基于比例危险-比例优势模型的加速寿命试验技术研究

admin · 发表于 2025-1-29 20:17:37

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随着科学技术的发展，产品有了更长的寿命和更高的可靠性。然而，对于可靠性工程技术人员来说，在产品正常运行的环境应力条件下获得产品的寿命数据就变得更加困难，因而无法对产品的寿命和可靠性进行评估。为了解决这一题目，加速寿命试验技术应运而生。加速寿命试验技术是使用在高应力下较短时间内获得的产品寿命数据外推产品在正常应力下的寿命和可靠性的技术。加速模型描述了产品寿命或可靠性与应力水平之间的关系，加速模型的建立是进行产品寿命和可靠性外推的基础。加速模型按其起源可以分为三类，即：物理加速模型、经验加速模型和统计加速模型。在统计加速模型中，非参数模型具有无分布特性，因此，更加受到研究人员及工程应用人员的青睐。广泛运用的两个非参数统计加速模型是比例危险模型和比例优势模型。当它们的假设满足时，利用这些模型进行失效数据评估可以给出较好的评估结果。然而，当它们的假设违背时，得到的评估结果可能有较大误差。为了解决比例危险模型和比例优势模型假设违背时一些情况下的产品寿命和可靠性评估题目，本文将Aranda-Ordaz参数族及其在生物医学领域的衍生模型引入加速寿命试验技术领域，给出了加速寿命试验技术领域的比例危险-比例优势模型。它通过转移参数将比例危险模型和比例优势模型结合起来，使它们成为其特殊形式。采用极大似然估计方法对模型参数进行评估。分别针对失效数据服从威布尔分布、对数逻辑分布和混合分布的情况给出了仿真算例。运用了比例危险-比例优势模型对Swartz温度、电压两应力类型产品加速寿命试验和灯泡加速寿命试验失效数据进行了评估。仿真算例和应用实例都验证了模型的有效性。本文讨论了比例危险-比例优势模型的假设检验、置信区间和模型验证方法。分别对比例危险模型和比例优势模型进行假设检验来验证是否有违背比例危险-比例优势模型的假设。通过建立Fisher信息矩阵和渐近方差-协方差矩阵给出了模型参数评估值的置信区间。运用Delta方法，给出了模型可靠性评估值的置信区间。在进行模型验证时，通过定义Cox-Snell残余量生成失效时间数据，再应用Nelson-Aalon评估方法定义累积危险率函数，验证它们是否可以近似为过零点且斜率为1的直线。针对恒定和步进两种应力加载方式，给出了基于比例危险-比例优势模型的加速寿命试验优化设计方法。采用基于信息的优化方法包括D-优化方法和A-优化方法建立了最优化题目，讨论了两种优化方法的适用范围。此外，本文还进行了等效试验优化设计。将等效试验方案定义为Fisher信息矩阵行列式值相等（也就是模型参数评估精度相等）的试验方案，给出了与给定恒定应力加速寿命试验方案等效的步进应力加速寿命试验优化设计方法。仿真结果表明，与给定恒定应力加速寿命试验方案等效的步进应力加速寿命试验方案在获得相同的模型参数评估精度时，可以在很大程度上节省总试验时间。本文将时间尺度变化效果和时变系数效果引入比例危险-比例优势模型，提出了扩展的比例危险-比例优势模型。采用极大似然估计方法对模型参数进行评估。分别针对不考虑时间应力相互作用的对数逻辑分布和考虑时间应力相互作用的威布尔分布这两种情况给出了仿真算例，验证了模型的有效性。通过一个应用验证实例阐述了运用比例危险-比例优势模型对产品加速寿命试验失效数据评估的实施过程。以灯泡为受试产品、电应力为试验应力进行了试验台搭建、加速寿命试验运行及失效数据评估。基于比例危险-比例优势模型进行了假设检验、模型参数与可靠性评估、置信区间计算及模型验证。此外，还分别采用比例危险模型、比例优势模型和扩展的比例危险-比例优势模型对灯泡加速寿命试验失效数据进行了评估，得到了正常应力水平下灯泡的寿命和可靠性评估值。运行了正常应力水平下灯泡的寿命试验，并将寿命试验失效数据的评估结果与上述模型对正常应力水平下灯泡寿命和可靠性的评估结果比较。结果表明，比例危险-比例优势模型和扩展的比例危险-比例优势模型具有更高的评估精度。最后，为了便于在工程实际中使用比例危险-比例优势模型进行恒定应力加速寿命试验的评估，编写了《恒定应力加速寿命试验评估系统》软件。该软件的主要功能是采用比例危险-比例优势模型对产品恒定应力加速寿命试验的失效数据进行评估，给出在正常应力水平下产品寿命和可靠性的评估值。

基于比例危险-比例优势模型的加速寿命试验技术研究

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