[發明專利]基于時間序列的步進應力加速退化試驗可靠性評估方法

無效

• 申請號: 200910089137.8
• 申請日: 2009-07-31
• 公開（公告）號: CN101620045A
• 公開（公告）日: 2010-01-06
• 發明（設計）人: 王立;李曉陽;姜同敏
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00;G01M19/00
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所
• 代理人: 周長琪

技術領域

本發明涉及一種加速退化試驗壽命預測及可靠性評估方法，屬于加速試驗評估技術領域。

背景技術

對于高可靠性長壽命的產品，往往難以在短期內觀測到產品失效，基于產品性能退化數據分析產品可靠性成為一種有效途徑。為了針對這些難以獲得失效數據，但可以獲得性能退化數據的產品進行可靠性評估，加速退化試驗的方法應運而生。

研究加速退化失效，關鍵要建立產品性能退化特征參數隨時間變化的加速退化模型。加速退化模型一般分為基于退化機理和基于統計數據兩種模型。前者需要對產品自身的退化機理有深入的研究以及大量的試驗基礎，且局限于退化機理相同的產品，不適用于工程應用的推廣。后者使用統計模型來描述退化數據，在工程中更加適用。

在以往的基于統計數據的加速退化試驗可靠性評估中，加速退化模型多采用某一回歸模型表示。該方法可以反映性能特征參數退化的確定性變化趨勢，但不能全面描述性能退化的特征，因為產品的性能退化規律并非僅包含規則變化的確定性部分，若要對其進行精確分析，還需要對其不規則變化的隨機部分進行深入的研究。

此外，現有基于統計數據的加速退化試驗可靠性評估方法幾乎僅針對恒定應力水平的加速退化試驗有效。然而，恒定應力加速退化試驗通常需要一定數量的試驗樣本，因而不適于對新研制且成本昂貴的產品進行可靠性壽命的評估。而步進應力加速退化試驗具有相對更快加速產品退化失效，以及僅需更少試驗樣本個數的優點，從而針對步進應力的加速退化試驗可靠性評估方法具有更高的實用價值。

時間序列分析原系數理統計學科的一個分支，它是研究隨機過程的重要數學工具。在工程技術等領域中，對于具有隨機性，并隨時間的推移而具有某種統計規律的信息，不可能或難以應用一般確定的解析方法描述其過程，而時間序列分析則利用現代統計學和信息數據處理技術，能夠充分挖掘信息中隨機性規律及特征，是解決這一實際問題的有力工具。由于步進應力加速退化試驗數據為時間序列，因此可以采用時間序列分析方法對其進行分析。在國內外現有相關步進應力加速退化試驗可靠性評估方法文獻中，尚未見到應用時間序列分析方法的報道。

時間序列方法在步進應力加速退化試驗可靠性評估中的應用需要解決以下問題：

1、采用步進應力加速壽命試驗中的試驗時間折合方法，可將步進應力加速退化試驗數據在各應力水平下的試驗時間折合為產品在正常應力水平下試驗時間，折合后的退化數據為非等間距的時間序列。然而傳統的時間序列分析方法只適用于恒定應力加速退化試驗中等間距時間序列的分析，因此需要研究適用于步進應力加速退化試驗中非等間距時間序列的分析方法。

2、以往的加速退化試驗中，很少考慮試驗設備對產品性能退化過程的影響，包括確定性和隨機性的影響，如何將確定性的解析模型同描述隨機過程的非等間距時間序列模型相結合，并對組合模型參數進行估計，有待進一步研究。

3、為了提高時間序列模型預測的精度以及長度，在保留時間序列模型自身優點的基礎上，如何采用現有的預測理論與之結合，是工程應用中的實際問題。

4、如何將基于時間序列分析方法建立的加速退化模型應用于步進應力加速退化試驗，形成適用于步進應力水平、基于統計數據、可信度高的加速退化試驗可靠性評估方法，是目前領域內的一個難點。

發明內容

本發明的目的是為了解決傳統的加速退化模型無法描述加速退化試驗統計數據中隨機性信息，以及現有的加速退化試驗可靠性評估方法難以應用于步進應力水平的加速退化試驗可靠性評估的問題，采取時間序列分析建模技術手段，達到根據步進應力加速退化試驗數據合理預測產品壽命及可靠性評估的技術效果。

本發明利用相關系數平穩序列分析方法描述步進應力加速退化試驗數據中的非等間距隨機信息，在汲取確定性的回歸模型以及隨機性的相關系數平穩序列自回歸模型各自優點的基礎上建立回歸-非等間距自回歸加速退化模型，結合灰色理論預測產品退化趨勢，形成基于時間序列的步進應力加速退化試驗壽命預測及可靠性評估的方法。

本發明提出的步進應力加速退化試驗假設：

假設1產品的性能退化過程具有單調性，即性能發生的退化不可逆；

假設2每個應力水平下產品的失效機理不變；

假設3產品的殘余壽命僅依賴于當時已累計失效部分和當時應力水平，而與累積方式無關；

假設4試驗中不存在由退化引發的任何失效，即產品的性能退化未穿越失效閾值。