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1、分步的加速实验引 言一般工业上进行的加速实验(AT) 可以为解决可靠性问题提供及时但有时并不精确的初始信息。 AT 技术的这种不精确的运用和实施是当前存在的一个突出问题。出现这一问题的其中一个原因是现场和 AT 结果之间不存在任何的关联。但是，如果实验方法精确的话，那么人们就可以迅速而有效地获得解决各种可靠性问题的初始信息 ( 评估、分析产品性能退化和失效的原因，用储备的信息进行可靠性预计等)。这是非常重要的，因为它影响到每年投资数十亿美元的实验室测试技术和服务的收益。步骤和原则在以下介绍的精确加速实验构想中包含运用了实际的产品，该构想建立在场效应的物理模拟(建模 )基础上。从近似的理论我们知
2、道如果输入因素具有相同的特性，那么两个或更多的对象或过程就有近似的物理特性。分步 AT 由 11 个基本步骤构成。1这包括下面一些基本过程：对输入 X1 Xn 在不同现场条件下对测试对象的影响范围(影响产品的温度、污染程度、湿度、放射性、输入电压、气压、水压、表面轮廓、介质的物理化学机械特性)进行研究(图 1) 。图 1 输入影响和输出参数的示意图当这些输入同时在现场中作用时，研究它们在产品上的相互影响。这里所说的产品既可以是整台机器 ( 设备 )或它的组成元件。图2 中示出了温度、湿度、污染程度对产品影响的例子。对于随后在实验中进行的对这些影响的模拟来说这是非常重要的。如果我们确切知道一个或
3、几个因素并不会对产品的性能造成影响的话，那么这些因素就可以不予考虑。输入活动的影响就是输出参数(腐蚀、振动、负载、张力、产品温度的变化、保护措施的减少、性能退化、失效等)Y1 Ym。这些结果必须动态地进行研究(在产品使用期间)。对于一个新产品，利用从设计原型中获得的额外数据可以使这些研究非常简单。这里，根据研究设施、研究目标、实验条件、研究课题的不同，以上的情况也会有所变化。对产品在不同条件下工作的百分比分布进行研究，这是非常重要的，因为大多数的测试对象( 产品 )都是在不同的条件下工作的，这些条件随着每个输出参数值的不同而不同。而且，对分布的研究结果是 AT 编程所必需的。第 2 步：将该信
4、息作为一个概率 (随机 )过程来进行分析大多数的现场过程都具有概率特性。因此，我们必须对每一影响以最小平均和标准偏差的形式进行估计。最好，我们还能够估计出概率分布、能量谱和相关性 (归一化相关性 )。有关这方面的论述可参见一些可靠性的书籍。第 3 步：在实验室中建立对输入影响 (因素 )进行模拟加速应用的方法如果产品每天测试24 小时，且每天测试，那么测试就可以被加速，但是测试不包括空闲时间、或最小负载时间等。该方法是建立在对操作条件的整个范围进行再现和保持轻重负载之间的比例不变的原则基础上的。通过作实验，我们发现有下列的好处：a) 在现场和实验室测试结果之间的最大相关性；b) 产品严格按照机
5、械应力方案纯工作一个小时与在正常工作条件下纯工作一个小时的损坏程度是相同的；c)没有必要增加试验中应力的步幅大小和比例。但是，由于这是加速试验，实验室中获得实验结果的速度比实际要快那些每次只工作很短时间的产品尤为有用。10 18 倍。该方法对于目前使用的加速实验方法通常是在测试期间使用最大应力，这样做可以很快获得实验结果但结果的精确度较低。而且，如果加速的级别较高，则所产生的应力范围就越大。因此，我们必须很小心地处理高级别范围的加速、现场因素的综合影响和加速实验的其他原则之间的关系。第 4 步：在实验室中确定精确水平的极限(3%5%10%)第 5 步：利用采购设备来建立对输入影响进行模拟的测试
6、设备该设备可以是通用或专用 (或通用和专用 )设备。这是一个对现场输入综合因素对产品造成的影响进行分析所得结果的基础上进行的特殊设计，以及如何在实验室中对这些影响进行模拟。为了达到这个目的，专家们通常必须设计特殊的设备。通用的测试设备可以进行调整以适用于多种不同类型的产品。如果我们希望在加速实验中获得精确的初始信息的话，那么我们就必须同时使用通用和专用设备。第 6 步：针对不同类型的产品研究出不同的加速实验方法，并且确定出测试参数的数量和类型，以及每一参数的变化范围(见第一步模拟方法的类型取决于产品的具体细节以及公司测试产品的具体设备的情况。我们不可能在实验室中对操作条件和它们的输入影响的方方
7、面面都进行模拟。因此，我们就必须建立相对于每一影响的部分(基本 ) 的区域，而这些区域可以引入各个方面的操作条件。EN，这里：E 是现场输入的影响因素的数量X1 Xn( 图 1) ；N 是模拟的输入影响因素的数量11；XX (图 1)而允许的错误输入影响因素是M1(t) ：M (t)=X （ t) X 其中 X （t)是现场操作的输入影响因素；是模拟输入影响。我们建议采用以下的技术来选择可引入各种基本现场条件的影响因素域：1.选择被研究的随机过程的类型。2.确定该过程的基本特性。3.定义各区域的遍历性(从一种现实情况出发对过程进行判断的可能性)。这一步骤适用于当 时，相关性趋于零的情形。图 2
8、 产品上的基本输入影响因素 (温度、湿度、污染程度 )之间同时作用、相互联系和相互作用举例4.对过程一般特性的假设前提进行检查(利用 Pierson 准则 )。5.计算影响区域的长度；6.选择不同区域的基本特性之间差异的量度方法。7.对选择的差异进行归纳整理，找出可引入所有现场使用条件的影响区域。现场影响区域的参数( 如图 2 所示 )必须在实验室中进行模拟，以便进行产品的加速实验。如果我们不能对全部的现场输入影响因素的同时作用进行模拟的话，那么经过实验室的试验之后我们就不能获得解决可靠性问题的精确初始信息。必须进行实验室模拟的参数的数量和类型取决于对造成产品退化的影响因素进行分析的结果。对加
9、速应力实验条件的选择主要是根据动态过程的退化机理限制条件。如果实验室中退化过程开始和发展的物理现象与在实际测试过程中产品的失效过程不符，那么这就意味着模拟过程不够精确，施加的应力过强了。这时，我们就必须降低应力的等级直到实验室测试中获得的退化特性与实际情况相当，并且消除掉其他因素的影响。因此：DD其中， D L 是实验室加速实验中失效过程最初出现和发展的位置；D 是在实际测试中失效过程最初出现和发展的位置。第 7 步：对产品的加速实验进行编程编程时应考虑下列方面：产品技术过程方案 (应用的所有领域，包括工作时间、储存和维护等等。传感器的配置；产品使用每一方面的输入和输出影响因素；使用的测量体系
10、 (速度、生产性、输出速率等 )；实际应用的典型测量条件和测量体制，它们在加速实验中如何模拟；取得测量值；对产品进行测试；获得测试结果并进行分析。第 8 步：利用准则建立加速实验结果和实际测试结果之间的相关性通过使用这些准则，可以帮助我们确定出究竟是使用现有的加速实验技术呢，还是必须对这一技术进行发展直到加速实验中和实际上获得的可靠性分布之间的差别不再只是不能超过一个固定极限。现场和实验室测试结果之间的差异必须不能超过一个固定的界限，它取决于所需的精度等级(3% ， 5%， 10% 等在加速实验结果和现场测量结果之间建立关联的基本准则是：(C N) (C N)f1（ N) (D N)f（ V
11、N) (V N)fS（ FN) (FN) fi其中： 、 、 i 是实验室结果和现场测试结果之间的差异；L 和 f 是实验室和实际测试的条件；C， D， V，和 F 是输出参数的测量值：腐蚀 (C) ；聚合物、橡胶、木材的损坏等(D) ；振动 (V) ；失效 (F) 。N暴露在现场 (f) 或实验室 (l) 中的年数 (月、小时、循环等)。第 9 步：加速实验的性能在测试期间，我们观察到产品的损坏和失效情况，并对损坏和失效情况进行分析和维修。第 10 步：对加速实验数据进行收集、计算和统计分析该步骤是关于在实验期间收集实验数据；将实验数据以不同类型的失效时间函数和测试体系来进行统计分析；对产品
12、出现损坏或失效的原因进行研究。这些都是建立在概率的基础上的。分析的结果可以用于查找失效的原因，并且迅速实现对产品和加速系数的改进。例如图 3 示出了在实验室中出现的涂敷保护层的破坏情况，以及我们如何能够简单而迅速地找到相应的加速系数。涂层A 的保护效果 (曲线 1)在加速实验中可维持5 天，而在自然状态下却能达到90 天，于是加速系数就是18 。图 3在实验室中涂敷保护层的加速破坏情况(两种类型的涂料)。第一种类型的保护层 (涂料 A) ：1保护质量； 2 碰撞强度； 3弯曲强度。第二种类型的涂料(涂料 B) ：4 碰撞强度第 11 步：在加速实验后对产品的可靠性和可维修性进行预计如果我们能够按照以上的1 10 个步骤进行加速实验的话，那么就可以实现对参数的精确预计。预计问题的解决是建立在两类条件的基础上：1) 以产品可靠性方程表达式的形式对点的位置进行预计；2) 以预先确定的精度和置信区间对产品的可靠性能力进行预计。实际上，当实验结果给出了一些失效的情况，而我们不能够近似得出用于计算某一新产品的可靠性性能的失效分布规律时，该结果就显得尤为重要。如果我们没有获得加速实验的精确初始信息，那么可靠性预计的最好方法就将失去作用。