可靠性設(shè)計(jì)與壽命試驗(yàn)

可靠性設(shè)計(jì)與壽命實(shí)驗(yàn)完全壽命實(shí)驗(yàn)與截尾壽命實(shí)驗(yàn)2023最新整理收集do

somethingCONTENTS010203可靠性概述可靠性數(shù)據(jù)處理方法壽命實(shí)驗(yàn)?zāi)夸?4總結(jié)與展望01

可靠性概述產(chǎn)品可靠性產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力可靠性特征量為了對(duì)可靠性進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)，須對(duì)產(chǎn)品可靠性制定量化尺度，這些表示產(chǎn)品可靠性高低的可靠性評(píng)價(jià)尺度即為可靠性特征量可靠性就是產(chǎn)品壽命的總稱可靠性概述產(chǎn)品可靠性特征量：①可靠度②失效率（故障率）③平均壽命這些特征量都是理論上的數(shù)值，實(shí)際上是不知道的，試驗(yàn)中采用估計(jì)值隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品的可靠性愈來愈受到人們的重視。由于產(chǎn)品的壽命是一個(gè)隨機(jī)現(xiàn)象，所以確定一種產(chǎn)品的可靠性特征量最后都?xì)w結(jié)為一個(gè)統(tǒng)計(jì)推斷問題。為了弄清被測(cè)試產(chǎn)品的壽命分布，求出各項(xiàng)可靠性特征量，研究產(chǎn)品失效機(jī)理以便對(duì)提高產(chǎn)品可靠性提出建議，常常需要進(jìn)行壽命試驗(yàn)。完全壽命實(shí)驗(yàn)把實(shí)驗(yàn)單元投入到實(shí)驗(yàn)直到全部出現(xiàn)故障（或失效）才停止的實(shí)驗(yàn)即為完全壽命實(shí)驗(yàn)，為常規(guī)實(shí)驗(yàn)方式，得到的數(shù)據(jù)為完全樣本。常見壽命試驗(yàn)截尾壽命實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)樣品實(shí)驗(yàn)到部分出現(xiàn)故障就停止的實(shí)驗(yàn)，分為定時(shí)截尾和定數(shù)截尾壽命實(shí)驗(yàn)兩種。加速壽命實(shí)驗(yàn)采用加大應(yīng)力的方法促使樣品在短期內(nèi)失效，以預(yù)測(cè)在正常工作條件或儲(chǔ)存條件下的可靠性，但不改變受試樣品的失效分布。定時(shí)截尾壽命實(shí)驗(yàn)

將實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到指定時(shí)間就停止的實(shí)驗(yàn)，這時(shí)樣本中出現(xiàn)故障的樣品數(shù)是隨機(jī)的，事先無法知道。記r個(gè)出現(xiàn)故障的樣品的壽命依次是t1≤t2

≤….≤tr≤t0還有n-r個(gè)產(chǎn)品在時(shí)刻t0仍未失效，所以總試驗(yàn)時(shí)間：Tr=t1+t2+…+tr+(n-r)t0定數(shù)截尾壽命實(shí)驗(yàn)

將實(shí)驗(yàn)進(jìn)行到出現(xiàn)指定失效個(gè)數(shù)就停止的實(shí)驗(yàn)，這時(shí)實(shí)驗(yàn)停止的時(shí)間是隨機(jī)的，事先無法知道。記r個(gè)出現(xiàn)故障的樣品的壽命依次是t1≤t2

≤….≤tr

還有n-r個(gè)產(chǎn)品在時(shí)刻tr仍未失效，所以總試驗(yàn)時(shí)間：Tr=t1+t2+…+tr+(n-r)tr02

可靠性數(shù)據(jù)處理方法壽命實(shí)驗(yàn)樣本觀測(cè)值特征量估計(jì)值采用統(tǒng)計(jì)分析方法判斷失效分布類型對(duì)分布類型進(jìn)行檢驗(yàn)對(duì)特征量作出點(diǎn)估計(jì)或者區(qū)間估計(jì)

在產(chǎn)品可靠性理論研究過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)產(chǎn)品試驗(yàn)數(shù)據(jù)的失效分布不同時(shí)，可靠性特征量的計(jì)算方法也不同，產(chǎn)品失效分布（故障分布、壽命分布）與可靠性特征量有著密切關(guān)系。失效分布類型指數(shù)分布正態(tài)分布對(duì)數(shù)分布威布爾分布伽馬分布判斷失效分布類型失效分布類型的估計(jì)：常見的失效類型的初步估計(jì)方法就是繪制失效頻率直方圖。直方圖是一種常見的用來整理數(shù)據(jù)并找出其規(guī)律性的方法，通過直方圖的形狀可以直觀上初步判斷樣本總體的分布，如下圖所示，當(dāng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)足夠多時(shí)，隨著分組數(shù)的增加，最后趨向連成一個(gè)光滑的曲線，此曲線稱之為失效密度函數(shù)曲線。可靠性概述樣本的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與假設(shè)的分布是有差異的，所以還需進(jìn)一步對(duì)估計(jì)的失效分布類型進(jìn)行檢驗(yàn)，即擬合優(yōu)度檢驗(yàn)。擬合優(yōu)度檢驗(yàn)是根據(jù)樣本來檢驗(yàn)總體分布假設(shè)的一種方法，也就是說根據(jù)樣本來判斷估計(jì)的失效分布類型是否與壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)相匹配。常見的擬合優(yōu)度檢驗(yàn)方法有K-S檢驗(yàn)法、χ2

檢驗(yàn)法。對(duì)分布類型進(jìn)行檢驗(yàn)K-S法具體檢驗(yàn)步驟點(diǎn)估計(jì)法是用實(shí)際樣本觀測(cè)值求出總體參數(shù)估計(jì)值的一種方法。按照試驗(yàn)方式不同，可靠性特征量的點(diǎn)估計(jì)可分為完全壽命實(shí)驗(yàn)時(shí)可靠性特征量的點(diǎn)估計(jì)和截尾壽命實(shí)驗(yàn)時(shí)可靠性特征量的點(diǎn)估計(jì)。對(duì)特征量作出點(diǎn)估計(jì)或者區(qū)間估計(jì)點(diǎn)估計(jì)法完全壽命實(shí)驗(yàn)時(shí)可靠性特征量的點(diǎn)估計(jì)完全壽命試驗(yàn)的點(diǎn)估計(jì)法比較簡(jiǎn)單，抽取n個(gè)樣品進(jìn)行完全壽命試驗(yàn)，得到壽命樣本觀察值t1

，t2，…，tn

，則樣本觀察值的數(shù)學(xué)期望t看做是總體平均壽命μ的點(diǎn)估計(jì)值μ?，如下式：截尾壽命試驗(yàn)時(shí)可靠性特征量的點(diǎn)估計(jì)截尾壽命實(shí)驗(yàn)時(shí)可靠性特征量的點(diǎn)估計(jì)在截尾壽命實(shí)驗(yàn)中，由于壽命信息不是完整的，完全壽命試驗(yàn)的點(diǎn)估計(jì)式(2-22)不再適用，通常采用最大似然估計(jì)法來求可靠性特征量的點(diǎn)估計(jì)值。最大似然估計(jì)法：

首先根據(jù)一組樣本觀測(cè)值得到一個(gè)可靠性特征量如失效率λ的點(diǎn)估計(jì)值?λ1

，再根據(jù)另一組樣本觀測(cè)值用同樣的計(jì)算方法得到失效率λ的另一個(gè)點(diǎn)估計(jì)值?λ2

，由于樣本的隨機(jī)性，這兩個(gè)失效率的點(diǎn)估計(jì)值一般是不同的，即失效率的點(diǎn)估計(jì)值λ?是一個(gè)隨機(jī)變量，在λ?的所有值中選出一個(gè)使樣本觀測(cè)值出現(xiàn)的概率為最大的λ?值，該λ?值即為產(chǎn)品失效率的最大似然估計(jì)值。區(qū)間估計(jì)法假如我們抽取相同數(shù)量的幾批樣本進(jìn)行同一種可靠性試驗(yàn)，得到的樣本觀測(cè)值往往不同，根據(jù)樣本觀測(cè)值計(jì)算出的可靠性特征量的估計(jì)值也不會(huì)相同，也就是說可靠性特征量的點(diǎn)估計(jì)值是一個(gè)統(tǒng)計(jì)量，具有很大的隨機(jī)性，因此可靠性特征量的點(diǎn)估計(jì)法帶有一定的誤差，為了消除點(diǎn)估計(jì)法誤差的不確定性對(duì)可靠性特征量的影響，一般采用估計(jì)區(qū)間的方法，區(qū)間估計(jì)法又稱為置信區(qū)間估計(jì)法。03

壽命實(shí)驗(yàn)TBw刀具切削奧氏體不繡鋼1Cr18Ni9Ti時(shí)刀具磨損可靠性研究TiB2基復(fù)合陶瓷材料，燒結(jié)原料為Ti與B4C完全壽命實(shí)驗(yàn)切削用量的選擇由TBw刀具切削奧氏體不銹鋼1Cr19Ni9Ti的正交實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)與優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,TBw刀具在切削速度V=60m/min,進(jìn)給量f=O.1mm/r,切削深度ap=0.1mm時(shí)可獲得最高的刀具壽命11min。完全壽命實(shí)驗(yàn)的切削用量選擇與上述切削用量相同,進(jìn)而建立磨損失效分布模型、刀具磨損壽命可靠度模型和刀具磨損可靠壽命模型等。樣本容量的選擇預(yù)估計(jì)TBw刀具磨損壽命t的分布函數(shù)服從正態(tài)分布。結(jié)合實(shí)際情況,刀具的壽命實(shí)驗(yàn)取允許誤差0.2、置信度水平0.9。壽命分布（失效分布）模型的確定與檢驗(yàn)：

首先需要確定刀具壽命的分布函數(shù),本文利用P-P(P-P,ProbabilityPolts)概率圖法.P-P概率圖是根據(jù)變量的累積比例與指定分布的累積比例之間的關(guān)系所繪制的圖形,當(dāng)數(shù)據(jù)符合指定分布時(shí),P-P概率圖中各點(diǎn)近似呈一條直線。刀具磨損壽命實(shí)驗(yàn)結(jié)果(按降序排列)對(duì)由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到的P-P概率圖進(jìn)行分析，得出兩種擬合優(yōu)度最好的分布類型：正態(tài)分布與伽馬分布(a)正態(tài)分布擬合P-P概率圖(b)伽馬分布擬合P-P概率圖利用K-S檢驗(yàn)法對(duì)對(duì)刀具磨損壽命分布函數(shù)的擬合優(yōu)度進(jìn)行定量檢驗(yàn),從而判斷對(duì)數(shù)正態(tài)分布與伽馬分布的擬合精度大小

由表可知,伽馬分布的K-S檢驗(yàn)中的P值為0.956大于對(duì)數(shù)正態(tài)分布的P值0.934，故由K-S檢驗(yàn)可知伽馬分布的擬合精度最高，最終確定刀具磨損壽命分布函數(shù)符合伽馬分布雙側(cè)檢驗(yàn)原假設(shè)成立的概率值,即刀具壽命符合該分布的概率刀具壽命模型的參數(shù)求解：由于TBw刀具的磨損壽命分布服從伽馬分布,即刀具壽命t服從

Γ(t,α,β)

的伽馬分布。故TBw刀具磨損壽命的伽馬分布概率密度函數(shù)為:則刀具磨損壽命的分布函數(shù)為：TBw刀具磨損壽命的伽馬分布概率密度函數(shù)TBw刀具磨損壽命的伽馬分布函數(shù)已知刀具磨損壽命的可靠度與分布函數(shù)的關(guān)系為:則可靠度函數(shù)R(t)為：由此可推導(dǎo)TBw刀具磨損可靠壽命函數(shù)Tr為:TBw刀具磨損壽命可靠度函數(shù)圖像TBw刀具磨損可靠壽命函數(shù)圖像壽命試驗(yàn)是研究產(chǎn)品壽命特征的方法，是可靠性試驗(yàn)中最重要最基本的項(xiàng)目之一，它是將產(chǎn)品放在特定的試驗(yàn)條件下考察其失效（損壞）隨時(shí)間的變化規(guī)律。通過壽命試驗(yàn)，可以了解產(chǎn)品的可靠度、失效規(guī)律、失效率、平均壽命以及在壽命試驗(yàn)過程中可能出現(xiàn)的各種失效模式。例如結(jié)合失效分析，可進(jìn)一步弄清導(dǎo)致產(chǎn)品失效的主要失效機(jī)理，作為可靠性設(shè)計(jì)、可靠性預(yù)測(cè)、改進(jìn)新產(chǎn)品質(zhì)量和確定合理的篩選、例行（批量保證）試驗(yàn)條件等的依據(jù)。通過壽命試驗(yàn)可以對(duì)產(chǎn)品的可靠性水平進(jìn)行評(píng)價(jià)，并通過質(zhì)量反饋來提高新產(chǎn)品可靠性水平。04

總結(jié)與展望50%在此錄入說明在此錄入說明在此錄入說明在此錄入數(shù)據(jù)說明參考文獻(xiàn)[1]徐亮.原位一體化制備棒晶增韌陶瓷刀具及其磨損可靠性研究[D].山東：山東大學(xué)博士學(xué)位論文,2013.[2]高大化,馬月娜,郭波等.可靠性壽命試驗(yàn)的動(dòng)態(tài)截尾方法[J].可靠性與環(huán)境試驗(yàn)技術(shù)及評(píng)價(jià),2004,4(1):36-39.[3]易鵬程.可靠性加速壽命試