[发明专利]基于时间序列的步进应力加速退化试验可靠性评估方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种加速退化试验寿命预测及可靠性评估方法，属于加速试验评估技术领域。

背景技术

对于高可靠性长寿命的产品，往往难以在短期内观测到产品失效，基于产品性能退化数据分析产品可靠性成为一种有效途径。为了针对这些难以获得失效数据，但可以获得性能退化数据的产品进行可靠性评估，加速退化试验的方法应运而生。

研究加速退化失效，关键要建立产品性能退化特征参数随时间变化的加速退化模型。加速退化模型一般分为基于退化机理和基于统计数据两种模型。前者需要对产品自身的退化机理有深入的研究以及大量的试验基础，且局限于退化机理相同的产品，不适用于工程应用的推广。后者使用统计模型来描述退化数据，在工程中更加适用。

在以往的基于统计数据的加速退化试验可靠性评估中，加速退化模型多采用某一回归模型表示。该方法可以反映性能特征参数退化的确定性变化趋势，但不能全面描述性能退化的特征，因为产品的性能退化规律并非仅包含规则变化的确定性部分，若要对其进行精确分析，还需要对其不规则变化的随机部分进行深入的研究。

此外，现有基于统计数据的加速退化试验可靠性评估方法几乎仅针对恒定应力水平的加速退化试验有效。然而，恒定应力加速退化试验通常需要一定数量的试验样本，因而不适于对新研制且成本昂贵的产品进行可靠性寿命的评估。而步进应力加速退化试验具有相对更快加速产品退化失效，以及仅需更少试验样本个数的优点，从而针对步进应力的加速退化试验可靠性评估方法具有更高的实用价值。

时间序列分析原系数理统计学科的一个分支，它是研究随机过程的重要数学工具。在工程技术等领域中，对于具有随机性，并随时间的推移而具有某种统计规律的信息，不可能或难以应用一般确定的解析方法描述其过程，而时间序列分析则利用现代统计学和信息数据处理技术，能够充分挖掘信息中随机性规律及特征，是解决这一实际问题的有力工具。由于步进应力加速退化试验数据为时间序列，因此可以采用时间序列分析方法对其进行分析。在国内外现有相关步进应力加速退化试验可靠性评估方法文献中，尚未见到应用时间序列分析方法的报道。

时间序列方法在步进应力加速退化试验可靠性评估中的应用需要解决以下问题：

1、采用步进应力加速寿命试验中的试验时间折合方法，可将步进应力加速退化试验数据在各应力水平下的试验时间折合为产品在正常应力水平下试验时间，折合后的退化数据为非等间距的时间序列。然而传统的时间序列分析方法只适用于恒定应力加速退化试验中等间距时间序列的分析，因此需要研究适用于步进应力加速退化试验中非等间距时间序列的分析方法。

2、以往的加速退化试验中，很少考虑试验设备对产品性能退化过程的影响，包括确定性和随机性的影响，如何将确定性的解析模型同描述随机过程的非等间距时间序列模型相结合，并对组合模型参数进行估计，有待进一步研究。

3、为了提高时间序列模型预测的精度以及长度，在保留时间序列模型自身优点的基础上，如何采用现有的预测理论与之结合，是工程应用中的实际问题。

4、如何将基于时间序列分析方法建立的加速退化模型应用于步进应力加速退化试验，形成适用于步进应力水平、基于统计数据、可信度高的加速退化试验可靠性评估方法，是目前领域内的一个难点。

发明内容

本发明的目的是为了解决传统的加速退化模型无法描述加速退化试验统计数据中随机性信息，以及现有的加速退化试验可靠性评估方法难以应用于步进应力水平的加速退化试验可靠性评估的问题，采取时间序列分析建模技术手段，达到根据步进应力加速退化试验数据合理预测产品寿命及可靠性评估的技术效果。

本发明利用相关系数平稳序列分析方法描述步进应力加速退化试验数据中的非等间距随机信息，在汲取确定性的回归模型以及随机性的相关系数平稳序列自回归模型各自优点的基础上建立回归-非等间距自回归加速退化模型，结合灰色理论预测产品退化趋势，形成基于时间序列的步进应力加速退化试验寿命预测及可靠性评估的方法。

本发明提出的步进应力加速退化试验假设：

假设1产品的性能退化过程具有单调性，即性能发生的退化不可逆；

假设2每个应力水平下产品的失效机理不变；

假设3产品的残余寿命仅依赖于当时已累计失效部分和当时应力水平，而与累积方式无关；

假设4试验中不存在由退化引发的任何失效，即产品的性能退化未穿越失效阈值。