可靠性仿真检验方法

2019-12-05傅惠民文歆磊杨海峰

智能计算机与应用 2019年5期

傅惠民文歆磊杨海峰

摘要：产品寿命的不断提高使得可靠性试验费用大、时间长，工程上往往难以承受，同时随着数字化设计、智能制造的快速发展，都對基于数字仿真的可靠性测试需求越来越迫切。但是可靠性仿真的可信性问题长期困扰着人们，为此，本文建立了一种可靠性仿真检验方法，能够以高置信水平判断产品可靠度和可靠寿命的仿真是否正确。同时，鉴于产品性能退化是其可靠性降低并逐步失效的主要原因，文中还给出性能退化曲线可靠性仿真的检验方法，能够以高置信水平判断性能退化曲线在哪一时间段已被正确仿真，在哪一时间段尚未被正确模拟，为进一步分析性能退化曲线未被正确仿真的原因提供指导。本文方法不但对正态分布、Weibull分布、极值分布、指数分布、二项分布等任意分布都适用，而且对完全数据、不完全数据和无失效数据等各种类型的数据也均适用。并且计算简单，便于工程应用。

关键词：可靠性仿真;仿真检验;可靠度;寿命;性能退化;机电产品

【Abstract】 High cost and long duration of reliability experiment arisen by the improvement of product lifetime， as well as the rapid development of digital designing and intelligent manufacturing， lead to the urgent demand for reliability test based on digital simulation. To settle the credibility issue of simulation， a test method for reliability simulation is proposed in this paper to judge whether the reliability and reliable lifetime of product are simulated correctly with high confidence level. Considering the performance degradation is the main reason for product reliability reduction and even failure， a test method for reliability simulation of degradation curve is further presented， which can distinguish the correct simulated segment and the incorrect one with high confidence level. The proposed methodology is applicable to any distribution， as well as a wide variety of data including the complete failure data， incomplete data and zero-failure data. In addition， the easy calculation also makes it convenient for engineering application.

【Key words】 reliability simulation; simulation test; reliability; lifetime; performance degradation; mechanical and electrical products

0 引言

仿真技术已成为理论分析和物理试验之后的第三大科学研究手段，特别是在当前电子产品、机械产品、机电产品等寿命越来越长，可靠性试验费用越来越高，以及数字化设计、智能制造快速发展的背景下，可靠性仿真发挥着越来越重要的作用[1-3]。另一方面，对于火星车、月球基地设备等在地面无法开展试验的研究对象，只能通过仿真对其寿命和可靠性进行预测[4-5]。但是，仿真系统是否正确可信一直困扰着人们，如何对仿真系统进行校核、验证和确认（Verification， Validation and Accreditation， VV&A）至关重要[6-7]。在整个VV&A过程中，最关键的环节是通过建立科学合理的验证方法，判断仿真系统与实际系统是否一致。工程上，通常选取若干个典型条件下的仿真结果与相同条件下的试验结果进行对比检验，若二者无显著性差异即可认为仿真正确。文献[8-11]给出了正态分布均值和方差、指数分布均值、二项分布参数等仿真结果的检验方法。在实际应用中，还常常遇到经假设检验仿真结果的均值和方差都无显著差异，而可靠度和可靠寿命却存在显著差异的情况。文献[12-14]通过引入母体特征值置信分布的概念，系统地建立了基于“大概率原则”的置信检验理论。在此基础上，本文进一步建立可靠性仿真检验方法，能够对任意分布下的可靠度、可靠寿命和可靠性退化曲线的仿真结果进行检验。

1 可靠度仿真检验方法

设R为产品在t时刻的可靠度，R*为通过仿真得到的产品在t时刻的可靠度。由于R是未知的，所以无法直接判断R*与R是否相等，亦即无法判断该可靠度仿真是否正确。下面给出一种统计学意义下的可靠度仿真检验方法。

6 结束语

（1）建立了可靠性仿真检验方法，能够以高置信水平判断产品可靠度、可靠寿命和可靠性退化曲线的仿真是否正确。

（2）本文方法不仅对正态分布、Weibull分布、极值分布、指数分布、二项分布等任意分布都适用，而且对完全数据、不完全数据和无失效数据等各种类型的数据也均适用。

（3）本文方法对电子、机械等各类产品和系统均适用，并且可用小样本进行檢验，计算简单，便于工程应用。

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