数控电路板性能退化分析及可靠性统计推断研究

针对长寿命产品很难通过寿命试验和加速寿命试验获得充足的失效寿命数据的情况,以某型号的国产数控用印制电路板为试验对象,在高温高湿条件下开展了偏置电压性能退化试验.通过探讨其主要的故障模式和失效机理,建立了数控用电路板的电压应力退化失效模型,然后在对性能退化数据的统计分析研究的基础上,提出了基于退化轨迹的可靠性评估方法,并对高可靠性长寿命的数控用印制电路板进行了可靠性统计推断.最后给出了威布尔分布下的可靠性统计推断结果,验证了方法的正确性和有效性.     

基于Wiener过程的数控转台寿命及可靠度评估

为了对数控转台回转定位精度误差的非单调递增特征进行描述,采用Wiener过程对数控转台退化数据进行建模.由于不同转台角度下的退化轨迹不同,假设退化模型中退化量初值和漂移系数服从正态分布,基于贝叶斯全概率公式推导了失效寿命的全概率密度函数和可靠度函数的解析形式.采用两步法和极大似然函数估计法对模型中的未知参数进行估计.基于提出的模型对某数控转台的失效寿命进行预测,得到了数控转台的可靠度函数,并将本文的模型与只考虑退化量初值随机性的退化模型进行对比,结果表明,本文提出的模型更符合数控转台的退化规律.     

基于HSMM的数控装备运行可靠性评估

数控装备是高成本的产品,仅仅依靠寿命试验获得数控装备的失效时间耗费太大,在实验数据呈现小样本的情况下研究数控装备的运行性能随时间而变化的规律,从而对数控机床进行可靠性评估是非常有重要意义的.提出采用隐半马尔科夫模型(HSMM)对数控装备运行性能特征参数进行数据挖掘,计算出描述数控装备从正常状态到失效状态变迁过程的状态转移矩阵.结合状态转移矩阵和马尔科夫预测模型对数控装备运行可靠性进行评估.最后,在一款数控铣床上验证该方法的可行性,该方法丰富了数控装备可靠性评估理论.     

基于Wiener过程的数控转台极小子样可靠性分析

针对数控转台性能退化过程较为缓慢且存在波动的特点,采用Wiener过程进行数学建模,利用极大似然法结合试验数据分析模型中各未知参数的特点。根据分析结果将模型中的漂移系数和扩散系数设为恒定值,假设性能退化初值服从正态分布,得出数控转台的相关可靠性函数,并与基于伪寿命分布法得出的结果进行比较。结果表明:基于Wiener过程得出的结果较基于伪寿命分布法得出的结果更加符合实际情况。     

基于产品性能退化轨迹的可靠性研究

为了解决高可靠和长寿命产品的可靠性评估问题,采用性能退化试验方法,基于产品性能退化量的退化轨迹,得出了线性、指数型性能退化轨迹绝对失效标准和相对失效标准下的首达时间分布定理,并分别得到了随机参数服从正态、Weibull和指数分布下的几个推论.研究结果表明:根据产品性能退化随机过程和退化轨迹、失效标准计算首达时间来评估其可靠性是一条有效的途径.该成果对产品的可靠度等指标的评估具有一定的参考价值和实际意义.     

高速电主轴系统的极小子样试验评估方法研究

针对数控机床这类高可靠性产品的寿命实验数据极少的情况,为了提高数控机床高速电主轴系统的可靠性寿命评估精度,基于性能退化可靠性评估的理论对高速电主轴系统进行了机械应力仿真加载试验.对高速电主轴的退化数据,借助MATLAB软件利用最小二乘法对样本的退化模型参数进行估计,得出一次伪失效寿命.应用虚拟增广法和半经验评估法相结合的可靠性评估方法对高速电主轴系统进行了可靠性评估,得出了高速电主轴系统的平均无故障寿命均值的置信区间.与单纯地采用以往的半经验评估法进行可靠性评估的结果对比,进一步提高了高速电主轴系统在试验样本极小的情况下的试验寿命评估精度,为高速电主轴系统的可靠性研究提供了更加合理有效的评估方法.     

高速冲床传动系统性能退化分析与可靠性评估

针对高速冲床传动系统寿命较长、可靠性试验成本较高的特点,研究了基于性能退化数据的传动系统可靠性评估方法.根据传动系统的工作特性选择了下死点动态精度作为衡量性能退化的特征参数,搭建了相应的测试系统.对退化机理进行了分析,在此基础上利用漂移布朗运动模型对传动系统动态精度退化量进行建模,基于退化数据估计模型中的参数,进而利用所建模型评估得到传动系统寿命和可靠性指标.采用实测数据对所提出的方法进行验证,结果表明:该方法在没有寿命数据的情况下评估得到了高速冲床传动系统的寿命和可靠性指标,可节约试验经费和时间.     

竞争失效下多元退化建模的航空发动机可靠性分析

为了解决航空发动机的竞争失效下多元退化系统可靠性评估问题,提出一种多元退化失效和突发失效之间相关竞争失效的可靠性评估方法.以具有随机效应的非线性Wiener过程与Gamma过程描述退化失效过程,选择合适的Copula函数对多元退化失效相关性进行建模,通过马尔科夫链蒙特卡洛方法进行多元退化系统相关失效模型参数估计;引入Weibull分布描述突发失效时间,采用比例危险模型构建关于性能退化量的突发失效率函数,利用两步极大似然估计法识别模型参数.结合航空发动机的性能退化数据实现了竞争失效下多元退化系统可靠性评估,通过分析结果验证了模型的有效性与准确性.     

基于Ⅱ型广义logistic分布和粒子群优化的退化可靠性建模

广义概率分布能够更加准确地描述性能退化数据的特性,降低奇异点和概率分布选择错误时带来的影响,为此,文中引入Ⅱ型广义logistic分布(Ⅱ-GLD)进行退化可靠性评估.通过加入位置参数和尺度参数对时变退化量建模,根据各时刻分布的分位数和对应试验数据之间的均方误差建立目标函数,结合粒子群优化(PSO)算法实现对目标函数中多个参数的同时估计.运用所提方法对实例进行退化可靠性评估、验证和对比,结果表明:该模型计算得到的退化数据均值和标准差与实际值的相对误差在8%以内,不同失效阈值下的可靠性评估结果与试验数据吻合良好;对比分析表明,与正态分布和威布尔分布相比,Ⅱ-GLD能够有效挖掘退化数据的尾部特性,真实反映产品的初期退化.     

基于性能退化的刀具可靠性评估

针对长寿命少失效样本条件下的可靠性评估问题,从性能退化角度分析了退化指标分布已知与未知条件下的性能退化路径的可靠度评估方法.以刀具为例,将其加工过程的刀具磨损量作为退化指标,建立了3种不同的退化路径模型,结合失效阈值,准确地估计出了刀具的伪失效寿命,并通过伪失效寿命数据分布模型进行了刀具的可靠性评估,对比分析了3种分布模型的可靠性指标差异,验证了该方法的有效性,为长寿命少失效样本条件下的设备可靠性评估提供了新的方法和思路.     

基于支持向量回归与Bayesian理论的性能退化产品可靠性分析

为提高小样本非线性下的性能退化产品可靠性评估准确性,提出一种融合性能退化数据与寿命数据的可靠性评估方法.首先选定产品的性能退化变量并记录下与时间相关的退化数据,随后利用支持向量回归(Support Vector Regression,SVR)理论对性能退化轨迹进行拟合建模,再通过首达阈值的概念推算出产品伪失效寿命数据.假设产品寿命服从特定的概率分布,则可求得产品的可靠性解析表达式.为了充分利用可得到的多种信息,增加评估的可信度,结合Bayesian理论,融合可得的真实寿命数据,一旦得到新的失效寿命数据,便可更新迭代模型参数提高评估准确性.最后通过数值仿真与陀螺仪退化数据的实例验证所提方法的可行性.结果表明,本研究有效地解决了小样本非线性情形下性能退化产品可靠性分析不精确的难题.     

动态概率模型跟踪性能退化的实时可靠性评估方法

针对实时可靠性评估中先验信息难以获取、分布假设不符合实际情况的问题,提出一种基于动态概率模型的实时可靠性评估方法.采用Parzen核密度估计构造滑动概率神经网络,使用滑移时间窗进行统计样本的动态选择,以非参数方式实时估计性能退化数据的条件概率分布,将超过失效阈值的分布函数值作为可靠性指标,来实现个体设备无先验信息条件下的可靠性评估.通过对高压水除鳞泵和加热炉风机失效过程数据的分析,验证了该方法的可行性和实用性.     

基于竞争失效的起爆电容贮存可靠性评估

为了评估起爆电容的贮存可靠性,采用了竞争失效模型,模型利用了失效数据,将试验过程中的退化数据也考虑在内。在突发失效和退化失效相关性分析中,采用随机抽样的方式避免失效时间分配产生的偶然误差,得到的结果更加客观、真实。以某起爆电容恒定应力加速寿命试验数据为例,验证了模型的有效性。     

竞争失效场合恒定应力加速退化试验统计分析

为了解决恒定应力加速退化试验中突发与退化同时存在的竞争失效可靠性评估问题,针对产品的退化过程,采用退化量分布函数进行刻画,弥补伪失效寿命建模方法的缺陷.同时考虑到突发失效与性能退化和应力水平的相关性,提出基于比例危险的突发失效模型,并用线性回归和极大似然估计(MLE)模型中的参数,实现对竞争失效场合恒定应力加速退化问题的建模分析.最后应用算例验证该方法的有效性.     

多阶段复杂退化产品的可靠性统计模型

针对多阶段退化产品,基于性能退化响应数据的回归统计拟合,建立变速率复杂退化可靠性评估模型。首先利用分段回归拟合对性能退化数据进行变点回归建模,推导变点分布的极大似然函数;其次鉴于模型的复杂性,变点估计的最大似然估计无法得到显式解,采用分层Bayes进行建模;然后结合MCMC(Markov chain Monte Carlo)算法中的Gibbs采样对模型进行参数诊断,依据Schwarz信息准则(Schwarz information criterion,SIC)构建经验似然比对模型的变点进行估计与检验;最后根据产品失效退化的定义,推导该失效模式下产品的可靠度函数。以手机运行的游戏性能数据建模分析,演绎说明了多阶段退化模型适应性强、可行性高的特点。与传统两阶段建模相比,多阶段退化建模考虑了各个阶段的退化信息,提高了数据利用率和产品的可靠性评估可信度。     

基于马氏距离的竞争失效可靠性分析

为了解决产品退化失效与冲击失效共存的竞争失效下可靠性评估,提出了一种基于马氏距离的评估方法.引入马氏距离将多元退化数据降至一元马氏距离,采用具有随机影响的Wiener过程进行退化建模.研究了泊松过程以及固定时间发生的两类极端冲击过程,建立了同时考虑变阈值和最小冲击幅值的相关竞争失效模型.采用裂纹增长案例验证了所提方法的有效性,敏感性分析评估了模型参数对产品可靠性的影响.结果表明泊松过程冲击和固定时间冲击都对产品可靠性水平的分析值产生影响.      

基于性能退化模型的星载扫描部件可靠性评估

星载遥感仪器扫描部件具有"极小子样、零失效"的特点,其可靠性分析与评估一直是工程实践中的技术难题之一。首先在对扫描部件失效分析和性能建模的基础上,获得描述扫描部件的关键性能指标。然后结合应用,推导出基于Bayes性能退化数据的极小子样评估方法。给出仿真算例,说明该算法的有效性。     

考虑随机失效阈值的退化数据建模分析方法

针对退化过程中随机失效阈值分布难以确定,无法直接引入到退化数据建模分析过程的难题,提出一种将失效阈值的随机性转移到易于获得分布参数变量中的建模分析方法,给出退化试验数据和加速退化试验数据的建模分析步骤.结合实例分析表明:将失效阈值随机性转移到易于获得分布参数变量中的建模分析方法可行,避免了复杂的数值计算;同时,该方法能够为高可靠长寿命产品提供更符合实际的可靠性评估结果.     

贮存期性能退化数据的可靠性评定

对长期贮存一次使用的设备元器件采用性能退化方法评定其可靠性,该方法大多采用对各时刻的测量数据进行统计分析得出相应的可靠度再拟合出可靠度函数,给出了一种利用规则性能退化数据结合幂律退化轨道的可靠性评定新方法。     

西部地区混凝土基于Weibull分布的寿命预测研究

对混凝土试件进行了模拟特殊自然环境条件下的加速失效试验,并得到了加速寿命数据.首先,结合寿命数据采用Weibull分布函数对其退化过程进行建模;其次,应用不同参数估计方法得到了基于Weibull分布参数的估计值;最后,建立了服役寿命的可靠度函数及概率密度函数.结果表明:Weibull分布函数可以有效地描述混凝土试件的加速耐久性能退化过程,建立的混凝土加速寿命可靠度函数能够直观地反映试件的服役寿命,并且与试验结果较一致;在参数估计方法的适用性方面,最小二乘法以及极大似然估计法比较适合小样本完全寿命数据的情况,这为混凝土加速失效试验的寿命预测及可靠性评估提供了直接而有效的参数估计方法.