电子产品在电压应力作用下的小样本试验寿命预测方法技术

本发明专利技术提供一种电子产品在电压应力作用下的小样本试验寿命预测方法，其包括以下步骤：S1对失效数据按照电压应力水平分组并从小到大重排；S2依照矩模型得到威布尔寿命分布形式；S3得到等效威布尔寿命数据；S4计算调协威布尔寿命分布；S5列出关注的信度并计算信度对应的分位值；S6得到各信度水平下电压应力

【技术实现步骤摘要】
电子产品在电压应力作用下的小样本试验寿命预测方法


[0001]本专利技术涉及产品可靠性领域，尤其涉及一种电子产品在电压应力作用下的小样本试验寿命预测方法。

技术介绍

[0002]近些年，随着科学技术的不断提升，电子产品已经在国防、国民经济、日常生活消费、信息技术等方面得到了广泛的应用。电子产品是使用电子学原理制成的设备、装置、仪器、仪表等产品的统称。在使用过程中，它们不可避免受到极限高低温、温度循环、机械振动、冲击、潮湿、盐雾、电磁场干扰以及电应力(包括电压、电流、频率等)的影响，这些环境应力使得产品出现性能退化、参数漂移、材料腐蚀的趋势，甚至直接导致失效。国内外的研究多是在温度、湿度条件下进行的，然而在实际生活中，电应力场对电子产品的影响其实更为常见和广泛。
[0003]目前，电子产品的寿命预测与可靠性评估存在两种方式，即仿真与试验。基于仿真的寿命预测，建立在数字样机与虚拟仿真等相关技术发展的基础上，充分利用产品现有的功能或性能模型及相关CAD工具，联合专业CAD工具建立综合集成环境，实现可靠性与性能一体化建模仿真，由此支撑设计阶段的可靠性分析及设计。基于试验的寿命预测按照开展阶段的差异，可以分成线上与线下两种形式。其中，线下预测发生在产品投入市场之前,依托可靠性试验的开展，完成对总体产品的可靠性评估；线上预测发生在产品投入使用之后,综合现场数据和历史数据对其进行剩余寿命预测。然而，针对产品寿命与可靠性的仿真比较复杂，它本质上是对实验的辅助，很大程度上取决于仿真软件及模型的选择，有时候偏差较大不贴合实际，尤其是最初需要调研并收集产品多类相关数据进行建模，需要多种工程技术人员进行配合。因而，目前电子产品广泛使用可靠性试验的方式实施寿命预测与可靠性评估，而只有对使用环境复杂或者价格贵重的产品才会使用仿真方式，如飞机和火箭。
[0004]对于产品的寿命预测和可靠性评估采用可靠性试验时，为了缩短试验时间、提高试验效率、降低试验成本，可以通过加速寿命试验使产品缺陷的尽早暴露。然而，随着产品生产工序与使用复杂度的提升以及单个样本数据获取成本的增长，能够投入加速寿命试验的试样数目受限，通常在5～30个的范围内，表现出小样本的特征，这种现象给产品寿命分析与可靠性准确评估带来了较大的困难。通过对现有技术的检索查找，我们了解到已有的小样本数据分析方式最常采用到了贝叶斯方法，部分技术还结合了bootstrap法、神经网络特征提取法或选定随机过程(例如，高斯过程与维纳过程)建立退化模型的方法达到扩展样本的目的，对数据的分析工作基本采用神经网络与回归分析。但是这些方法都是建立在概率论的基础上，概率统计的基础是大数定律，即独立重复试验次数趋近于无穷时，频率趋近于概率。显然，小样本情况并不适用于大数定律，由此导致了概率论在小样本情况下的不适用性问题。因此，需要考虑采用新的数学理论来做支撑，本专利技术引入了不确定性理论来完成小样本加速寿命试验寿命预测及可靠性分析，国内外暂时还没有相关研究。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的缺陷，本专利技术提供一种电子产品在电压应力作用下的小样本试验寿命预测方法来弥补现有技术的不足。这是一种参照不确定理论达到对小样本加速寿命试验中不确定性合理量化的试验分析方法，可以辅助试验人员和生产厂商更为客观准确地分析电子产品在电压作为电压应力下加速寿命试验的试验结果，具体包括以下步骤：
[0006]S1，数据分类与重排；
[0007]对失效数据按照不同电压应力水平划分将每一电压应力水平下的一组数据按照从小到大重排；记第i个电压应力水平下的寿命数据集合为t
i
，即，即其中，l表征加速试验中电压应力水平总数，n
i
表征第i组电压应力水平下的寿命数据的个数；
[0008]S2，依照矩模型，得到第i组电压应力水平下的威布尔寿命分布形式F
i
(t)；
[0009]S3，得到每个电压应力水平下的等效威布尔寿命数据，具体步骤如下：
[0010]S31，计算第i组电压应力水平下的威布尔寿命数据t
i
对应的信度α
i
：
[0011][0012]其中，t
i
表示第i组电压应力水平下的寿命数据集合；η
i
为威布尔分布的第一参数，m
i
为威布尔分布的第二参数，i＝1，2，...，l；
[0013]S32，计算第p组电压应力水平下的寿命数据在第i组电压应力水平下的等效寿命数据τ
i
‑
p
，i，p＝1，2，...，l，i≠p
[0014][0015]将各组电压应力水平下等效寿命数据τ
i
‑1，τ
i
‑2，...，τ
i
‑
l
和t
i
按照从小到大的顺序重新排列，组成第i组电压应力水平下的等效威布尔寿命数据τ
i，*
：
[0016][0017]其中，
[0018]S33，利用等效寿命数据τ
i，*
，使用步骤S2的方式计算获得等效威布尔寿命分布
[0019][0020]其中，t表示寿命，表示等效威布尔分布第一参数，表示等效威布尔分布第二参数；
[0021]S4，根据等效威布尔寿命分布计算第i组电压应力水平下的调协威布尔寿命分布γ
i
(t)；
[0022]S5，列出关注的信度并计算第i组电压应力水平下信度对应的分位值其中，为所关注信度α
new
中的第h个信度值，为第i组电压应力水平下信度对
应的分位值
[0023]S6，得到各信度水平下电压应力
‑
寿命函数；
[0024]S7，得到选定电压应力V0水平下的威布尔寿命分位值
[0025]S8，使用最小二乘模型得到选定电压应力V0水平下的寿命分布Ψ0(t)：
[0026][0027]其中，Ψ0(t)表示选定电压应力V0水平下的寿命分布，为根据最小二乘模型获得的参数最小二乘估计值。
[0028]优选的，还包括步骤S9，获取可靠度和MTBF指标评价，主要步骤如下：
[0029]S91，获取可靠度函数R(t)：
[0030][0031]S92，根据公式(32)获取给定时间T下的可靠度R
T
；
[0032]S93，获取MTBF：
[0033][0034]其中，为根据最小二乘模型获得的参数最小二乘估计值；Γ( )为伽玛函数。
[0035]优选的S2，依照矩模型，得到第i组电压应力水平下的威布尔寿命分布形式F
i
(t)；具体包括以下步骤：
[0036]S21，各组电压应力水平下的威布尔寿命分布形式F
i
(t)为：
[0037][0038]其中，η
i
为威布尔分布的第一参数，m
i
为威本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电子产品在电压应力作用下的小样本试验寿命预测方法，其特征在于：其包括以下步骤：S1，数据分类与重排；对失效数据按照不同电压应力水平划分将每一电压应力水平下的一组数据按照从小到大重排；记第i个电压应力水平下的寿命数据集合为t
i
，即其中，l表征加速试验中电压应力水平总数，n
i
表征第i组电压应力水平下的寿命数据的个数；S2，依照矩模型，得到第i组电压应力水平下的威布尔寿命分布形式F
i
(t)；S3，得到每个电压应力水平下的等效威布尔寿命数据，具体步骤如下：S31，计算第i组电压应力水平下的威布尔寿命数据t
i
对应的信度α
i
：其中，t
i
表示第i组电压应力水平下的寿命数据集合；η
i
为威布尔分布的第一参数，m
i
为威布尔分布的第二参数，i＝1，2，...，l；S32，计算第p组电压应力水平下的寿命数据在第i组电压应力水平下的等效寿命数据τ
i
‑
p
，i，p＝1，2，...，l，i≠p将各组电压应力水平下等效寿命数据τ
i
‑1，τ
i
‑2，...，τ
i
‑
l
和t
i
按照从小到大的顺序重新排列，组成第i组电压应力水平下的等效威布尔寿命数据τ
i，*
：其中，S33，利用等效寿命数据τ
i，*
，使用步骤S2的方式计算获得等效威布尔寿命分布，使用步骤S2的方式计算获得等效威布尔寿命分布其中，t表示寿命，表示等效威布尔分布第一参数，表示等效威布尔分布第二参数；S4，根据等效威布尔寿命分布计算第i组电压应力水平下的调协威布尔寿命分布Υ
i
(t)；S5，列出关注的信度并计算第i组电压应力水平下信度对应的分位值其中，为所关注信度α
new
中的第h个信度值，为第i组电压应力水平下信度对应的分位值S6，得到各信度水平下电压应力
‑
寿命函数；
S7，得到选定电压应力V0水平下的威布尔寿命分位值S8，使用最小二乘模型得到选定电压应力V0水平下的寿命分布Ψ0(t)：其中，Ψ0(t)表示选定电压应力V0水平下的寿命分布，为根据最小二乘模型获得的参数最小二乘估计值。2.根据权利要求1所述的电子产品在电压应力作用下的小样本试验寿命预测方法，其特征在于：还包括步骤S9，获取可靠度和MTBF指标评价，主要步骤如下：S91，获取可靠度函数R(t)：S92，根据公式(32)获取给定时间T下的可靠度R
T
；S93，获取MTBF：其中，为根据最小二乘模型获得的参数最小二乘估计值；Γ()为伽玛函数。3.根据权利要求1所述的电子产品在电压应力作用下的小样本试验寿命预测方法，其特征在于：所述步骤S2，依照矩模型，得到第i组电压应力水平下的威布尔寿命分布形式F
i
(t)；具体包括以下步骤：S21，各组电压应力水平下的威布尔寿命分布形式F
i
(t)为：其中，η
i
为威布尔分布的第一参数，m
i
为威布尔分布的第二参数，t为寿命，i＝1，2，...，l；S22，根据定义得到均值、方差、经验期望和经验方差的关系式；S23，根据不确定理论，使用均值、方差、经验期望和经验方差的关系式建立矩模型，如公式(7)所示：其中，S24，求解矩模型，将得到的各电压应力水平...

【专利技术属性】
技术研发人员：祖天培，李沛萱，文美林，康锐，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：