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燕山大学里仁学院

毕业设计（论文）文献综述

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一、课题国内外现状
国外加速寿命试验己有50多年的历史。1957年Levenbach发表的《电容器的加速寿命试验》论文被认为是关于加速寿命试验的第一篇论文。自此以后，特别是20世纪60年代以来，加速寿命试验方法受到统计学家和工程技术人员的广泛重视，加速寿命试验的理论研究有了长足的发展，提出了一些新的加速寿命试验模型及数据处理方法，对工程应力起到了很大的促进作用。
特别是近年来国外加速寿命试验发展迅速，取得了丰硕成果。在加速寿命试验类型方面，以前主要有三种类型，即恒定应力加速寿命试验(简称恒加试验)、步进应力加速寿命试验(简称步加试验)和序进应力加速寿命试验(简称序加试验)。现在又出现了双应力及多应力加速寿命试验、步加和序加复合试验、步降应力加速寿命试验、高加速寿命试验等行之有效的试验方法。在加速模型方面，以前主要有阿伦尼斯模型、逆幂律模型、艾林模型、温度-湿度模型、温度-非热模型。近来又出现了比例风险、通用对数线性、累积损伤等模型。参数估计的方法也越来越多样和精确，除最大似然估计外又出现了矩估计法、Bayes估计法、二步估计法、线性不变估计法、逆矩估计法等等。并分别适用于不同的场合，使得估计精度更加精确和方便。非参数估计虽然没有参数估计方法成熟，精度也没有参数估计方法高,更不像参数估计方法那样得到广泛应用。但是，在参数模型中产品的寿命分布类型常常通过产品失效机理的物理、化学分析和有关寿命试验资料分析来确定。有些产品，特别是新产品，这些产品的寿命分布类型的确定在实际中有一定困难，缺乏寿命试验资料，难以用产品失效机理的物理、化学分析确定其寿命分布类型，也难以用统计检验方法确定。在这种情况下加速寿命试验的非参数统计方法具有一定的实际价值，并也有快速发展的趋势。
加速寿命试验从20世纪70年代引入我国，在电子、机械、仪表等行业中得到广泛应用，积累了丰富经验，推动了加速寿命试验的发展。另外，同时我国还制定了相关的标准，进一步很多高校内部都成立了可靠性研究所，专门从事可靠性及加速寿命试验方面的研究。并且己经取得了可喜的成绩。在理论方面也紧跟国外，发表了有影响的加速寿命试验论文，每年还定期举
办可靠性方面的学术论文研讨会。国内许多企业也逐渐认识到了寿命试验的
重要性，成立了质量管理中心，专门负责对产品进行可靠性和加速寿命试验
的研究和评估，提高产品的质量。
He-Ne激光器是我国主要的气体激光器产品，在70年代末己具备一定
的规模。1981年由南京工学院主持开展了He-Ne激光器的加速寿命试验，
采用加大激光器工作电流来进行加速寿命试验，得到了加速模型。天津电子
仪表质量中心试验所将步进应力加速寿命试验应用于某变容二极管的可靠性研究中，实现了对高可靠二极管的可靠性评估。将加速寿命试验技术应用于黑白电视机的寿命评估，可以缩短了电视机寿命评估的试验时间，因而取得了较大的经济效益。洛阳轴承研究所在轴承寿命研究中采用了加速寿命试验技术。结果表明，加速寿命试验应用于轴承寿命研究在试验时间与试验经费上均节省了1/3以上，具有明显的经济效益。近10年来加速寿命试验技术己广泛应用于航空系统的输油泵、液压泵和燃油泵的寿命研究中。低压电机的可靠性水平目前主要依靠恒定应力试验方法进行评估，我国还指定了相应的标准JB/DQ3205-86。上海电器科学研究所等单位在低压电机的步进应力加速寿命试验方面己进行了一些成功的探索。加速寿命试验在电光源寿命检验中也取得了较为成熟的应用。目前在普通照明灯泡熔断寿命检验中己经广泛采用加速寿命试验技术，并于1989年颁布了相关的国家标准。
应用到液压缸的加速寿命试验的研究是一个全新的课题。由于液压系统的促动器元件，所述液压缸被广泛应用于航空、航天、力学等领域。因此，它的寿命试验是相对于所述液压的一个重要课题制度。然而，正常的压力下进行寿命测试花费大量的劳动力、材料和金钱;此外，长时间的测试周期会直接影响产品的升级换代。因此，它成为迫切需要探索一个可行的方案的加速寿命试验。
二、 研究主要成果
国外对加速寿命试验统计分析的研究, 始于六十年代。由于恒加试验相对比较简单, 首先发展起来的是恒加试验数据的统计分析方法。尽管恒加试验每组样品是在加速应力水平下进行的, 但每组试验条件是固定不变的, 因此通常的统计方法完全可用, 即可获得每组条件下产品寿命分布参数的估计, 再利用高斯-马尔可夫定理得到加速寿命方程中未知参数的估计, 进而外推出正常应力水平下产品寿命分布中参数的估值。随着恒加试验统计分析理论的建立, 恒加试验在实际中的应用也得到很大发展。加速寿命试验在七十年代传入我国, 由于其巨大的应用价值, 引起了各方面的关注。特别是近十几年, 恒加试验方法已在我国电子、机械等行业中获得大量应用, 取得了很大成效,并于81年颁布了恒加试验的9个国家标准(GB2689.1-81, GB2689.2-81,GB2689.3-81,GB2689.4-81) 。
总起来看, 恒加试验的统计分析理论已基本成熟。恒加试验中, 应力水平最低的一组, 往往由于其应力水平接近正常应力水平, 试验仍然要经历很长时间, 因此步加试验受到人们青睐。步加试验中一个样品失效一般是几个不同加速应力水平共同作用的结果, 如何从这样的失效数据中, 分离出每个加速应力水平下产品的寿命信息, 曾是困扰步加试验统计分析的难题。1980 年Nelson提出了著名的假定( 也称为积累损伤模型):产品的残余寿命仅依赖于已累积失效的部分和当时的应力水平,而与累积方式无关。所假定的数学含义的:产品在应力Si下, 工作了时间ti 积累的失效概率为Fi( ti , si) , 相当于此产品在应力sj 下, 工作了时间tj 所积累的失效概率Fj( tj、sj) , 即Fi( t i、s i) = Fj( tj、sj) 。根据这一方程, 利用在si 下的试验时间ti, 就可以求出相当于在sj下的试验时间tj 。由于产品在不同加速应力水平下的试验时间可以互相折算, 从而使步加试验的统计分析取得突破。Nelson 并在积累失效模型下, 对电缆绝缘材料步加试验的失效数据进行了统计分计分析, 用极大似然估计( MLE) 方法, 得到了正常应力水平下寿命分布参数的估计。1985 年茆诗松和他的学生, 利用指数分布场合有序统计量的特性, 给出了指数分布场合, 步加试验统计分析的新方法。葛广平和他的学生对威布尔分布和对数正态分布场合步加试验数据, 提出了一种不同于MLE的统计分析方法。既克服了MLE 求多元函数最值的困难, 又使计算步骤更具有程式化, 更便于计算,特别是上计算机计算。把这种方法运用到电视机的可靠性鉴定试验及验收试验。
累积损伤模型对某些产品未必合适, 1989 年Bhat tacharyy a 等提出了损伤失效率模型。该模型将加速损伤体现在失效率上, 失效率函数随着应力水平的提高而度化。费鹤良和他的学生在步加试验损伤失效率模型下的统计分析方面做了许多工作。
序加试验加在产品上的应力随时间不断上升, 可以更快地获得失效数据。但要设计一种装置来产生符合要求的应力函数, 这给应用来带一定难度。目前控制电应力线性上升的装置已用在电子产品的序加试验中。
序加试验统计分析的基本思想是极限的方法, 把试验时段分成许多小区间, 小区间上的应力函数用一常数值来近似, 得到一个相应的步加试验, 求出步加试验对应的分布函数, 当小区间长度趋于0, 其极限函数就是序加试验对应的分布函数。
1987 年殷向康和沈宝中 推导出威布尔分布场合序加试验对应的分布函数, 从而给出了参数MLE 。马海训、葛广平( 1991) 推导出对数正态分布场合, 序加试验对应的分布函数, 并给出了该场合序加试验的统计分析方法。王玲玲等 ( 1995) 也研究了对数正态分布场合序加试验的统计分析。费鹤良等( 1991) 将统计分析方法用在固体钽电解电容器序加试验上。加速寿命试验中的参数常常要求满足一定的约束条件, 对于序加试验数据, 汤银才和费鹤良(1994) 用Bay es 方法给出了满足约束条件的新估计。
序加试验随着时间延续, 应力不断增加但应力增加是有限度的, 超过限度失效机理就会改变, 常常当试验进行到应力达到这一限度时, 尚未有足够多的产品失效, 给统计分析带来困难,此时可以让尚未失效的产品再回到原来的序进应力下重复试验, 直到有足够多的产品失效为止。从整个过程看, 受试产品是在一个不断重复的序进应力上接受寿命试验, 称之为循环应力加速寿命试验。从数学上看, 序加试验的应力函数是周期函数时, 就是循环应力加速寿命试验。以轮胎橡胶的里程试验为例, 在车辆行驶时, 轮胎外缘某点, 一会儿着地, 一会儿离地, 受到的是一定周期性外力。在对产品做循环应力加速寿命试验时, 为了方便操作, 常常把受试产品连
续时间的失效检测换成周期性失效检测, 只要在每个循环周期内对受试产品做一次失效检测,试验终止后得到的数据是所有已失效的产品经受的循环应力的次数所表示的离散型数据。事实上在实际中已大量使用循环应力加速寿命试验和周期性失效检测。过去由于相应的数学理论尚未建立, 只能对数据进行简单处理。马雪峰、葛广平 ( 1997) 第一次建立了威布尔分布场合循环应力加速寿命试验的数学模型, 给出了试验数据的统计分析方法。这一工作还应该进一步推广到其它分布的场合。
在加速寿命试验方法及数据处理获得蓬勃发展的基础上, 又提出了加速寿命的最优设计问题。我们知道传统的恒定应力加速寿命试验, 加速应力水平一般是等间距的, 各应力水平的样品数量一般是等分配的, 这样安排的试验有时效果较差。因此在给定条件( 如应力范围、样品数量等) 下, 如何选取应力水平的大小, 如何分配各应力水平下样品的数量, 以获得对各种可靠性指标更准确的估计, 节省试验时间和费用, 这是实际中需要解决的问题, 这也就是加速寿命试验的最优设计问题。
Chernoff 于1962 年首先讨论了指数分布场合简单恒加试验的最优设计问题。由于当时对于加速寿命试验数据的统计分析尚有许多问题没有解决, 最优设计问题并未引起人们广泛的注意。最优设计的研究到七十年代以后才逐步开展起来, Meeker 和Nelson 等在威布尔分布和对数正态分布场合, 对简单恒加试验的最优设计, 经过多年研究, 得到了此较满意的结论。所谓“简单”指试验中只有二个加速应力水平, 即高应力水平XH 和低应力水平XL。XH是予先给定的, 它由同类产品试验的经验或事先做的予备试验来确定。分配给XH、XL 的样品此例为H、L。最优设计就是要选择最优的XL 和L( 因H=1-L,由L确定),使正常应力水平下某种特定参数的估计量的方差达到最小。显然只有两个应力水平的简单恒加试验, 无疑给实际应用带来很大限制, 相广宾 ( 1994) 研究了指数分布场合, 具有4个加速应力水平的恒加试验的最优设计。
Miller , Nelson( 1983) Bai 等( 1989) 研究了指数分布场合简单步加试验的最优设计。程依明( 1994) 在指数分布场合,研究了K个加速应力水平步加试验的最优设计。
三、发展趋势：
(1)复杂系统加速寿命试验加速寿命试验在更广泛的工程应用中必然会遇到复杂系统的应用问题。该试验的研究目前主要集中于单一失效机理的研究，而复杂系统往往存在多个失效机理，系统失效则是多个潜在失效机理相互竞争的结果。竞争失效条件下的加速寿命试验问题目前已经引起了相关学者的高度重视，并在优化设计方面取得了一定的进展。相关问题的探讨在今后一段时间内将仍然是研究关注的焦点。
(2)加速寿命试验的统计分析精度问题加速寿命试验是统计试验的分支，所以分析精度对于加速寿命试验技术至关重要，这也是统计试验研究的共性问题。统计精度问题将仍然是加速寿命试验分方法研究的一个主题。
(3)加速寿命试验方法的效率问题相对于模拟统计试验而言，加速寿命试验的基本动因在于提高试验过程的时间效率和经济效益，从而以最低的试验代价达到寿命评估的目的。这是加速寿命试验研究的特性问题。因此，效率问题则构成了精度问题以外的另一主题。从总体而言，加速寿命试验的
统计分析与优化设计应该是在效率问题与精度问题之间的一个折衷。
(4)加速寿命试验的鲁棒性优化设计寿命先验是优化设计研究的基础，而先验信息存在一个置信度问题。如果一个优化设计过分依赖于先验信息的置信度，那么这个设计的优化度是值得怀疑的。加速寿命试验的鲁棒性优化设计问题目前已经成为该领域内的一个研究热点。
(5)加速寿命试验技术的工程应用加速寿命试验的研究离不开可靠性工程的实际应用，因此相关研究的工程应用是加速寿命试验技术研究中一个非常值得重视的问题。在加速寿命试验的统计分析与优化设计的研究中，算法复杂性的简化和算法的流程化一直都备受关注。
(6)加速寿命试验计算机辅助工程(CAE)随着加速寿命试验技术研究的深入与成熟,CAE技术的引入将成为该领域研究工作的必然趋势。目前俄罗斯已经在导弹加速寿命试验的设计中引入了CAE技术，收到了较好的效果。加速寿命试验CAE软件应该具备加速寿命试验的辅助分析与辅助设计两大基本功能。
液压元件加速寿命试验广泛用于液压元件可靠性分析和新产品的质量、寿命估计中。由于这类试验是是靠加大对寿命有影响的应力水平，在不改变元件失效机理的前提下来减少试验时间，故存在着应力水平高、试验时间长、试验应力种类多及功耗大的特点，并且需要元件失效后立即停止，记录和保持现场，并进行数理统计分析，确定加速模型中各种待估参数。
加速寿命试验技术是可靠性数学与可靠性工程领域目前的一个研究热点，对于长寿命高可靠产品的寿命评估具有重要的应用价值。本文对加速寿命试验技术的相关研究与我国在加速寿命试验方面的工程应用作了一个扼要的回顾，并就加速寿命试验当前的研究方向进行了展望。随着研究的进一步深入，加速寿命试验技术将具有更广的应用前景。
四、存在问题
由于产品内部结构及其外界工作环境的复杂性,
引起产品失效的原因往往有多个,每个原因发生都会导致产品失效,称这种产品为竞争失效产品。例如导致电动机绝缘失效的原因有匝间失效、
相间失效及绝缘层失效。近年来对竞争失效产品加速寿命试验数据的统计分析,茆诗松及其学生获得了长足的进展,但最优设计的研究仍相当欠缺。Bai等(1991)首先研究了指数分布场合,竞争失效产品的简单步加试验的最优设计问题。刘立喜、葛广平 (1998)在指数分布场合,一般k个未知数、k个应力的加速寿命方程下,研究了竞争失效产品恒加和步加试验的最优设计。其结果几乎概括了上述指数分布场合,
通常失效产品最优设计的各种结果。施方、葛广平(1998)还研究了威布尔分布和极值分布场合,简单步加试验的最优设计。 序加试验最优设计的成果还较少。1992年Bai等研究了威布尔分布场合,简单梯度试验的最优设计。当作用于受试产品的应力随时间线性增加时,即称这种序加试验为梯度试验。特别把受试产品分为两部分,每个部分上都进行梯度试验,称为简单梯度度验。Ge Guangping,Ma Xuefeng(1997)研究了对数正态分布场合简单梯度试验的最优设计。 综上所述,加速寿命试验最优设计,除指数分布场合外,其它分布场合还属于起步阶段,还有大量工作要做。
五、主要参考文献
《加速寿命试验数据管理与解析系统研究》 唐元天
《我国加速寿命试验研究的现状与展望》 葛广平
《加速寿命试验技术综述》 张春华 温熙森 陈循
《加速寿命试验研究液压缸》 郭辉花
《航空液压泵变负载加速寿命试验台研制》 白国长，王占林，祁晓野

指导教师审阅签字：

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