产品突然死亡试验法Sudden Death Test(SDT)及其数据可靠性分析
一、关于突然死亡试验方法
Johnson在1964年,研究给出了使n个样本中的r个样本失效的试验时间明显小于使r个样本中的r个样本失效的试验时间的结论。
Johnson指出,实际上对于寿命时间服从威布尔分布的样品来说,当形状参数β=1(也称为斜率),使得20个样本中的10个样本失效的平均试验时间大约是使得10个样本中的10个样本都失效的平均试验时间的23.86%。如果是威布尔分布的形状参数β=2时,使得20个样本中的10个样本失效的平均试验时间大约是使得10个样本中的10个样本都失效的平均试验时间的48.85%。如果形状参数β为0.5时,大约是5.69%。也就是说,使用更多的样本进行试验,可以减少试验时间,具体减少的试验时间数量还与产品的形状参数β相关。但是,增加了试验样本,由于未失效样本带来的测试成本以及需要更多测试能力的需求,使得试验的成本也会增加。这就存在一个试验时间、样本量、成本之间的权衡问题。关于如何权衡,后续会介绍。
Johnson称这种将样本进行分组进行试验的方法为突然死亡试验方法(Sudden Death Test),当前很多的抽样检验方法、可靠性试验方法、加速寿命试验(ALT)等也是基于该思想进行设计、改进的。这种试验方法是将样本分成组,然后每组的第一个失效样本出现时截止该组试验。
二、什么是突然死亡试验方法
根据Johnson的表述,突然死亡试验方法(Sudden Death Test)是将n个试验样本分成g组,每组均包含r个样本。对每组样本分别进行试验,直到出现第一个样本失效截止的试验方法,称为突然死亡试验方法。
三、突然死亡试验方法的应用
SDT试验方法在汽车等行业使用较多,包括轴承、车轮、链条等设备的试验都有使用SDT试验方法进行试验。如果试验费用成本高,这种SDT的试验方法较为推荐。另外,如前所述,加速寿命试验其实也是属于SDT。相比较零故障试验或0-1试验,SDT试验的优点是提供了故障数据,但是试验时间会比零故障的贝叶斯试验长。但是,这些额外得到的故障信息对于后续质保非常有用。
四、如何进行突然死亡试验的数据可靠性分析
4.1 滚动轴承的试验数据分析
假设轴承的可靠度要求是50000次循环的可靠度为0.95,置信度为70%。该轴承的制造商需要开展可靠性试验来验证是否满足这个可靠性要求。由于该制造商的试验室只能每次最多进行5个样本的试验,所以设计了20个样本,4组试验的方案。试验时采用按照顺序执行方法。每组试验到出现第一个故障即截止。
组别 | 失效循环次数 |
---|---|
1 | 53275 |
2 | 57863 |
3 | 51195 |
4 | 60958 |
把这些轴承试验数据录入到posweibull软件,第一列添加“失效的循环次数”,类型为数值;第二列为数量,类型为数值;第三列为状态(故障/删失),类型为文本(也可以选择数值,选择数值类型时,可以输入1或者0代表故障或删失)。
然后将失效的循环次数、数量、状态列按照如下图设置。计算方法选择极大似然法(因为有较多的删失数据)。然后点击确定即可计算得到结果。
通过概率图分析、参数估计值、拟合优度检验等,确定该产品适用于威布尔分布进行分析后,点击【寿命计算】按钮,并将时间改为50000,计算得到其可靠度为0.980766,能够满足可靠度大于0.95的要求。
4.2 胶印橡胶毯的突然死亡试验法的可靠性评估
胶版印刷橡胶毯是由多层组成的产品,具有将颜色从基质直接转移到纸张或纸板上的作用。
根据ISO 12636标准,用于工业图形机印刷的胶版印刷橡胶毯分为传统胶版印刷和压缩印刷胶版印刷两类。
印刷机的一个重要特征是其持续工作时间长。根据印刷类型和印刷工作的性质,安装在印刷机上的印刷橡胶毯通常会持续3到6个月,但由于许多外部因素,印刷橡胶毯在第三次印刷(压印)时也经常出现故障,其中更常见的是:来自空间的灰尘,来自纸张本身的灰尘(其在纸张格式化期间从切割中出现)、来自干燥的油漆以及来自其他固体物体(其可以从待打印纸张的厚度粘到打印橡胶本身上),通常情况下,印刷橡胶毯也会因安装和调整不当、生产过程中的缺陷或非品牌制造商的本身缺陷而使机器无法工作。
由于印刷用橡胶毯的寿命时间较长,为缩短试验时间,使用突然死亡试验方法进行可靠性试验。共设计了50个样本的试验,分成10组,每组5个橡胶毯进行试验。试验过程中,当出现第一个橡胶毯无法再进行印刷则停止。
将试验的数据录入到PosWeibull软件中,第一列为组别、第二列是橡胶毯故障时间(不能印刷的时间)、第三列是数量、第四列是故障/删失状态。使用威布尔分布、极大似然法进行分析,得到了该橡胶毯的寿命数据估计结果。
五、注意事项
使用突然死亡法进行可靠性试验时,通常是用于产品验收试验,它的优势是能够缩短试验时间。
但是,使用该方法进行试验的时候,还是有较多的地方需要注意的,比如根据产品的故障特点判断是否适用等。详细的注意事项可咨询我们了解更多。