第一章緒 論

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)、生產(chǎn)、貯存、使用和維修等全壽命周期的不同階段，通過(guò)可靠性評(píng)估準(zhǔn)確掌握產(chǎn)品的可靠性這一內(nèi)在屬性，具有重要的意義。其主要目的是分析產(chǎn)的可靠性是否滿足全壽命周期各階段的可靠性目標(biāo)；檢驗(yàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)是否合理、工藝是否正確、使用是否得當(dāng)；為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的改進(jìn)，生產(chǎn)工藝的優(yōu)化，貯存、使用和維修保障策略的合理制定，以及產(chǎn)品可靠性的增長(zhǎng)提供技術(shù)和信息支撐�？煽啃栽u(píng)估是可靠性工程的核心研究?jī)?nèi)容之一。傳統(tǒng)的可靠性評(píng)估方法是基于壽命數(shù)據(jù)的，即失效時(shí)間的，通常通過(guò)壽命試驗(yàn)獲取充足的壽命數(shù)據(jù)，或通過(guò)大量收集的產(chǎn)品在實(shí)際使用過(guò)程中或者模擬使用環(huán)境中的失效數(shù)據(jù)，然后采用經(jīng)典統(tǒng)計(jì)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)可靠性評(píng)估。但是，隨著產(chǎn)品可靠性水平的提高，大量高可靠長(zhǎng)壽命機(jī)械產(chǎn)品被廣泛使用，比如電液伺服閥、陀螺儀、太陽(yáng)翼展開機(jī)構(gòu)和姿控飛輪等。對(duì)于此類高可靠長(zhǎng)壽命產(chǎn)品，在有限的研制時(shí)間和成本內(nèi)，很難通過(guò)壽命試驗(yàn)或者加速壽命試驗(yàn)獲取足夠的壽命數(shù)據(jù)以支持足夠精度的可靠性評(píng)估工作。然而，此類產(chǎn)品往往在系統(tǒng)中扮演著極為重要的角色，也是我們開展可靠性評(píng)估研究的重點(diǎn)對(duì)象，這就在客觀上要求可靠性評(píng)估方法不斷發(fā)展改進(jìn)以解決長(zhǎng)壽命、高可靠、小樣本產(chǎn)品可靠性評(píng)估困難的問(wèn)題。
....

第二章 融合壽命數(shù)據(jù)與退化數(shù)據(jù)的可靠性評(píng)估

2.1 引言

退化軌跡模型是最先被提出的退化可靠性模型，能夠解決壽命數(shù)據(jù)的有無(wú)問(wèn)題，但是不能解決樣本數(shù)量的多少問(wèn)題。受試驗(yàn)成本、試驗(yàn)周期的限制，可靠性評(píng)估工作經(jīng)常遇到小樣本的問(wèn)題。尤其是對(duì)于一些小批量生產(chǎn)的長(zhǎng)壽命、高可靠機(jī)械產(chǎn)品，受樣本量和試驗(yàn)平臺(tái)的限制，可靠性試驗(yàn)數(shù)據(jù)缺乏。如何在小樣本條件下實(shí)現(xiàn)較高精度的可靠性評(píng)估，一種重要的思路就是以已有的小樣本試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，融合其他可靠性信息，即充分利用和產(chǎn)品相關(guān)的多源可靠性信息。在這樣的背景下，融合多源可靠性信息的可靠性評(píng)估方法研究，已成為可靠性工程領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。除專家基于工程經(jīng)驗(yàn)給出的主觀信息以外，最常見的可靠性信息也是最有價(jià)值的信息是產(chǎn)品、相似產(chǎn)品以及歷史型號(hào)產(chǎn)品在使用過(guò)程中留下的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，這類數(shù)據(jù)通常是以壽命數(shù)據(jù)的形式存在的。本章在介紹如何利用退化軌跡獲取偽壽命數(shù)據(jù)后，提出基于貝葉斯方法的壽命數(shù)據(jù)和其他一些可靠性信息，以解決機(jī)械產(chǎn)品可靠性評(píng)估中的小樣本問(wèn)題。

2.2 退化軌跡模型

退化軌跡模型是提出最早、應(yīng)用最廣泛的退化可靠性模型。如圖 2-1 所示，與產(chǎn)品性能相關(guān)的某個(gè)特征量隨著產(chǎn)品服役時(shí)間而逐漸增加，這個(gè)特征量就被稱為退化量。當(dāng)退化量達(dá)到失效閾值時(shí)，就認(rèn)為產(chǎn)品發(fā)生了軟失效，這個(gè)失效閾值通常由實(shí)際工況或者相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)決定。對(duì)退化量進(jìn)行測(cè)定，就可以得到退化數(shù)據(jù)，對(duì)同一個(gè)樣本的退化數(shù)據(jù)可以用以時(shí)間為自變量的某種曲線進(jìn)行擬合，從而得到如圖 2-1 中所示的退化軌跡。根據(jù)退化量隨時(shí)間增大的速度，可以分為線性退化軌跡（軌跡 1）、凹形退化軌跡（軌跡 2）和凸形退化軌跡（軌跡 3）。線性退化軌跡對(duì)應(yīng)的曲線函數(shù)是線性函數(shù)，二階導(dǎo)數(shù)為零，表明其退化速度恒定；凹形退化軌跡對(duì)應(yīng)的曲線函數(shù)的二階導(dǎo)數(shù)為正數(shù)，表明其退化率隨著時(shí)間增加而增大；凸形退化軌跡對(duì)應(yīng)的曲線函數(shù)的二階導(dǎo)數(shù)為負(fù)數(shù)，表明其退化率隨著時(shí)間增加而變小。

第三章 考慮產(chǎn)品個(gè)體差異的可靠性評(píng)估 .............32

3.1 引言 ....................32

3.2 隨機(jī)過(guò)程模型 ..............32

3.3 考慮產(chǎn)品個(gè)體差異的 Gamma 過(guò)程模型..........38

3.4 考慮產(chǎn)品個(gè)體差異的逆高斯過(guò)程模型 ............40

3.5 實(shí)例 1：考慮個(gè)體差異的滑閥密封可靠性評(píng)估 ..................43

3.6 實(shí)例 2：考慮個(gè)體差異的砷化鎵激光器可靠性評(píng)估 ............50

3.7 本章小結(jié) ............52
第四章 基于退化量分布的疲勞可靠性評(píng)估 ............53
4.1 引言 ....................53
4.2 基于退化量分布的可靠性評(píng)估 ..............54

4.3 基于退化量分布的疲勞可靠性評(píng)估 ...........56

4.4 算例分析 ...........62

4.5 本章小結(jié) ...........66

第五章 基于多元性能退化的機(jī)械產(chǎn)品可靠性評(píng)估 .....67
5.1 引言 .................67
5.2 基于一般多元性能退化模型的可靠性評(píng)估 ...........68

5.3 基于逆高斯過(guò)程多元退化可靠性評(píng)估 .............71

5.4 非競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系條件下的多元退化可靠性評(píng)估 .....78

第六章 基于貝葉斯理論的退化試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

6.1 引言

可靠性試驗(yàn)是可靠性評(píng)估工作最重要的信息來(lái)源。如何在一定試驗(yàn)成本條件下，更合理的開展可靠性試驗(yàn)，完成更高精度的完成可靠性評(píng)估，極具研究?jī)r(jià)值。在基于壽命數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)可靠性評(píng)估領(lǐng)域，壽命試驗(yàn)及加速壽命試驗(yàn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)也一直是研究的熱點(diǎn)之一[24]。隨著大量高可靠、長(zhǎng)壽命的產(chǎn)品出現(xiàn)，通過(guò)傳統(tǒng)的壽命試驗(yàn)甚至加速試驗(yàn)，在可接受的試驗(yàn)成本及試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)，已經(jīng)無(wú)法獲取足夠的壽命數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠性評(píng)估。退化試驗(yàn)也隨著退化模型的發(fā)展，逐漸成為一類重要的可靠性試驗(yàn)，但是退化試驗(yàn)相對(duì)傳統(tǒng)的壽命試驗(yàn)，其方案設(shè)計(jì)變量更多、優(yōu)化問(wèn)題也更為復(fù)雜。

6.2 退化試驗(yàn)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)模型

根據(jù)試驗(yàn)的類型和目的不同，其試驗(yàn)方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的內(nèi)容和目標(biāo)也不相同。對(duì)于退化試驗(yàn)而言，試驗(yàn)樣本數(shù)量、退化數(shù)據(jù)檢測(cè)頻率、試驗(yàn)時(shí)間和試驗(yàn)評(píng)估結(jié)果的精度是試驗(yàn)方案中最主要的要素。對(duì)于加速退化試驗(yàn)，試驗(yàn)者還需要考慮應(yīng)力大小、應(yīng)力水平數(shù)、各應(yīng)力水平下的樣本分配等問(wèn)題。對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品而言，應(yīng)力環(huán)境較為復(fù)雜，加速應(yīng)力及加速方程難以確定，，因此本章不考慮加速條件下的退化模型及退化試驗(yàn)。對(duì)于以進(jìn)行可靠性評(píng)估為目的的退化試驗(yàn)，可靠性評(píng)估的精度通常是試驗(yàn)者最關(guān)心的問(wèn)題，本文也將其作為實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的優(yōu)化目標(biāo)。當(dāng)然，試驗(yàn)其它要素所決定的經(jīng)濟(jì)、時(shí)間等成本因素也是試驗(yàn)者需要考慮的問(wèn)題，這些客觀存在的條件限制，在本實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)中被視為作為約束條件。
...

第七章 全文總結(jié)與展望

本文分析了機(jī)械產(chǎn)品可靠性評(píng)估領(lǐng)域存在的問(wèn)題和面臨的挑戰(zhàn)，針對(duì)機(jī)械產(chǎn)品以退化型失效為主的特點(diǎn)，結(jié)合相關(guān)科研項(xiàng)目，本文的第二、三、四、五章通過(guò)將基于退化軌跡、退化量分布和隨機(jī)過(guò)程的三類最常見的退化可靠性模型針對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的特點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)和發(fā)展，第六章在逆高斯過(guò)程模型的基礎(chǔ)上，提出一種基于貝葉斯理論的試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，嘗試解決機(jī)械產(chǎn)品可靠性評(píng)估存在的壽命數(shù)據(jù)獲取、通用可靠性數(shù)據(jù)缺乏、樣本數(shù)量少、不確定性和個(gè)體差異性顯著、多元失效廣泛存在和可靠性試驗(yàn)開展困難等問(wèn)題。主要研究?jī)?nèi)容和成果概括如下：（1）融合壽命數(shù)據(jù)和退化數(shù)據(jù)的可靠性評(píng)估研究。在分析說(shuō)明機(jī)械產(chǎn)品評(píng)估中較難通過(guò)物理失效機(jī)理確定退化量與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系的基礎(chǔ)上，歸納介紹了采用基于曲線擬合的退化軌跡模型進(jìn)行可靠性評(píng)估的流程。分析了多源可靠性信息對(duì)于可靠性評(píng)估的重要意義，提出了基于貝葉斯方法、融合退化數(shù)據(jù)和其他多源信息的可靠性評(píng)估框架。在失效機(jī)理分析的基礎(chǔ)上開展退化試驗(yàn)，建立了功能銑頭的退化軌跡模型，積累先驗(yàn)信息并外推得到樣本的偽壽命數(shù)據(jù)，應(yīng)用貝葉斯方融合了偽壽命數(shù)據(jù)、壽命數(shù)據(jù)和其他可靠性信息，實(shí)現(xiàn)了功能銑頭的可靠性評(píng)估工作，驗(yàn)證了基于退化軌跡、同時(shí)利用貝葉斯方法融合多源可靠性信息開展可靠性評(píng)估方法的有效性。

....

參考文獻(xiàn)（略）

本文編號(hào)：239599