理，外推的準(zhǔn)確性較高。缺點(diǎn)是試驗(yàn)時(shí) 間較長，需要樣品數(shù)量較多。步進(jìn)應(yīng)力法先選定一組加速應(yīng)力水平？,它們均高于正常應(yīng)力水

8、平，試驗(yàn)時(shí)樣品先 置于應(yīng)力水平下，經(jīng)過一定時(shí)間或達(dá)到一定數(shù)量失效后，將應(yīng)力水平提高到，未 失效的樣品繼續(xù)在應(yīng)力下繼續(xù)試驗(yàn)，如此進(jìn)行下去，應(yīng)力逐步提高直到在應(yīng)力水平 下，達(dá)到規(guī) 定的時(shí)間或有一定數(shù)量樣品失效為止。步進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是 縮短試驗(yàn)時(shí)間，減少樣品數(shù)量，節(jié)約試驗(yàn)成本。缺點(diǎn)是該方法相對于恒加試驗(yàn)比較復(fù)雜，試驗(yàn)設(shè)備要求較高。序進(jìn)應(yīng)力法序進(jìn)應(yīng)力法與步進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)基本相似，區(qū)別在于序進(jìn)應(yīng)力試驗(yàn)加載的應(yīng)力 水平隨時(shí)間連續(xù)上升，試驗(yàn)直到規(guī)定時(shí)間或有一定數(shù)量樣品失效為止。序進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn) 是它比步進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)加速，更能縮短試驗(yàn)時(shí)間，減少試驗(yàn)樣本，節(jié)約試驗(yàn)成本。缺點(diǎn)是 這 種方法試

9、驗(yàn)技術(shù)復(fù)雜，需配備隨時(shí)間增加應(yīng)力的裝置和自動(dòng)顯示、記錄達(dá)到何等應(yīng)力就發(fā)生故障的設(shè)備， 并且數(shù)據(jù)處理比較復(fù)雜，外推準(zhǔn)確性較低，很少應(yīng)用。加速模型加速貯存壽命試驗(yàn)的基本思想是利用高應(yīng)力水平下的壽命特征去外推正常 應(yīng)力水平下的壽命特征。實(shí)現(xiàn)這個(gè)基本思想的關(guān)鍵在于建立壽命特征與應(yīng)力水平之間的關(guān)系，利用這 個(gè)關(guān)系實(shí)現(xiàn)外推正常應(yīng)力水平下壽命特征的目的。這種壽命特征與應(yīng)力水平之間的關(guān)系就是通常所說的加 速模型，又稱加速方程。加速模型在通常情況下是一個(gè)非線形曲線，但是可以通過對壽命數(shù)據(jù)和應(yīng)力水平 進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)變換如對數(shù)變換、倒數(shù)變換等將其轉(zhuǎn)換為線性模型。目前主要存在五種加速模型，分別是阿倫尼斯模型、逆冪律模

10、型、單 應(yīng)力艾林模型、廣義艾林模型、溫度一非熱模型。不同的加速模型適用于不同的加速應(yīng)力，阿倫尼斯模型反應(yīng)的是壽命與溫 度的關(guān)系，高溫能使產(chǎn)品如電子元器件、絕緣材料等內(nèi)部加快化學(xué)反映，促使產(chǎn)品提前失效當(dāng)應(yīng) 力除了溫度應(yīng)力以外還大量應(yīng)用了濕度、機(jī)械應(yīng)力和電應(yīng)力等，可用逆冪律模型 單應(yīng)力艾林模型是 根據(jù)量子力學(xué)原理得到的，通常用于熱加速應(yīng)力，但是，艾林模型也經(jīng)常用到如濕度等溫度以外的加速 應(yīng)力當(dāng)選擇溫度和濕度同時(shí)作為加速應(yīng)力時(shí)，可用廣義艾林方程描述在加速試驗(yàn)中，一個(gè)加速應(yīng)力是溫 度，另一個(gè)是熱以外的其他加速應(yīng)力時(shí)，可以將阿羅尼茲方程和逆冪率模型相結(jié)合，就是溫度一非熱模 型。壽命分布進(jìn)行加速貯存壽命試

11、驗(yàn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮產(chǎn)品的壽命分布,通常主要 有三種分布指數(shù)分布、威布爾分布、對數(shù)正態(tài)分布。指數(shù)分布指數(shù)分布是最基本、最常用的分布，適合于失效率為常數(shù)的情兄，它不 但在電子元器件偶然失效期普遍使用，而且在復(fù)雜系統(tǒng)和整機(jī)方面以及機(jī)械技術(shù)的可靠性領(lǐng)域也得到使 用。威布爾分布威布爾分布是適用范圍較廣的一種分布，凡是因?yàn)槟骋痪植渴Щ蚬收纤?引起的全局機(jī)能停止運(yùn)行的元件、器件、設(shè)備、系統(tǒng)等的壽命服從威布爾分布 特別是金屬材料 的疲勞壽命，如疲勞失效、軸承失效都服從威布爾分布。對數(shù)正態(tài)分布對數(shù)正態(tài)分布也是常用的壽命分布。它的主要特點(diǎn)是能把取值很分散的壽 命數(shù)據(jù)，經(jīng)取對數(shù)后化為正態(tài)分布來處理。目前，對數(shù)

12、正態(tài)分布已用于金屬材料斷裂、絕緣材 料老化、傳感器和電子元器件失效等加速壽命試驗(yàn)中。優(yōu)化設(shè)計(jì)原則為了提高產(chǎn)品壽命估計(jì)值的置信度并減少試樣數(shù)量、縮短試驗(yàn)時(shí)間及更好 地反映各環(huán)境因素與壽命估計(jì)值的關(guān)系，在試驗(yàn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，一般的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則有兩種一是對平均 壽命的估計(jì)，要求估計(jì)量的方差達(dá)到最小，二是對階分位壽命的估計(jì)，要求估計(jì)量的方差達(dá)到最小， 一般取，也就是說以中位壽命估計(jì)值的方差最小為原則來進(jìn)行試驗(yàn)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)。壽命估計(jì)的方法對于加速貯存壽命試驗(yàn)的截尾壽命數(shù)據(jù)或全壽命數(shù)據(jù)的處理，有極大似然 估計(jì)法、線/性估計(jì)法和圖估計(jì)法等。用線性估計(jì)來處理截尾壽命數(shù)據(jù)會(huì)丟失試驗(yàn)信息，而且在統(tǒng)計(jì)上不夠嚴(yán) 格，圖估計(jì)法在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)中精確度不高，極大似然估計(jì)法充分利用了各試驗(yàn)信息，其精確解具有很高 的精度，有其比較明顯的優(yōu)點(diǎn)，其方法比其他估計(jì)法容易計(jì)算，在大樣本條件下，估計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)離差相對 于其他估計(jì)方法來講是最小的，而在小樣本條件下，盡管估計(jì)精度不高，但估計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)離差仍好于其它 估計(jì)方法。因此，在試驗(yàn)方案優(yōu)化過程中，采用極大似然估計(jì)法來計(jì)算產(chǎn)品的特征壽命。極大似然法適用于 指數(shù)分布、威布爾和對數(shù)正態(tài)等壽命分布，對于完全數(shù)據(jù)、定數(shù)截尾數(shù)據(jù)、定時(shí)截尾數(shù)據(jù)均適用。結(jié)束語加速壽命試驗(yàn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)可以在給定條件 應(yīng)力范圍、試驗(yàn)代價(jià)等 下，以 獲得各