[發(fā)明專利]一種基于仿真的多應(yīng)力小樣本加速壽命試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)優(yōu)化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310188698.X
• 申請(qǐng)日: 2013-05-21
• 公開（公告）號(hào): CN103246821A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張輝睿;陳云霞;許丹;林逢春;康銳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F19/00
• 分類號(hào): G06F19/00
• 代理公司: 北京慧泉知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提出一種基于仿真的多應(yīng)力小樣本加速壽命試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，特別涉及一種加速壽命試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，屬于加速試驗(yàn)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)水平的提高，以及可靠性技術(shù)的不斷發(fā)展以，越來越多的產(chǎn)品都具有高可靠長壽命的特點(diǎn)。這類產(chǎn)品的生產(chǎn)制造成本較高，這決定了加速變化試驗(yàn)中可投入的總樣本量通常較小。而其自身壽命水平較高，設(shè)計(jì)壽命長達(dá)數(shù)年之久，如何在較短的試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)根據(jù)少量樣本的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)其壽命指標(biāo)進(jìn)行高精度評(píng)定，一方面對(duì)評(píng)定方法的信息利用率提出了較高要求，另一方面也給試驗(yàn)設(shè)計(jì)提出了巨大的挑戰(zhàn)。眾所周知，加速退化試驗(yàn)不要求大量產(chǎn)品到達(dá)失效狀態(tài)，可直接根據(jù)產(chǎn)品性能參數(shù)的變化規(guī)律對(duì)產(chǎn)品壽命進(jìn)行評(píng)定。

加速退化試驗(yàn)(Accelerated?degradation?tests，ADT)通過收集產(chǎn)品在高應(yīng)力水平下的性能退化數(shù)據(jù)，并利用這些數(shù)據(jù)估計(jì)產(chǎn)品可靠性及預(yù)測產(chǎn)品在常規(guī)使用應(yīng)力下的壽命。ADT的引入為解決加速壽命試驗(yàn)在應(yīng)用中面臨的失效數(shù)據(jù)少甚至零失效的問題提供了新途徑。如何設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，如試驗(yàn)樣本量、監(jiān)測時(shí)間間隔、監(jiān)測次數(shù)等，使試驗(yàn)評(píng)估結(jié)果最準(zhǔn)確，試驗(yàn)代價(jià)最小，是加速退化試驗(yàn)工程應(yīng)用中面臨的一個(gè)重要問題。

目前ADT優(yōu)化設(shè)計(jì)主要通過基于先驗(yàn)的解析優(yōu)化方法得到最優(yōu)方案。當(dāng)試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)變量的維數(shù)增加時(shí)，優(yōu)化建模非常困難。此外，在很多場合下最優(yōu)方案的解析解難以得到甚至不存在，而且分析推理過程非常復(fù)雜。因此，建立面向工程應(yīng)用的ADT方案優(yōu)化一般框架十分困難。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)解析方法難以評(píng)估復(fù)雜加速試驗(yàn)方案優(yōu)劣的問題，以及高可靠長壽命產(chǎn)品設(shè)計(jì)小樣本加速試驗(yàn)方案的問題，本發(fā)明提供了一種基于仿真的多應(yīng)力小樣本加速壽命試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)優(yōu)化方法。

本發(fā)明一種基于仿真的多應(yīng)力小樣本加速壽命試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，其目的是：彌補(bǔ)一般基于先驗(yàn)解析的優(yōu)化方法，當(dāng)試驗(yàn)設(shè)計(jì)維數(shù)增多時(shí)，優(yōu)化建模十分困難的缺陷。同時(shí)，將基于仿真的方法在多應(yīng)力小樣本情況下對(duì)加速試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)一步擴(kuò)充了仿真基的方法在該領(lǐng)域的應(yīng)用。

本方法首先確定試驗(yàn)設(shè)計(jì)備選方案集、優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)、加速變化模型和仿真規(guī)模Ω_d，然后針對(duì)某個(gè)備選方案，利用蒙特卡洛（Monte?Carlo）方法生成該方案下的Ω_d組仿真試驗(yàn)數(shù)據(jù)，接著對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到該方案下的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)值，最后根據(jù)得到的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)值進(jìn)行備選方案的優(yōu)劣排序，確定最優(yōu)試驗(yàn)方案。

本發(fā)明所述的一種基于仿真的多應(yīng)力小樣本加速壽命試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)優(yōu)化方法能夠成立所需要的假設(shè)（這些條件是加速退化試驗(yàn)?zāi)軌蜻M(jìn)行的前提假設(shè)，只有這些假設(shè)成立，試驗(yàn)才能進(jìn)行）如下：

假設(shè)1性能參數(shù)的變化是不可逆的，即應(yīng)是單調(diào)的；

假設(shè)2正常應(yīng)力水平和試驗(yàn)應(yīng)力水平下的性能參數(shù)變化機(jī)理一致。從統(tǒng)計(jì)特征上來說，正常應(yīng)力水平和試驗(yàn)應(yīng)力水平下的性能參數(shù)變化規(guī)律相似，均可用同一模型形式描述；

假設(shè)3試驗(yàn)應(yīng)力水平越高，性能參數(shù)變化越快。

基于上述假設(shè)，本發(fā)明提出一種基于仿真的多應(yīng)力小樣本加速壽命試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，如圖1所示，該方法具體步驟如下：

步驟一：確定試驗(yàn)設(shè)計(jì)備選方案集、優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)、加速變化模型和仿真規(guī)模Ω_d，其中備選方案集是根據(jù)基于工程經(jīng)驗(yàn)的加速變化試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)方法初步構(gòu)造，也能直接在給定的試驗(yàn)設(shè)計(jì)約束條件下遍歷得到。仿真規(guī)模根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選取。

步驟二：針對(duì)選定的備選方案，利用Monte?Carlo方法生成該方案下的Ω_d組仿真試驗(yàn)數(shù)據(jù)，接著對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到該方案下的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)值。

步驟三：最后根據(jù)得到的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)值進(jìn)行備選方案的優(yōu)劣排序，確定最優(yōu)試驗(yàn)方案。

其中，在步驟一中所述的“備選方案集”，其構(gòu)造方法如下：

備選方案集包含的元素：試驗(yàn)應(yīng)力水平，各應(yīng)力水平下樣本數(shù)，各溫度下的試驗(yàn)周期，各個(gè)溫度下的測試次數(shù)等。

備選方案集根據(jù)基于工程經(jīng)驗(yàn)的加速變化試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)方法初步構(gòu)造，也能直接在給定的試驗(yàn)設(shè)計(jì)約束條件下遍歷得到。

構(gòu)造備選方案集時(shí)，需要考慮采用以下簡化措施：

（1）試驗(yàn)應(yīng)力水平數(shù)和試驗(yàn)應(yīng)力水平取值范圍直接指定，試驗(yàn)應(yīng)力水平等間隔分布后取整。如果試驗(yàn)應(yīng)力為溫度，試驗(yàn)溫度取為5℃的整數(shù)倍，試驗(yàn)溫度間隔大于或小于5℃。例如，試驗(yàn)應(yīng)力水平數(shù)為3，最高和最低試驗(yàn)溫度分別為90℃和65℃，則中間試驗(yàn)溫度為75℃或80℃。