老煉試驗優(yōu)化建模與應用研究.pdf

1、老煉試驗是工業(yè)生產，尤其是電子制造、軍事和航空航天工業(yè)中廣泛使用的一種用于減少或消除產品早期失效的可靠性篩選方法，它對于提高產品質量和可靠性，減少早期失效造成的損失以及降低保修和維修費用都十分重要。過去近半個世紀，工程技術和科研人員對老煉試驗進行了廣泛研究，重點集中在老煉試驗應該在何種條件下進行并持續(xù)多長時間以獲得最大利潤或最高可靠性，即老煉試驗優(yōu)化問題。有效的老煉試驗優(yōu)化模型對于確定最優(yōu)老煉試驗十分關鍵，通常根據制造商和決策者的意圖、

2、產品的壽命特征以及老煉試驗實施過程進行建模，進而求解獲得最優(yōu)的老煉試驗設置以及最優(yōu)的保修和維修策略。然而，現有的研究對加速應力下的老煉試驗優(yōu)化建模重視不夠，缺乏有效的高可靠、長壽命產品的老煉試驗優(yōu)化建模方法，并且對復雜失效產品的老煉試驗優(yōu)化建模研究也不深入。為此，本文以實際工程中的老煉試驗優(yōu)化問題為背景，結合失效建模、加速模型和壽命分布的參數估計以及常見的保修和維修策略，研究若干典型失效產品，包括無耗損和有耗損階段產品、Wiener過程

3、退化失效產品以及突發(fā)和退化競爭失效產品的老煉試驗優(yōu)化建模問題及其應用。主要研究內容包括基于失效的加速老煉試驗優(yōu)化建模與應用、基于退化的老煉試驗優(yōu)化建模與應用以及突發(fā)和退化競爭失效的老煉試驗優(yōu)化建模與應用。論文的主要貢獻和創(chuàng)新點有：
　?。?）針對無耗損和有耗損階段產品，結合保修和維修提出了兩種基于失效的加速老煉試驗優(yōu)化建模方法，解決了MOS電容器和光路控制機電部件的加速老煉試驗優(yōu)化問題。
　　利用線性加速失效時間回歸模型建立

4、了加速老煉試驗產品的失效模型，推導出壽命分布和失效率的數學表達式。在此基礎上，用威布爾-指數分布建立了無耗損階段產品的失效模型，提出了一種包含一維混合保修的加速老煉試驗優(yōu)化模型；用混合威布爾分布建立了有耗損階段產品的失效模型，提出了一種包含最小修復的加速老煉試驗和定時更換聯合優(yōu)化模型。應用上述方法和模型解決了MOS電容器和“神光III”大型激光裝置光路控制機電部件的失效建模、參數估計和加速老煉試驗優(yōu)化等問題。結果表明，和正常應力下的老煉

5、試驗相比，加速老煉試驗能顯著縮短試驗時間。論文提出的方法和模型彌補了現有的基于失效的老煉試驗優(yōu)化方法在加速失效建模方面存在的不足，對傳統(tǒng)老煉試驗優(yōu)化方法在工程中的應用具有現實意義。
　　（2）深入分析了Wiener過程退化失效產品在正常應力和加速應力下進行老煉試驗的失效模型和篩選過程，在篩選效率約束下提出了兩種結合保修和維修的基于退化的老煉試驗優(yōu)化模型，解決了金屬化膜脈沖電容器的老煉試驗優(yōu)化問題。
　　對于正常應力下基于退化

6、的老煉試驗，深入分析了Wiener過程退化失效產品的壽命分布，在包含缺陷產品和正常產品的一批產品同時進行老煉試驗的情形下，給出了根據老煉試驗后產品的退化量對缺陷產品進行篩選的判決規(guī)則和老煉試驗后產品可靠度函數和剩余壽命分布的數學表達式。在此基礎上，考慮到老煉試驗存在的兩類誤判風險，提出了兩種包含篩選效率約束的基于退化的老煉試驗優(yōu)化模型：一種從制造商的角度考慮了產品的售價和保修費用，以期望利潤最大作為優(yōu)化目標；另一種則從制造商和使用方的整

7、體利益出發(fā)考慮了產品在實際使用中的收益和定壽更換，以期望凈收益最大作為優(yōu)化目標。對于加速應力下基于退化的老煉試驗，研究了加速退化模型，采用和正常應力下類似的方法提出了兩種基于退化的加速老煉試驗優(yōu)化模型。最后利用提出的方法和模型對“神光III”大型激光裝置金屬化膜脈沖電容器的老煉試驗進行優(yōu)化，結果表明，和基于失效的老煉試驗方法相比，基于退化的老煉試驗，尤其是加速老煉試驗不但能極大地縮短試驗時間，還能降低試驗對正常產品性能的影響，提高產品的

8、利潤或收益。上述研究為高可靠、長壽命產品的老煉試驗優(yōu)化提供了新的方法，具有理論和實際應用價值。
　?。?）針對突發(fā)失效和退化相關的典型競爭失效產品，建立了正常應力和加速應力下產品的失效模型，給出了一種未知參數的極大似然估計方法，提出了以可靠性指標和費用指標為優(yōu)化目標的老煉試驗優(yōu)化模型，解決了脈沖氙燈的老煉試驗優(yōu)化問題。
　　針對退化軌道服從Wiener過程的情形，采用比例危險模型建立了突發(fā)失效和退化相關時的競爭失效模型，并給

9、出了未知參數的極大似然估計方法。對于這種典型競爭失效產品在正常應力和加速應力下的老煉試驗，提出了兩類優(yōu)化模型：一類以可靠性指標作為優(yōu)化目標，包括任務可靠度和平均剩余壽命，對老煉試驗時間進行優(yōu)化；另一類則以平均費用率作為優(yōu)化目標，對老煉試驗時間和定壽更換時間同時進行優(yōu)化。利用提出的方法和模型解決了“神光III”大型激光裝置脈沖氙燈的失效建模、參數估計和老煉試驗優(yōu)化問題，并同其它僅考慮老煉試驗或者預防性維修的優(yōu)化策略進行了對比分析。結果表明