可靠性试验设计与分析5

第四章(45) 可靠性试验设计与分析

§4．4可靠性增长试验（Reliability Growth Test）

一、概述

可靠性增长：通过改正产品设计和制造中的缺陷，不断提高产品可靠性的过程。

产品试制阶段，由于设计缺陷与工艺上的不成熟，其可靠性一定会远低于预计的标准，通过试验发现故障，通过机理分析找出故障源，通过再设计与工艺的更改，以达到消除故障的目的，保证研制期间的可靠性达到预期的指标。

（再）设计试制产品试验故障纠正

可靠性增长是不断反复设计、试验、故障、纠正这样一个循环过程。是为达到可靠性增长目的而执行可靠性秩序中所采用的一种试验方法。

可靠性增长的三个主要因素：

1).通过分析和试验找出产品的潜在故障源。

2).将存在问题（返馈），采取纠正措施更改设计。

3).对改进后的产品重新进行试验。

图4.23 可靠性增长过程

二、可靠性增长试验

目的：通过试验诱导出设计不良或工艺不成熟而引起的潜在故障，通过机理分析找出问题，在设计与工艺上加以纠正，从而达到可靠性增长目的。可靠性增长试验耗费的资源和时间比较多，试验总时间通常为预期的MTBF目标值的5~25倍，所以也并不是所有产品都适宜于安排可靠性增长试验。其试验大纲按照试验、分析、纠正(Test, Analysis And Fix test简称TAAF)这一过程来制定，为此要选定一个可靠性增长的模型，以便确定试验计划时所需考虑的因素。

1、可靠性增长模型

目前在可修产品的增长试验中，普遍使用的杜安(Duane)模型。有时为了使杜安模型的

适合性和最终评估具有较坚实的统计学依据，可用AMSAA模型作为补充。

杜安模型是用于飞机发动机和液压机械装置等复杂可修产品的增长试验的。模型未涉及随机现象，是确定性模型，即工程模型，而不是数理统计模型。

其基本假设：

只要不断进行可靠性试验，系统可靠性增长（用MTBF的提高表示）与累积试验时间在双对数纸上成线性关系，直线的斜率是可靠性增长率的一个度量。

图4.24 可靠性增长曲线

上述描绘了杜安可靠性增长模型。其增长率范围在0.3~0.7之间，若增长在0.3以下，说明纠正措施不够有力，在0.7以上表明采用了强有力的纠正措施。

从曲线上还可表明，制定可靠性增长大纲所需要的四个因素：

(1).系统固有的MTBF值

P 与要求的MTBF值

s

θ关系：

p

θ在设计时用预测的方法确定，

而

s （可接受值）比

P

低些，这是验证试验之前应增长到的值。

(2).增长曲线的起始MTBF值

：当

P

预期值为200h时，增长线以100试验小时（横

坐标）与10%

P （纵坐标）为起始点。当200

P

h，则以100h试验与50%

P

为起始点。

(3).关于MTBF增长率：取决于大纲要求，如制定合理并执行严格，增长率可达0.6，没有特殊考虑时可取0.1。

(4).增长所要求的总时间：增长线与指标要求的MTBF值的水平线交点所对应的总试验时间即为预计总试验时间。美国军用标准有个试验指南：

当固定的试验持续时间为规定的MTBF（

s

）的10～25倍时，该时间完全可以满足达到50～2000hMTBF内预期的设备可靠性增长需要。当规定的MTBF在2000h以上时，其持续试验时间取决于设备的复杂性和大纲要求，但至少应是要求的MTBF的一倍。无论任何情况下，持续时间试验都不得少于2000h或不多于10000h。

2、可靠性增长监测

将试验所得的累积的MTBF 值（其数值为累积试验时间除以到那个时间为止所发生的总故障次数）点在大纲所确定的可靠性增长模型图上，并与原计划增长率作比较，下述情况认为有关故障分析和纠正措施的活动是良好的。

(1).真实增长线高于计划增长线；

(2).真实增长线与要求的MTBF 值交点所对应的总试验时间与计划的总试验时间相等或小于比值。

三、杜安模型及模型参数估计

设增长试验的开始时间0t

，t 为试验过程中某个时刻的累积试验时间，()r t 为(0,)

t 时间内受试产品的故障数。()r t 实际是非连续函数，因故障计数只能非负整数。杜安模型在规定的前提下，把()r t 当作连续函数处理。

杜安模型引入累积故障率的概念，用

表示，定义为：

()

r t t

它是一个计算值，没有具体物理意义。但它随着累积试验时间t 增加，其中蕴含着产品可靠性变化规律。

杜安通过数据分析发现，对于累积试验时间t 在双边对数坐标纸上趋于一条直线，

即：

瞬时故障率：

()

()

(1)r t Kt

t dr t K t

dt

1

()

r t Kt

式中：λ

∑

为累积故障率，λ为瞬时故障率，

r(t) 为t 期间发生的故障次数，t 为总的

实验时间，α为增长率。

由于可修产品的可靠性参数常用MTBF 表示，因此运用杜安模型时，派生出两个术语：

累积MTBF ：11

()

K

t

瞬时MTBF ：11

()

[(1

)]K t

在故障间隔时间序列服从指数分布的假设下，这两个MTBF 与相应的故障率互为倒数关系。这两个MTBF 表达式式是杜安模型的重要结论之一，当,K 确定后，就表述了可靠

性增长试验中的变化规律。

另一个结论是由上式导出的（两式相除），整理得：

(1)

（说明瞬时θ是累积θ

∑

的1/(1-α)）

两边取对数：