專利名稱：一種實(shí)用的電子產(chǎn)品壽命評(píng)估模型參數(shù)高精度萃取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種實(shí)用的電子產(chǎn)品壽命評(píng)估模型參數(shù)高精度萃取方法，尤其涉及一 種雙分布K-S檢驗(yàn)方法和Monte-Carlo仿真方法相結(jié)合，并利用有限試驗(yàn)失效數(shù)據(jù)對(duì)模型 參數(shù)進(jìn)行萃取的方法，屬于電子產(chǎn)品壽命評(píng)估和可靠性預(yù)計(jì)技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前，工程實(shí)際中主要采用GJB/Z 299C(我國(guó)軍標(biāo)-電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì)手冊(cè)) 以及MIL-HDBK-217F(美國(guó)軍標(biāo)-電子設(shè)備可靠性預(yù)計(jì))等標(biāo)準(zhǔn)或手冊(cè)來(lái)對(duì)電子產(chǎn)品/設(shè) 備的失效率進(jìn)行預(yù)計(jì)。這種基于標(biāo)準(zhǔn)或手冊(cè)的方法，是一種以大量的失效統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(包括 現(xiàn)場(chǎng)或?qū)嶒?yàn)室統(tǒng)計(jì))為基礎(chǔ)的概率統(tǒng)計(jì)方法，其正確性受到越來(lái)越多的質(zhì)疑。同時(shí)，由于電 子產(chǎn)品自身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，及其發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于失效統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的積累速度，存在著標(biāo)準(zhǔn) 或手冊(cè)中沒(méi)有提供相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)某些電子產(chǎn)品進(jìn)行預(yù)計(jì)的問(wèn)題。此外，基于標(biāo)準(zhǔn)或手冊(cè)的方 法只能對(duì)失效率進(jìn)行預(yù)計(jì)，而無(wú)法對(duì)電子產(chǎn)品經(jīng)歷了包括使用環(huán)境在內(nèi)的壽命周期環(huán)境后 的壽命進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)估或預(yù)測(cè)。基于失效物理模型的壽命評(píng)估及預(yù)測(cè)方法可以解決上述存在的問(wèn)題，已在工程實(shí) 際中得到了初步應(yīng)用。然而，在實(shí)際使用過(guò)程中，存在著不確定性因素影響模型準(zhǔn)確性、以 及模型參數(shù)難以萃取等問(wèn)題，限制了基于失效物理模型方法的工程應(yīng)用范圍和效果。如果 能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)失效物理模型參數(shù)的準(zhǔn)確萃取，就可以提供與實(shí)際情況吻合的壽命評(píng)估模型基 礎(chǔ)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的壽命評(píng)估，可以提高基于失效物理模型方法的工程適用性，并擴(kuò)大其 應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種將雙分布K-S檢驗(yàn)方法和Monte-Carlo仿真方 法相結(jié)合，并利用有限試驗(yàn)失效數(shù)據(jù)對(duì)失效物理模型參數(shù)進(jìn)行萃取的方法。本發(fā)明一種實(shí)用的電子產(chǎn)品壽命評(píng)估模型參數(shù)高精度萃取方法，它包括如下步 驟(1)確定用于壽命評(píng)估的失效物理模型及待萃取的模型參數(shù)A ；(2)獲取電子產(chǎn)品幾何參數(shù)和材料參數(shù)的均值(規(guī)范值)和上下限，并采用工藝能 力指數(shù)Cpk表征其不確定性；(3)根據(jù)電子產(chǎn)品幾何參數(shù)和材料參數(shù)的規(guī)范值(均值)估算給定失效物理模型 的初始模型參數(shù)Atl;(4)根據(jù)幾何參數(shù)和材料參數(shù)服從的分布類型(如正態(tài)分布等)抽樣獲得幾何參 數(shù)和材料參數(shù)的隨機(jī)值；(5)利用失效物理模型并結(jié)合Monte-Carlo仿真方法獲得電子產(chǎn)品壽命的隨機(jī) 值；(6)根據(jù)壽命隨機(jī)值得到電子產(chǎn)品基于失效物理模型的壽命理論分布函數(shù)F(t)；
權(quán)利要求
1.一種實(shí)用的電子產(chǎn)品壽命評(píng)估模型參數(shù)高精度萃取方法，其特征在于它包括如下 步驟(1)確定用于壽命評(píng)估的失效物理模型及待萃取的模型參數(shù)A；(2)獲取電子產(chǎn)品幾何參數(shù)和材料參數(shù)的均值(規(guī)范值)和上下限，并采用工藝能力指 數(shù)Cpk表征其不確定性；(3)根據(jù)電子產(chǎn)品幾何參數(shù)和材料參數(shù)的規(guī)范值(均值)估算給定失效物理模型的初 始模型參數(shù)Atl;(4)根據(jù)幾何參數(shù)和材料參數(shù)服從的分布類型(如正態(tài)分布等)抽樣獲得幾何參數(shù)和 材料參數(shù)的隨機(jī)值；(5)利用失效物理模型并結(jié)合Monte-Carlo仿真方法獲得電子產(chǎn)品壽命的隨機(jī)值；(6)根據(jù)壽命隨機(jī)值得到電子產(chǎn)品基于失效物理模型的壽命理論分布函數(shù)F(t)；(7)采用殘存比率法對(duì)試驗(yàn)失效數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到電子產(chǎn)品基于有限試驗(yàn)失效數(shù)據(jù) 的壽命經(jīng)驗(yàn)分布函數(shù)Fn (t)；(8)利用K0Imogorov-Smirnov(K-S)檢驗(yàn)方法對(duì)上述兩個(gè)壽命分布函數(shù)的擬合度進(jìn)行 檢驗(yàn)；(9)對(duì)模型參數(shù)Ai進(jìn)行尋優(yōu)萃取，直到獲得擬合度最優(yōu)的模型參數(shù)A*。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)用的電子產(chǎn)品壽命評(píng)估模型參數(shù)高精度萃取方法， 其特征在于在步驟(1)中所述用于壽命評(píng)估的失效物理模型可以通過(guò)大量公開(kāi)發(fā)表的文 獻(xiàn)、報(bào)告等獲得，在模型實(shí)際應(yīng)用前需對(duì)其模型參數(shù)進(jìn)行確定，才能保證壽命評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn) 確性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)用的電子產(chǎn)品壽命評(píng)估模型參數(shù)高精度萃取方法，其 特征在于在步驟⑵中所述電子產(chǎn)品幾何參數(shù)和材料參數(shù)的均值(規(guī)范值)和上下限可 從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、工藝等原始材料信息中獲得。所述工藝能力指數(shù)Cpk反映了產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝 水平，可以用以定量描述產(chǎn)品工藝參數(shù)的不確定性，其計(jì)算公式為^ . rUSL-μ μ-LSL飛Cpk = min[-]3σ 3σ式中，USL和LSL分別是產(chǎn)品工藝參數(shù)規(guī)范的上限和下限；ο是工藝參數(shù)分布的標(biāo)準(zhǔn)偏 差；μ是工藝參數(shù)分布的中心/均值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)用的電子產(chǎn)品壽命評(píng)估模型參數(shù)高精度萃取方法，其 特征在于在步驟(3)中所述失效物理模型的初始模型參數(shù)Atl是將模型中幾何參數(shù)和材料 參數(shù)取均值后確定，也可不考慮參數(shù)均值而直接取值為推薦數(shù)值或任意數(shù)值(取值會(huì)影響 后面的尋優(yōu)萃取時(shí)間)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)用的電子產(chǎn)品壽命評(píng)估模型參數(shù)高精度萃取方法，其 特征在于在步驟(4)中所述幾何參數(shù)和材料參數(shù)服從的分布類型一般可根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和 歷史數(shù)據(jù)確定，一般包括正態(tài)分布、對(duì)數(shù)正態(tài)分布、威布爾分布等。抽樣可直接借助現(xiàn)有計(jì) 算機(jī)抽樣程序?qū)崿F(xiàn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)用的電子產(chǎn)品壽命評(píng)估模型參數(shù)高精度萃取方法，其 特征在于在步驟(5)中所述Monte-Carlo仿真方法是一種常用的抽樣仿真方法，即將失效 物理模型中的參數(shù)分別取抽樣值后得到相應(yīng)的仿真計(jì)算結(jié)果。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)用的電子產(chǎn)品壽命評(píng)估模型參數(shù)高精度萃取方法，其 特征在于在步驟(6)中所述壽命理論分布函數(shù)F(t)是根據(jù)上述抽樣計(jì)算結(jié)果直接得到 的，由于是基于失效物理模型獲得的，稱為理論分布函數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)用的電子產(chǎn)品壽命評(píng)估模型參數(shù)高精度萃取方法，其 特征在于在步驟(7)中所述殘存比率法是一種可用于處理有“刪除樣本”的隨機(jī)截尾試驗(yàn) 結(jié)果，計(jì)算產(chǎn)品的經(jīng)驗(yàn)分布函數(shù)Fn(t)。具體有產(chǎn)品在某時(shí)刻、的累積失效分布函數(shù)為, (o=i-觀—ο.雄)=卜 觀)式中，S(ti)為產(chǎn)品在時(shí)間區(qū)間(tg，ti)內(nèi)的殘存概率，是一個(gè)條件概率，表示在時(shí) 刻能完好工作的產(chǎn)品繼續(xù)工作至ti時(shí)刻尚能完好工作的概率，可由下式計(jì)算雄)MO‘nSiti-C)式中，nD為在、時(shí)刻仍能正常工作的樣品數(shù)；Ar(ti)為在時(shí)間區(qū)間(Wti)內(nèi) 的失效數(shù)，其中ns{t,) = H-Y^Aritj)+ /^kitj)]J=I式中，η為試驗(yàn)的樣本量；Ak(tp為在時(shí)間區(qū)間(ty，、)內(nèi)的刪除樣品數(shù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)用的電子產(chǎn)品壽命評(píng)估模型參數(shù)高精度萃取方法，其 特征在于在步驟(8)中所述Kolmogorov-Smirnova-S)檢驗(yàn)方法可以用于檢驗(yàn)兩組數(shù)據(jù) 樣本總體分布是否顯著不同?？梢栽谟邢奘?shù)據(jù)情形下，對(duì)上述模型理論分布和試驗(yàn)經(jīng) 驗(yàn)分布的擬合度進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)?？梢宰鋈缦略僭O(shè)H 模型理論分布F(t)=試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)分布Fn(t)考慮試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)分布和模型理論分布上每一點(diǎn)的偏差(Dn)，并取其最大者判斷是否能夠 通過(guò)檢驗(yàn)。對(duì)于隨機(jī)截尾樣本而言，可以構(gòu)造如下檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量 ro=sup|F (0-F(0|式中，、為試驗(yàn)截尾時(shí)間，F(xiàn)n(t)為試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)分布函數(shù)，F(xiàn)(t)為模型理論分布函數(shù)。進(jìn)一步地，有沖(、)為到截尾時(shí)間、時(shí)的理論故障數(shù)(η為試驗(yàn)樣本量)，稱之為截尾 點(diǎn)，用R。表示。有判據(jù)滿足如下關(guān)系式Ρ{Τ0>Τη,α} = a式中，α為顯著性水平，Tn, a為檢驗(yàn)的臨界值，可根據(jù)式Tn, a =k/n計(jì)算得到。其中， k值可根據(jù)R。和α的取值在《可靠性試驗(yàn)用表》中查得。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)用的電子產(chǎn)品壽命評(píng)估模型參數(shù)高精度萃取方法， 其特征在于在步驟(9)中所述尋優(yōu)萃取是指依次確定不同的模型參數(shù)Ai,得到不同的模 型理論分布，分別與經(jīng)驗(yàn)分布進(jìn)行擬合度檢驗(yàn)，當(dāng)計(jì)算得到的檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量Ttl滿足式Ttl < Tn, a時(shí)，將接受原假設(shè)，即模型理論分布與試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)分布相同，最終萃取得到達(dá)到最優(yōu)擬合度 的模型參數(shù)A*。
全文摘要
一種實(shí)用的電子產(chǎn)品壽命評(píng)估模型參數(shù)高精度萃取方法包括如下步驟(1)確定失效物理模型及待萃取的模型參數(shù)；(2)獲取產(chǎn)品幾何和材料參數(shù)的均值和上下限，并采用工藝能力指數(shù)表征其不確定性；(3)根據(jù)產(chǎn)品幾何和材料參數(shù)的均值估算失效物理模型的初始模型參數(shù)；(4)根據(jù)幾何和材料參數(shù)的分布類型抽樣獲得其隨機(jī)值；(5)結(jié)合Monte-Carlo仿真方法獲得產(chǎn)品壽命的隨機(jī)值；(6)根據(jù)壽命隨機(jī)值得到產(chǎn)品壽命的理論分布函數(shù)；(7)采用殘存比率法對(duì)試驗(yàn)失效數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得到產(chǎn)品壽命的經(jīng)驗(yàn)分布函數(shù)；(8)利用K-S檢驗(yàn)方法對(duì)上述兩個(gè)壽命分布函數(shù)的擬合度進(jìn)行檢驗(yàn)；(9)對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行尋優(yōu)萃取，直到獲得擬合度最優(yōu)的模型參數(shù)。
文檔編號(hào)G06F19/00GK102103658SQ201010572200
公開(kāi)日2011年6月22日 申請(qǐng)日期2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月3日
發(fā)明者任羿, 馮強(qiáng), 孫博, 曾聲奎, 郭健彬, 馬紀(jì)明 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)