竞争失效分析方法及注意事项
一、什么是竞争失效分析
竞争失效分析(Competing Failure Analysis)是一种特殊类型的寿命数据分析,其目的是在存在竞争模式下估计产品的故障概率。
通常情况,产品的失效原因是多种多样,产品的失效往往是由于其中的一种或者多种原因(故障模式)导致的。到底是哪种故障模式导致的失效,这就存在竞争失效问题(也称为竞争风险,Competing risks)。当我们发现所收集到的寿命数据存在竞争失效时,必须引起注意,否则会得到错误的分析结果。由于收集到的故障数据都是来自于同样的产品,一般情况下我们不希望把这些数据分割成独立的多组数据单独分析。此时,我们可以使用竞争失效模型对这些寿命数据进行分析。我们可以将产品的失效当作串联系统可靠性模型,每一个故障模式都是串联系统的一个模块。竞争失效分析是将故障数据按照故障模式分组进行分析(这里的分组不是认为他们之间相互独立,后续会详细介绍),然后将各故障模式的分析结果综合起来,求出产品的可靠性分析结果。
二、忽略竞争失效会有哪些影响
在分析寿命数据分析的时候,往往习惯性地将采集到的故障数据录入Posweibull等软件,然后直接就选择分布进行分析,而没有深入分析这些采集的寿命数据是否存在异常数据、是否存在不同故障模式的问题。这样的处理方式,可能造成选错分布类型并得到错误的可靠性分析结果。其实,在采集样品的故障数据时,通常都会记录下样品故障的现象,甚至进行失效分析、确定失效模式。如果能够较好利用这些信息,那么在做寿命数据处理时,就可以对寿命数据按照故障模式进行分组,然后使用竞争失效模型进行分析,将会得到更为贴近产品实际可靠性水平的分析结果。
三、竞争失效的寿命数据有哪些特点
在分析寿命数据时,将寿命数据录入到软件并进行寿命分析后,查看概率图(威布尔纸)上的数据点是否在一条直线上。如果具有明显的弯曲曲线形状、多段曲线形状时,需要考虑所分析的寿命数据是否存在不同故障模式(不同批次,关于不同批次问题,专门进行介绍)问题。如下图所示的故障数据,存在竞争失效的可能性。
四、竞争失效分析方法
为分析包含多个故障模式的寿命数据,我们需要分别对每个故障模式的数据进行分析。假设已按照故障模式类别对寿命数据进行了分析(若未明确是否存在多个故障模式,则需要先进行是否存在多故障模式的判断),在对每个故障模式的数据分析时,我们把其它故障模式的数据当作删失处理。假设产品A的寿命数据共1、2、3共3个样本,分别包含故障模式A1、A2、A3共3种故障模式。在分析故障模式A的时候,我们把A2、A3故障模式对应的寿命数据设置为删失。为什么假设为删失呢?假设样本编号为2的样本在T2时间出现故障模式A2,样本编号为3的样本在时间T3出现A3故障模式。当在一定时间后(T2或T3后一段时间),理论上样本2和样本3也会出现故障模式A1,只是先出现了故障模式A2或A3,导致没有监测到A1故障模式的出现。所以,在分析故障模式A1时,假设样本2和样本3是删失的,即没监测到A1出现(但是在一定时间后,会出现)。
当分析得到了各故障模式的可靠性分析结果,即可使用串联系统可靠性分析理论可得到产品的可靠性分析结果。
n——是故障模式个数。
上面的分析方法是假设已知寿命数据的具体故障模式的情况。当不清楚寿命数据是否包含多个故障模式的时候,需要先进行判断,然后再确定是否采用竞争失效模型进行寿命数据分析。
对于已知分组的寿命数据竞争失效分析、未知分组的寿命数据竞争失效分析,均可使用最新版的Posweibull的竞争失效分析模块进行分析。
五、竞争失效分析使用注意事项
在使用竞争失效分析方法时,需要注意:
(1)不能够仅仅因为竞争失效模型比单个分布(如威布尔分布)更适合寿命数据而使用竞争风险模型,但如果寿命数据确实有多种故障模式存在,则应该使用竞争风险模型;
(2)如果明确知道收集的寿命数据包含多个故障模式,那么可以使用竞争失效模型。
(3)我们判断是否要采用竞争失效模型,可以选择竞争失效模型以及其它分布模型,对比查看拟合优度值AICc或BIC、AD值等。AICc或BIC值越靠近0,拟合效果越好。
(4)在处理寿命数据时,通常存在到底选择竞争失效还是选择混合威布尔分布模型问题。对于这种情况,可以借助AICc、BIC值进行判断选择。