系统可靠性分析中环境因子评估方法研究及软件实现

摘要

高可靠长寿命产品的可靠性分析和寿命预测是一个热点问题,如何获得其工作环境下足够多的寿命数据是难点,也是今后一个重要的研究方向。经过研究表明,通过加速寿命试验在可高应力环境下可获得更多的产品数据,环境因子可解决如何将高应力环境下的数据折算至正常工作环境下的问题,用环境因子按照一定的折算原则对数据进行折算,可扩充高可靠长寿命产品在工作环境下的数据信息,得到的数据可用来对产品进行可靠性分析或寿命预测等。本文主要研究环境因子的估计方法,重点讨论基于产品性能退化数据的环境因子的估计问题、基于多温度条件下产品性能退化数据的环境因子的预测问题和基于环境因子的寿命预测问题。本文的主要研究内容和成果如下:
　　1、基于性能退化试验的环境因子的评估。本文讨论了性能退化试验相较传统的寿命试验的优势,对性能退化试验中定数截尾试验和定时截尾试验做了详细介绍,并对性能退化数据的特点进行了研究,说明了用性能退化数据估计环境因子的合理性。本文结合试验数据的分布,采用最佳线性估计法(BLUE)对环境因子进行估算,并举例详细的介绍了估算过程。
　　2、基于性能退化数据和加速寿命试验的环境因子评估。本文利用产品在高应力下加剧退化的特性,研究了定数截尾情况下,将性能退化试验与加速寿命试验相结合来估计环境因子的方法。由于本文仅考虑温度应力,所以在性能退化数据的基础上,给出了基于阿伦尼斯(Arrhenius)模型建立环境因子估计模型和模型参数的估计方法。为说本文提出的方法的精度,给出了一种新的验证方法。经过实例验证发现,此方法得到的环境因子具有较高的精度。
　　3、基于环境因子的寿命预测。通过加速寿命试验获可得高应力条件下产品的性能退化数据,本文基于这些数据给出了新的寿命预测方法。本文先通过环境因子的估计模型预测工作条件下的环境因子,接着估计产品在工作环境下的性能退化数据,利用产品在工作温度下的原有数据对折算后的数据进行修正,经过与原有数据的不断综合,最终可获得工作环境下性能退化数据。当工作温度下有一组产品样本时,结合数据的分布信息估计产品的平均寿命;当工作温度下仅有单个样本时,估计此样本的失效寿命。最后通过实例详细的介绍了估算过程,并给出了估计结果,证明了方法的可行性。
　　4、环境因子估计和寿命预测的软件设计。本文基于 MATLAB软件完成了环境因子的估计系统,实现了基于环境因子的产品估计过程,并具有获得数据退化轨迹,验证数据分布、计算伪失效寿命,估计结果验证等功能。

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英文摘要

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第一章 绪 论

1.1选题背景及研究意义

1.2环境因子的发展现状

1.3环境因子的研究方法

1.4研究目标和研究内容

1.5研究流程

1.6本文内容与章节安排

第二章 基于性能退化数据的环境因子的评估

2.1性能退化试验

2.2韦伯尔分布及其统计分析

2.3基于韦伯尔分布的性能退化数据的环境因子的评估方法

2.4 实例验证

2.5 本章小结

第三章 基于加速模型的环境因子的评估方法

3.1引言

3.2寿命试验

3.3加速寿命试验

3.4基于多环境条件下产品性能退化数据的环境因子预测

3.5应用验证

3.6 本章小结

第四章 基于环境因子的寿命预测方法

4.1 引言

4.2 寿命预测的基本方法概述

4.3 基于环境因子的寿命预测

4.4 应用验证

4.5本章小结

第五章 环境因子估计与寿命预测的软件设计

5.1 总体设计思想

5.2 软件的实现

5.3基于本文开发的软件的试验验证

5.4本章小结

第六章 结论与展望

6.1 主要研究结论

6.2 后续工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果