發(fā)布時間：2018-01-15 04:29

  本文關(guān)鍵詞：基于廣義比例優(yōu)勢模型的加速壽命試驗統(tǒng)計分析與優(yōu)化設(shè)計　出處：《西南財經(jīng)大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 產(chǎn)品質(zhì)量 可靠度評估 加速壽命試驗 廣義比例優(yōu)勢模型 優(yōu)化設(shè)計

【摘要】：產(chǎn)品質(zhì)量是企業(yè)參與市場競爭的主要力量,是企業(yè)的生命線,是經(jīng)濟發(fā)展的驅(qū)動力�？煽啃允窃u價產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo),而加速壽命試驗技術(shù)是評估產(chǎn)品可靠性的關(guān)鍵技術(shù)。利用加速壽命試驗進行可靠性評估的關(guān)鍵是建立應(yīng)力水平與產(chǎn)品可靠性特征量之間的關(guān)系,即加速模型。加速模型可分為兩類：物理加速模型和統(tǒng)計加速模型,其中統(tǒng)計加速模型比物理加速模型的適用范圍廣泛,因而在基于加速壽命試驗的產(chǎn)品可靠性評估過程中更受研究人員的青睞。統(tǒng)計加速模型主要包括加速失效時間模型、比例危險模型和比例優(yōu)勢模型。近年來,隨著人們對加速模型的深入研究,很多學(xué)者開始考慮對這些統(tǒng)計加速模型進行擴展,以使得它們的適用范圍更廣。但是,現(xiàn)有的關(guān)于擴展統(tǒng)計加速模型的研究大多只是關(guān)于加速失效時間模型和比例危險模型的擴展研究,鮮少有文獻提出比例優(yōu)勢模型的擴展模型。鑒于比例優(yōu)勢模型在基于加速壽命試驗的產(chǎn)品可靠性評估體系中的重要性,本文在博士研究生科研課題“基于貝葉斯生存理論的產(chǎn)品可靠性統(tǒng)計分析”的基礎(chǔ)上,以產(chǎn)品可靠性試驗的優(yōu)化設(shè)計方法及評估方法為具體研究對象,對比例優(yōu)勢模型的擴展模型及其在加速壽命試驗的統(tǒng)計分析與優(yōu)化設(shè)計過程中的應(yīng)用進行了深入的研究,所開展的具體研究工作如下：1.在查閱大量相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)性的歸納和梳理了國內(nèi)外加速壽命試驗統(tǒng)計分析方法和加速壽命試驗優(yōu)化設(shè)計理論的研究狀況和發(fā)展動態(tài),分析和討論了處于可靠性研究領(lǐng)域前沿的研究方向及熱點問題。結(jié)合經(jīng)濟發(fā)展和可靠性工程需求,把理論創(chuàng)新和實際應(yīng)用兩個方面做為切入點,提出研究命題——基于廣義比例優(yōu)勢模型的加速壽命試驗統(tǒng)計分析與優(yōu)化設(shè)計。2.針對比例優(yōu)勢模型(Proportional Odds model,簡稱PO模型)在加速壽命試驗統(tǒng)計分析中應(yīng)用的局限性問題,提出了該模型的擴展模型——廣義比例優(yōu)勢模型(Generalized Proportional Odds model,簡稱GPO模型)；通過對GPO模型的理論性質(zhì)進行探討,說明GPO模型在考慮比例優(yōu)勢效應(yīng)的同時考慮了時協(xié)變量效應(yīng)及時間規(guī)模效應(yīng),PO模型是GPO模型的一種特殊形式,并由此說明GPO模型的適用范圍較PO模型的適用范圍更廣；通過數(shù)值模擬,將GPO模型和PO模型對同一組加速壽命試驗數(shù)據(jù)進行分析,模擬結(jié)果表明基于GPO模型的評估結(jié)果較基于PO模型的評估結(jié)果更為精確。此外,文章將GPO模型應(yīng)用于一個實例,分別基于GPO模型和PO模型對Maranowski and Cooper(1999)中6H-SiC MOS電容器的TDDB數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,通過結(jié)果對比,證實了GPO模型在實際應(yīng)用中的有效性。這一研究成果為基于加速壽命試驗的可靠性評估工程提供了有益的理論支持。3.將GPO模型應(yīng)用到截尾樣本情況下的加速壽命試驗的統(tǒng)計分析中。首先,文章基于截尾樣本加速壽命試驗數(shù)據(jù),利用GPO模型將應(yīng)力協(xié)變量與優(yōu)勢函數(shù)聯(lián)系起來,在同時考慮時協(xié)系數(shù)效應(yīng)、時間規(guī)模效應(yīng)及比例優(yōu)勢效應(yīng)的情況下,給出協(xié)變量作用下的產(chǎn)品優(yōu)勢函數(shù)表達式；然后根據(jù)優(yōu)勢函數(shù)建立似然函數(shù)方程,并求解協(xié)變量系數(shù),從而計算產(chǎn)品在各應(yīng)力水平下的可靠性指標(biāo)。此外,文章通過數(shù)值模擬,基于GPO模型和PO模型對不同截尾率下的加速壽命試驗的失效數(shù)據(jù)進行分析,分析結(jié)果表明：在截尾率為0%、5%、10%和15%的情況下,基于GPO模型估計的可靠度的精度始終高于基于PO模型估計得到的可靠度的精度。從而說明,由于GPO模型以時協(xié)系數(shù)效應(yīng)和時間規(guī)模效應(yīng)的方式考慮了應(yīng)力協(xié)變量對產(chǎn)品壽命特征的時間累積效應(yīng),因此,與PO模型相比較而言,利用GPO模型能更加有效的對加速壽命試驗數(shù)據(jù)進行評估,且能夠減少數(shù)據(jù)信息的損失,從而能得到具有更高評估精度的可靠性估計值。這些工作探索性地為基于加速壽命試驗的產(chǎn)品可靠性評估理論的提出了一種新思路。4.文章研究了基于GPO模型的可靠度估計的置信區(qū)間估計方法和模型驗證方法。通過建立GPO模型的Fisher信息矩陣,并由Fisher信息矩陣計算出GPO模型參數(shù)的漸近方差-協(xié)方差矩陣,然后給出模型參數(shù)評估值的置信區(qū)間,從而計算產(chǎn)品可靠度估計的置信區(qū)間。此外,還對GPO模型的有效性進行了研究：分別利用PO模型和GPO模型對同一組加速壽命試驗數(shù)據(jù)進行評估,然后基于評估結(jié)果構(gòu)建似然比統(tǒng)計量,建立驗證GPO模型的有效性的方法。最后,數(shù)值模擬結(jié)果表明,利用本文所提出的方法,可以計算得到準(zhǔn)確的可靠度估計的置信區(qū)間。5.在基于GPO模型的加速壽命試驗統(tǒng)計分析理論研究的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)地研究了基于GPO模型的多重應(yīng)力加速壽命試驗的優(yōu)化設(shè)計問題。本文分別在多重恒定應(yīng)力和多重步進應(yīng)力的加載方式下,依設(shè)計應(yīng)力條件下一段時間內(nèi)的產(chǎn)品可靠度估計值的漸進方差最小為優(yōu)化目標(biāo),描述了多重恒定應(yīng)力下加速壽命試驗的優(yōu)化設(shè)計的問題程式,建立優(yōu)化模型；然后采用Powell(1992)提出的線性近似約束優(yōu)化算法(Constrained Optimization BY Linear Approximations, COBYLA),給出了基于GPO模型的加速壽命試驗最優(yōu)設(shè)計方案,并對設(shè)計方案進行了論證。這些研究工作對于加速壽命試驗在可靠性工程中的實施具有一定的意義。6.針對可靠性工程實際需求,利用C語言開發(fā)了“基于GPO模型的加速壽命試驗統(tǒng)計分析”軟件包。解決了產(chǎn)品可靠性評估過程中參數(shù)估計困難、可靠度函數(shù)估計困難、置信區(qū)間估計困難等問題,為可靠性評估技術(shù)發(fā)展提供了相關(guān)的思路與工具。本文研究的主要創(chuàng)新點可以歸納為以下幾點：(1)提出了一個新加速壽命試驗?zāi)Ｐ汀獜V義比例優(yōu)勢模型(Generalized Proportional Odds Model,簡稱GPO模型)。國內(nèi)外對擴展加速模型的研究成果大都集中在對比例危險模型和加速失效時間模型模型的擴展研究上,而對PO模型的擴展研究還非常少見,個別的文獻涉及到了PO模型在醫(yī)學(xué)研究方面的應(yīng)用,但對于PO模型的擴展研究,及其擴展模型在可靠性評估中的應(yīng)用,研究成果非常少見。針對該問題,本文在Zhang (2007)提出的“基于PO模型的加速壽命試驗的統(tǒng)計分析”的基礎(chǔ)之上,同時考慮時協(xié)系數(shù)效應(yīng)和時間規(guī)模效應(yīng)提出了GPO模型,該模型不僅具備比例優(yōu)勢效應(yīng),還以時協(xié)系數(shù)效應(yīng)和時間規(guī)模效應(yīng)的形式考慮了應(yīng)力協(xié)變量對產(chǎn)品壽命特征的時間累積效應(yīng),因此能更加有效的擬合實際可靠性試驗數(shù)據(jù),且對比例優(yōu)勢假定的偏離程度不敏感。此外,文章對GPO模型的統(tǒng)計性質(zhì)進行了討論,并通過理論分析、模擬分析及實證分析的方法,證明了GPO模型較PO模型具有更高的評估精度和更廣泛的適用范圍。(2)將GPO模型應(yīng)用在加速壽命試驗統(tǒng)計分析過程中,建立基于GPO模型的加速壽命試驗統(tǒng)計分析框架。文章在提出GPO模型之后,將其應(yīng)用于加速壽命試驗的統(tǒng)計分析中,建立基于GPO模型的加速壽命試驗的產(chǎn)品可靠性評估框架,系統(tǒng)全面的分析了該模型在可靠性評估過程中的應(yīng)用情況。我們先將GPO模型應(yīng)用于最簡單的加速壽命試驗——單應(yīng)力無截尾恒定應(yīng)力加速壽命試驗,建立了極大似然函數(shù),利用極大似然理論評估模型中的各個參數(shù),給出可靠度的估計；然后將GPO模型應(yīng)用于截尾樣本情況的加速壽命試驗的統(tǒng)計分析；并討論了基于GPO模型的可靠度估計的置信區(qū)間估計方法和模型驗證方法。(3)將GPO模型應(yīng)用在加速壽命試驗優(yōu)化設(shè)計過程中,給出基于GPO模型的加速壽命試驗優(yōu)化設(shè)計方法。盡管加速壽命試驗相比設(shè)計應(yīng)力條件下的壽命試驗節(jié)省了時間花費和成本,但是通過外推獲得的可靠性估計不可避免的不夠精確。為了獲得更為精確的估計,一個有效的辦法是設(shè)計一個試驗計劃——在每一個適當(dāng)選擇的應(yīng)力水平下,對受試產(chǎn)品進行合理分配。換句話來說,一個優(yōu)化的加速壽命試驗設(shè)計方案將會得到更為精確的設(shè)計應(yīng)力條件下的可靠性估計。然而,單應(yīng)力下加速壽命試驗的設(shè)計可能會忽略其他會導(dǎo)致產(chǎn)品失效的應(yīng)力的影響,故本文基于GPO模型對多種應(yīng)力情形下的加速壽命試驗的優(yōu)化設(shè)計進行了研究,在恒定應(yīng)力和步進應(yīng)力兩種應(yīng)力加載方式下,以設(shè)計應(yīng)力條件下一段時間內(nèi)的產(chǎn)品可靠度估計值的漸進方差最小為優(yōu)化準(zhǔn)則,建立優(yōu)化設(shè)計方法的數(shù)學(xué)模型,給出了加速壽命試驗的優(yōu)化設(shè)計方案。
[Abstract]:Based on the analysis of reliability of product reliability based on Bayesian survival theory , this paper makes a systematic induction and analysis on the research direction and optimization design in the process of reliability evaluation of products based on Bayesian survival theory . This paper presents a new idea for the reliability evaluation of product reliability based on GPO model . ( 1 ) A new model of accelerated life test _ generalized proportional superiority model ( GPO model ) is proposed . Based on the statistical analysis of the model of accelerated life , this paper discusses the application of the GPO model to the accelerated life test .

【學(xué)位授予單位】：西南財經(jīng)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：F224;F273.2

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本文編號：1426803