变加速模型与可靠性评估最新研究过程
导读：可靠性强化试验通过采用人为施加的加速环境应力进行试验，高效激发产品的潜在缺陷，使缺陷以故障的形式表现出来。在进行故障模式分析与故障机理分析的基础上，采取适当的改进措施消除缺陷，可以在较短的时间内大幅提高产品可靠性水平。由本站硕士论文中心整理。
第一章绪论
1.1研究背景与意义
当代信息化战争背景下，武器装备的质量与可靠性有着十分重要的地位。在新一代武器装备的研制过程中，不仅对武器装备的性能指标提出了更高的要求，同日寸也特别强调武器装备需要具备更高的可靠性水平。可靠性增长是保障产品在研制过程中可靠性水平的重要环节，通过这一环节可以达到暴露产品设计缺陷、改进产品制造工艺、提高产品可靠性水平的目的。正常应力环境下实施的可靠性增长试验和加速应力环境下实施的可靠性强化试验是实现产品可靠性增长的有效手段，但是这两种试验方法在新一代产品研制过程中的应用又都存在一定的局限性。可靠性增长试验和可靠性强化试验的主要优势与局限性如下表所示。
1.1可靠性增长试验与强化试验特点比较
在GJB 1407中对可靠性增长试验的目的、内容和方法都进行了明确的界定。可靠性增长试验技术在以往产品研制过程中发挥了积极的作用，为提高产品的可靠性水平做出了贡献。通过实施可靠性增长试验可以实现产品可靠性有目的、有计划地增长。但随着现代产品的研制呈现出可靠性高、成本低、研制周期短的特点，传统的可靠性增长试验技术在经费和时间上不能与产品研制需求相适应，在实际工程中的操作性of待加强。与此同时，产品设计的初期阶段也需要实现可靠性的高效增长，Ifn传统的可靠性增长试验主要依靠对真实环境进行模拟来实施试验，存在试验周期长、缺陷残留多等问题。
因此，如何实现产品可靠性的高效增长是可靠性工程领域所面临的重要研究课题。可靠性强化试验通过采用人为施加的加速环境应力进行试验，高效激发产品的潜在缺陷，使缺陷以故障的形式表现出来。在进行故障模式分析与故障机理分析的基础上，采取适当的改进措施消除缺陷，可以在较短的时间内大幅提高产品可靠性水平。然后，当前可靠性强化试验并没有一个规范化的试验设计方案和实施方法，主要是以激发产品缺陷为目的，没有明确的可靠性增长目标，没有行之有效的评估方法，无法对整个增长过程进行跟踪和控制，试验时间和强度主要取决十研制部门的态度和决策，具有一定的自目性。
在产品的整个研制过程中，一般先通过实施可靠性强化试验实现产品固有可靠性的高效增长，当产品的可靠性接近预定的可靠性增长目标后，再实施模拟正常环境下进行的可靠性增长试验，严格控制的可靠性增长试验可以替代可靠性鉴定试验。实施可靠性强化试验时间的长短，直接关系到产品的研制周期的长短和研制资源的消耗。实施可靠性强化试验时间过短，产品的可靠性和预定增长目标相差较远，需要在正常应力环境下进行长时间的可靠性增长试验才能达到预定增长目标，增加了产品的研制周期;实施可靠性强化试验时间过长，虽然可以使产品可靠性远高十预定的增长目标，却消耗了过多研制资源。
因此，在产品的研制过程中，为了达到缩短研制周期和节约研制资源的目的，不仅要对研制阶段后期的可靠性增长试验进行跟踪和控制，ifu }_需要跟踪和控制产品可靠性在可靠性强化试验中的增长过程。可靠性增长管理是在对产品整个研制过程进行规划的基础上，根据各种试验信息对当前产品的可靠性进行评估，并将产品可靠性的实际增长过程与计划增长过程进行对比分析，对产品可靠性的实际增长过程进行跟踪和控制，达到高效提高产品可靠性、缩短研制周期、节约研制资源的目的。
在装备研制过程对可靠性的需求牵引下，本文对基十强化试验的变加速模型与可靠性评估方法进行研究。以变加速模型的研究为核心内容，通过变加速模型将可靠性强化试验数据外推为正常应力环境下的失效数据，将外推后的强化试验数据视为一组可靠性增长试验数据，通过可靠性增长试验评估方法对产品可靠性进行评估，从}fn实现基十强化试验的可靠性评估方法研究。将可靠性强化试验评估方法融入产品的可靠性增长管理过程中，通过科学的管理，对产品可靠性在可靠性强化试验中的增长过程进行跟踪和控制，实现产品可靠性有目的、有计划地高效增长。
1.2国内外研究现状
可靠性概念最早源十航空领域，经过Zo世纪so年代飞速发展，可靠性逐渐成为一门独立学科，形成了定量化描述可靠性的基本概念和方法。Zo世纪}o年代可靠性研究逐渐深入并趋向成熟，90年代可靠性学科的研究硕果累累，近十年来可靠性工程更是向着纵深、学科交叉等方向发展。国内外可靠性领域的专家学者在可靠性试验与评估技术研究中投入了大量的时间和精力，取得了丰硕的成果。其中，在可靠性强化试验应用、可靠性增长模型与评估方法以及可靠性增长管理等方面所取得的研究成果可以有效地支撑本课题的研究，下面对国内外在这些方面的研究成果进行简要的介绍。
2.1可靠性强化试验应用与评估研究现状
可靠性强化试验技术是在国外可靠性工程界迫切寻求能够实现产品高效可靠性增长的背景下，十20世纪90年代初期提出的一种全新思路的可靠性保障技术。该技术已成为西方发达国家军事、航空、航天、电子、通讯和计算机等领域可靠性保障的重要手段，取得了令人满意的效果。为了不断提高可靠性强化试验的效率，拓展其应用范围，保证产品经过可靠性强化试验后具有更高的可靠性水平，各国可靠性领域的专家学者在可靠性强化试验方面的研究投入了大量的精力[,_n
可靠性强化试验的应用与研究主要集中在美国。如波音公司在波音一777研制与波音一737的改型中均采用了该技术。美国航天工业也采用可靠性强化试验来进行卫星整星和导弹仓的研制试验。美国QualMark公司可靠性加速试验中心先后完成了19个不同行业33个公司47种产品的可靠性强化试验，其中被试产品大多为电子、电气产品，试验效果相当显著[}4} o QualMark公司在1998年R&M会议上“HALT与HASS效果总结”一文中对此做了详细阐述[}5} o Countant Lambda公司是国际上最大的电力设备供应商之一，由十产品的复杂度很高，可靠性常常成为其产品质量的关键因素，Lambda公司利用可靠性强化试验技术对新研制的产品进行研制试验以后，产品一次通过率和二年返修率与过去相比均得到了明显改善。美国在响尾蛇导弹的研制阶段也成功的应用了可靠性强化试验技术实现可靠性高效增长[0]。国内在可靠性强化试验领域从20世纪90年代中后期开始进行跟踪研究。国防科学技术大学和北京航空航天大学等都针对可靠性强化试验的理论问题开展了专项研究f}_I11，基本上明晰了可靠性强化试验环境描述、可靠性强化试验失效机理，并借鉴国外可靠性强化试验相关技术，针对典型产品进行了试验方法的应用研究。
在可靠性强化试验评估方面，国外自上世纪90年代开始研究如何将可靠性强化试验的数据运用到试验后产品的可靠性评估中，初步建立了一些模型，但一直没有得到真正有效的解决方法。2005年，美国的Mike Silverman}'z-13}采用某种新的思路重新进行研究，取得了一定的进展，但是直到2008年才得到一个较为有效的模型，这个模型通过现场试验数据证明能够较好的对产品的可靠性进行评估。虽然Mike Silverman没有发表关十模型的具体信息，但是通过他们的研究可以证明通过可靠性强化试验数据对产品可靠性进行评估是可以实现的。同时Fabrice Guerin等人还在把加速寿命试验中的模型运用到可靠性强化试验评估方法的研究中，把加速应力环境下的失效时间转化为正常环境下的失效时间，从Ifn实现对产品可靠性评估[mo。国内主要是北京航空航天大学在“十一五”期间对可靠性强化试验评估模型与方法进行了研究，提出了一些研究思路.
总体来看，国内外在可靠性强化试验应用方面的研究成果很多，但是在可靠性强化试验评估技术方面的研究还处在一个比较初级的水平。
2.2可靠性增长模型与评估方法研究现状
可靠性强化试验和可靠性增长试验是提高产品可靠性的有效途径[‘6一‘8}，可靠性增长模型与评估方法研究对基十强化试验的变加速模型与可靠性评估方法研究有重要的指导意义。在可靠性增长评估中，需要根据可靠性增长试验的特点建立相应的可靠性增长模型，可靠性增长模型是可靠性增长评估的关键。目前的可靠性增长模型主要分为经典模型和Bayes模型两类。
在进行大样本量可靠性增长分析时，主要采用经典可靠性增长模型。Duane模型和AMSAA模型是最具代表性的经典可靠性增长模型。1962年，美国通用公司工程师J. T.Duane在分析大量可靠性增长试验数据基础上，提出了Duane增长模型}'}}o Duane模型认为，只要对产品不断地进行改进，产品的累积失效率和累积试验时间在双对数坐标纸上可以近似为一条直线。1972年，在Duane模型的基础上，美国陆军装备系统分析中心的L.H.Crow提出基十非齐次泊松过程的AMSAA模型[20-22]， AMSAA模型给出了产品MTBF的区间估计。在Duane模型和AMSAA模型基础上，国外学者还提出其它一些增长模型，其中包括Finkelstein提出的离散AMSAA模型[23]、 Sen提出的非齐次几何模型[24]以及Fries模型[25]等经典增长模型。国内学者自上世纪80年代开始对Duane模型和AMSAA模型进行跟踪研究，在工程实践中对两种经典增长模型进行应用，并在工程应用的基础上，进行了一系列创新性研究。1989年，周源泉提出了更具普遍意义的AMSAA-BISE模型}z}}，为多台同步纠正可靠性增长评估问题提供了解决方案。田国梁对Gompertz模型可靠性增长分析方法四和负二项分布产品可靠性增长分析方法四进行深入的研究。赵宇在Duane模型和AMSAA模型基础上，提出了VE-Duane模型和VE-AMSAA模型}z}}，并对变母体、变环境试验数据的可靠性增长综合评估问题进行了研究。胡明祥[30]运用CROW扩展模型对鱼雷的可靠性增长问题进行分析。
在进行小样本量可靠性增长试验分析时，常采用Bayes增长模型。国外对Bayes增长模型的研究起步较早。1966年，Barlow和Scheuer对产品可靠性增长试验的Bayes分析方法进行了研究，提出了Barlow-Scheuer增长模型}3' } 0 1977年，Smith}3z}利用Bayes方法对成败型产品的可靠性增长问题进行讨论，根据无信息先验分布建立了Bayes可靠性增长模型。Fard&Dietrich}33]通过仿真对Barlow-Scheuer增长模型和Smith模型进行分析，认为两种模型均低估了产品实际的可靠性水平Weinrich&Gross}34]对Barlow-Scheuer增长模型进行了改进，对其给出Bayes置信下限，并与原始的Barlow-Scheuer模型进行比较，结果表明改进模型的Bayes置信下限有所增加。1991年，Mazzuchi T A不II Soyer R在对Smith模型不I IWeinrich-Gross模型存在的缺点进行分析的基础上，提出了先验分布为Dirichlet分布的可靠性增长模型[35]，并进一步对以Dirichlet分布为先验分布的可靠性增长计算问题进行讨论，将MCMC方法应用十Bayes验后分布计算过程中。其它的Bayes增长模型还有利用状态转移思想建立的POIIOCk模型}36}、 Kaplan模型[37]。在国内，国防科技大学的张金槐教授长期致力十Bayes理论和方法的研究，针对指数型产品的可靠性增长问题提出了多层先验信息下可靠性增长的Bayes分析方法f3sl，并对可靠性增长Bayes分析中先验分布的确定方法进行了深入的研究f3}1谢红卫[40]提出了改进的1V},- II方法，并对阶段末的可靠性水平进行Bayes评估。党晓玲}4y给出了指数分布下可靠性增长试验数据分析方法。张士峰[42]对Bayes小子样理论及其在武器系统中的应用进行了系统的研究。李欣欣[43]对Bayes变动统计的精度评定与可靠性增长评估问题进行了深入的研究。张士锋和李荣[44]基十Dirichlet先验分布，以似然函数的稳健性为出发点，对多项分布的可靠性问题进行讨论。明志茂[[45]讨论了基十新Dirichlet先验分布的指数寿命型产品多阶段可靠性增长Bayes分析方法，采用最优化方法解决了新Dirichlet先验分布超参数因物理意义不明确}fn难以确定的问题，利用Gibbs抽样算法进行后验推断，合理估算出当前阶段和后续试验阶段产品可靠性的Bayes点估计和置信下限。
总体来看，国外对可靠性增长模型与评估方法方面的研究成果非常多，国内学者也对国外提出的增长模型和评估方法进行了充分的消化吸收，在此基础上提出了新的增长模型，并对可靠性增长评估方法进行了系统的研究。国内外在可靠性增长模型与评估方法方面的研究成果对本文的研究有着重要的支撑作用。
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22.张金槐.Bayes可靠性增长分析中验前分布的不同确定方法及其剖析[J].质量与可靠性，2004, 4: 10-13.
摘要 8-9
ABSTRACT 9
第一章 绪论 10-18
1.1 研究背景与意义 10-11
1.2 国内外研究现状 11-15
1.2.1 可靠性强化试验应用与评估研究现状 12-13
1.2.2 可靠性增长模型与评估方法研究现状 13-14
1.2.3 可靠性增长管理研究现状 14-15
1.3 论文的研究内容及结构安排 15-18
1.3.1 论文的研究内容 15-16
1.3.2 论文的结构安排 16-18
第二章 基于强化试验的变加速模型研究 18-29
2.1 常用加速模型与增长模型 18-21
2.1.1 常用加速模型 18-19
2.1.2 常用增长模型 19-21
2.2 基于Arrhenius模型和Duane模型的变加速模型研究 21-24
2.2.1 模型基本假设 21-22
2.2.2 变加速模型的建立 22-24
2.3 强化试验数据分析与外推 24-27
2.3.1 模型参数估计 24-26
2.3.2 强化试验数据外推过程 26-27
2.4 案例分析 27-28
2.5 本章小结 28-29
第三章 基于强化试验的可靠性评估方法研究 29-45
3.1 基于多台异步纠正AMSAA模型的可靠性增长评估方法 29-34
3.1.1 多台异步纠正AMSAA模型的极大似然估计 29-31
3.1.2 多台产品的同型性检验 31-33
3.1.3 多台异步纠正AMSAA模型的无偏估计和区间估计 33-34
3.2 基于Bayes方法的可靠性增长评估方法 34-43
3.2.1 Bayes方法的基本思想 34-36
3.2.2 先验信息的分类与获取 36-37
3.2.3 先验分布的确定 37-39
3.2.4 及时纠正策略下的Bayes可靠性增长评估方法 39-43
3.3 案例分析 43-44
3.4 本章小结 44-45
第四章 基于强化试验的可靠性增长管理 45-60
4.1 可靠性增长管理基本概念 45-47
4.1.1 可靠性增长管理的基本内容 45-46
4.1.2 可靠性增长管理的意义 46
4.1.3 基于强化试验可靠性增长管理研究的必要性 46-47
4.2 可靠性增长规划的制定 47-52
4.2.1 计划增长曲线中各参数的确定 47-50
4.2.2 计划增长曲线的绘制 50-52
4.3 可靠性强化试验的实施 52-57
4.3.1 试验前准备 52-53
4.3.2 实施可靠性强化试验的基本流程 53-54
4.3.3 强化试验方案设计 54-55
4.3.4 失效分类和失效处置方式 55-57
4.4 可靠性增长过程的跟踪控制 57-59
4.4.1 增长趋势检验 57-58
4.4.2 跟踪曲线的绘制 58-59
4.5 本章小结 59-60
第五章 总结与展望 60-62
5.1 全文总结 60-61
5.2 研究展望 61-62
致谢 62-63
参考文献 63-67
作者在学期间取得的学术成果 67
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