寿命的可靠性综论(一)

根据GJB451A-2005的定义,使用寿命是产品使用到无论从技术上还是经济上考虑都不宜再使用,而必须大修或报废时的寿命单位数。更具体一些,产品的(可)使用寿命是指从产品制造完成到出现不能修复(或不值得修复)的故障或不能接受的故障率时的寿命单位数。所以使用寿命与期间的故障率能否被用户接受密切相关,使用寿命期间的故障率与用户及生产方的维修后勤策略又密切相关。平均寿命不能代表使用寿命。只有产品寿命为指数分布时,故障率才为常数,正好是平均寿命的倒数。但当产品寿命不为指数分布时,平均寿命并不能使用户了解故障率,可靠寿命同样不能使用户了解故障率。在偶然故障期及耗损故障期,寿命的统计规律常用三参数(或两参数)Weibull分布、正态分布或对数正态分布描述。本文讨论在不完全子样情况下偶然故障期λ(t)的规律及根据能接受的故障率λ*确定使用寿命T*的统计方法。其后,讨论不完全子样情况下,耗损故障期确定百分寿命(p寿命)的统计方法,通过外推估计使用寿命(包括贮存寿命)的加速试验统计方法及在故障率λ(t)已知下的维修策略。     

结构系统静强度与疲劳耦合可靠性的当量寿命分析

基于结构系统静强度和疲劳耦合可靠性分析方法,给出了元件静强度失效的当量寿命和当量损伤的概念。结合蒙特卡罗分析方法,讨论了当量损伤服从正态分布、对数正态分布、极值Ⅰ型分布和威布尔分布时当量寿命的概率分布形式。分析结果表明：当量损伤服从正态分布、对数正态分布、极值Ⅰ型分布时,当量寿命服从对数正态分布;当量损伤服从威布尔分布...     

星上典型耗损失效单机寿命评估研究

围绕卫星长寿命的需求,针对锂电池、飞轮、太阳电池阵、半液浮陀螺4类具有典型耗损失效特征的寿命关键单机,在失效机理分析的基础上提出了相应的寿命评估方法,利用产品地面试验和在轨飞行数据,得到了4类产品的寿命预测曲线和寿命评估值。本文提出的寿命评估方法符合工程实际,对有关单位具有重要的参考价值。     

对数正态分布下的失效数据处理方法——介绍航天工业行业标准QJ2407—92

简述了指数分布和威布尔分布的特点。介绍了QJ2407—92《电子元器件寿命和加速寿命试验数据处理方法》的制定目的和依据;给出了假定产品的寿命服从自然对数正态分布的有关函数,并指出了对数正态分布的应用范围;对标准中对数正态分布参数的估计方法作了较具体的说明;讨论了图估计方法等5个数据处理的有关问题。     

寿命的可靠性综论(四)——使用寿命的加速寿命试验

产品寿命(包括使用寿命)取决于环境、材料、结构、装配、加工等多种应力因素。但在产品研发阶段,开展使用条件下的几年甚至几十年的寿命试验来得出产品寿命可靠性的规律是不现实的。因此,只能用一、两种主要因素的加速寿命试验结果来外推或用相似产品法综合估算寿命可靠性规律,以此作为维修性设计及确定寿命周期成本(LCC)的依据。实际工作中,必须开展使用条件下的寿命试验并对现场寿命数据进行收集、统计、分析,得出实际的寿命可靠性规律,修正产品研发时的寿命估算值,从而修改维修性计划。常用的加速寿命试验结果外推一般采用简单最小二乘法(OLS)。本文指出,加速寿命试验的结果不符合OLS的条件,应改为加权最小二乘法(WLS)。     

星载大功率GaN固态功放寿命评估方法

近年来大功率氮化镓(GaN)固态功放开始逐步星载应用,但产品可靠性仍未得到充分验证.文章提出利用加速寿命试验(ALT)和在轨工作情况相结合的方法进行大功率GaN固态功放寿命评估.首先利用故障模式、机理及影响分析(FMMEA)确定固态功放的薄弱环节和主要失效机理;然后基于阿仑尼乌斯(Arrhenius)模型研究加速寿命试...     

两种工程化的航天器用滚动轴承加速寿命试验方法

滚动轴承是航天器转动类产品的关键零部件,对其开展寿命和可靠性评估的重要方式之一是加速寿命试验.文章提出两种工程化的航天器用滚动轴承加速寿命试验方法,介绍在加速应力、加速模型、样本量、试验时间方面的选取思路和依据,以及模型参数的估计方法;以具体的航天型号产品为对象,进行这两种方法的算例对比分析.结果表明:鉴定性试验(方案...     

中型敏捷遥感卫星公用平台寿命工作研究与实践

中型敏捷遥感卫星公用平台(简称"平台")是我国首个寿命要求8年的低轨卫星平台,相对于之前国内低轨卫星设计寿命一般为3～5年,技术跨越很大。为确保各项工作的系统性和规范化,开展平台寿命工作。文章介绍了平台寿命工作策划、设计分析、试验、评估等内容,以及寿命指标分配、寿命故障模式与影响分析(FMEA)和寿命建模等关键技术研究及应用情况。通过平台寿命工作,识别了锂电池等51种有限寿命单机,并获得了量化的寿命评估结果,提出了后续卫星利用在轨飞行数据修正模型、完善技术方法的工作建议。     

基于遗传算法的寿命分布参数点估计模型研究

利用遗传算法极强的全局寻优能力，以待估计参数的置信区间为编码空间，以经验分布与所求分布误差倒数为适应度函数．建立了基于遗传算法的寿命分布参数点估计模型。分别以指数分布和正态分布伪随机数序列为样本给出了该模型的应用实例，结果表明在具有大量样本时．该模型的估计精度将高于极大似然估计。     

关于“寿命摸底试验”的一点意见

《遥测技术》1985第3期“可靠性试验”一文中(60～61页)“(1)寿命摸底试验”一节有值得商榷之处,请容阐述。设产品寿命T服从正态分布N(μ,σ~2),随机地抽取n个产品进行试验,到t_0时刻截止,其中有k个失效,寿命各为t_1,t_2,…,t_k,余下的n-k个寿命超过t_0。这是(无替换)定时截尾试验。μ与σ的估算公式来自它的似然函数(即联合概率密度函数)L(t:μ,σ)。由统计分析得到:     

基于性能退化的星用产品寿命预测方法及工程化应用研究

为解决星用核心部件的寿命预测问题,对星用活动部件、蓄电池等耗损型/退化型产品的寿命预测进行了研究。提出了一种面向工程的寿命预测方法及其应用策略,通过产品寿命要求分析、产品失效机理分析、性能退化数据采集与处理、性能退化建模、寿命分布建模及寿命预测等5个步骤,用性能退化数据实现对耗损型/退化型产品的寿命评价。以氢镍蓄电池为应用对象,选定循环周次为寿命表征,放电终压为退化特征量,剔除采集数据中的野点和活化效应,建立三阶段退化模型,用威布尔分布拟合获得了可靠寿命。方法和应用策略可用于工程实践。     

指数分布定时截尾样本下步进加速寿命试验的统计分析

在产品寿命服从指数分布情况下,给出了定时截尾样本下的步进加速寿命试验的统计分析方法,根据时间折算公式建立似然函数得到各参数估计,利用最大似然估计的近似正态分布性和Fisher信息阵的简单近似式得到参数的置信限,最后对试验数据实例进行了相关的统计分析。     

基于图像识别的机械振动信号特征提取与寿命预测方法研究

滚动轴承作为许多机械设备的关键组件,被广泛应用于机械制造、航空航天等领域,其健康状态直接影响了相应设备的剩余寿命,因此在设备故障预测与健康管理(Prognostics and Health Management, PHM)领域,滚动轴承寿命预测具有很高的研究价值。目前基于数据驱动的轴承寿命预测方法主要利用特征提取并构造健康因子(Health Indicator, HI),然而在这一过程中特征的选择与融合依然依赖于专家先验知识,并且健康因子也很难从复杂的时序数据中进行提取。因此,提出了一种新型的数据驱动寿命预测算法,在特征提取方面,通过连续小波变换(Continuous Wavelet Transform,CWT)将传感器振动信号转换为时频谱图,再通过深度残差网络(Deep residual network, ResNet)结合时空卷积网络(Temporal Convolutional Network, TCN)将时频谱图中的时域频域特征构造成为健康因子,最后完成剩余寿命预测。本研究在PRONOSTIA数据集上与现有的数据驱动算法进行了对比,证明了该算法可以更准确地完成剩余寿命预测。     

基于性能退化数据的可靠性评估

传统的可靠性评估方法一般基于失效寿命数据，对于高可靠长寿命产品，很难通过寿命试验和加速寿命试验获得失效寿命时间，这种情况下产品的性能退化数据可提供可靠性评估的重要信息。在基于失效数据可靠性评估及性能可靠性评估方法的基础上，提出了基于退化轨迹与基于性能退化量分布两种可靠性评估方法，以对具有退化失效机理的高可靠长寿命产品进行可靠性评估。基于退化轨迹的可靠性评估方法首先选取合适的退化轨迹模型，利用退化数据对退化轨迹进行模型拟合得到模型参数，然后根据退化轨迹外推得到伪失效寿命，最后根据完全寿命试验数据的统计分析方法进行统计分析得到产品可靠性信息。基于性能退化量分布的可靠性评估方法首先计算不同测量时刻产品性能退化量的统计特征，对其进行曲线拟合得到统计特征随时间变化的函数，即性能退化量分布参数，最后利用可靠性与性能退化量分布的关系评估产品的可靠性。本文最后给出了两种可靠性评估方法的应用案例，验证了方法的正确性与有效性。     

空间大功率长寿命滚环摩擦副研究

随着空间站等航天工程的推进,大功率、长寿命(低轨15年)、高可靠的滚环电传输技术需求日益紧迫。针对滚环摩擦副的结构设计,建立了滚环摩擦副的运动学模型。根据运动学模型确定了滚环摩擦副结构,并采用ADAMS软件仿真验证了摩擦副的纯滚动及运动自适应性;理论分析了摩擦副的接触电阻和疲劳寿命,对柔性环的循环应力进行了FEM仿真;开展了单环3kW大功率滚环样机1.5×105转的寿命试验验证。结果表明:在单环传输功率提高为滑环6倍的前提下,寿命周期内滚环单环的接触电阻及其波动值均小于1mΩ,研究结果可为空间大功率长寿命滚环的设计提供参考。     

航天器机构固体润滑球轴承的加速寿命试验方法

给出了加速寿命试验的一般流程,论述了长寿命航天器机构固体润滑球轴承的恒定应力加速寿命试验方法,包括加速应力类型、加速模型、应力水平、试验环境、试验件数量、试验测试参数、失效判据、试验终止条件、数据处理等要素的确定原则和方法。针对某航天器天线指向机构固体润滑球轴承,给出了具体的加速寿命试验方案示例。     

卫星设计寿命影响分析

首先给出了卫星各分系统质量(mass)在整星干重中所占比例的统计数据及设计寿命对分系统的定性影响;重点定量分析了设计寿命对各分系统设计参数及质量的影响,给出诸分系统的质量、质量增加、质量增加率与设计寿命的关系曲线;最后分析并给出卫星干重及总质量与设计寿命的关系,指出设计寿命的延长是以质量增加和成本上升为代价的,应综合考虑设计寿命与成本。     

光电倍增管寿命试验研究与系统设计

光电倍增管(PMT)是空间光学探测应用的重要探测器件之一,由于制造工艺的限制,光电倍增管具有很强的个体差异性。设计了一套应用于星载激光大气探测雷达的光电倍增管寿命评估自动测试系统,并建立科学的测试方法与流程,通过对光电倍增管光电响应与暗电流等关键参数的试验、监测与分析,研究评估了其寿命特性。     

航天器寿命数据的定义、范畴及其分类研究

系统地介绍了航天器寿命的涵义,分析了开展航天器寿命数据管理和积累的重要意义,研究提出了航天器寿命数据的定义、范畴与分类,并以寿命试验数据为例设计了分类寿命数据采集卡,为建立航天器寿命数据管理和评估系统及规范寿命数据管理工作提供了基础。     

疲劳寿命分布变异系数的统计推断

Birnbaum-Saunders疲劳寿命分布是可靠性分析中常用分布之一,而变异系数是一个应用较广的参数。研究疲劳寿命分布变异系数的统计推断问题,应用此分布参数估计的最新成果,给出了此分布变异系数的区间估计和假设检验方法;给出了两个疲劳寿命分布变异系数不等关系的假设检验方法。