基于模糊層次分析法的系統(tǒng)加速驗(yàn)證試驗(yàn)設(shè)計(jì)*

李鵬，黨煒，李桃，呂從民?

(1 中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心， 北京 100094； 2 中國科學(xué)院大學(xué)， 北京 100049； 3 北京自動化工程學(xué)校， 北京 100101)

可靠性驗(yàn)證試驗(yàn)(reliability demonstration test, RDT)通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法驗(yàn)證產(chǎn)品失效率、平均故障間隔時間(mean time to failure, MTBF)等壽命、可靠性參數(shù)是否達(dá)到規(guī)定要求，其目的在于使訂購方拿到合格的產(chǎn)品，同時承制方也能了解產(chǎn)品的壽命與可靠性[1]，一般采用真實(shí)應(yīng)力條件，其試驗(yàn)時間主要取決于待驗(yàn)證的可靠性水平和選用的統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方案，在GJB899A-2009“可靠性鑒定與驗(yàn)收試驗(yàn)”中給出了各類可靠性驗(yàn)證試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方案[2]。在航空航天領(lǐng)域等大多數(shù)工程應(yīng)用場合，系統(tǒng)級產(chǎn)品通常逐一采用典型溫度、振動等單項(xiàng)環(huán)境試驗(yàn)替代實(shí)際綜合應(yīng)力可靠性試驗(yàn)，開展鑒定、驗(yàn)收試驗(yàn)，對產(chǎn)品指標(biāo)進(jìn)行保守驗(yàn)證，得出“通過與否”的定性結(jié)論，僅對關(guān)鍵重要的壽命敏感部組件開展壽命評估試驗(yàn)。

為了節(jié)約時間與成本，通常采用“數(shù)理統(tǒng)計(jì)+故障物理”的可靠性加速驗(yàn)證試驗(yàn)(reliability accelerated demonstration test, RADT)方法，在失效機(jī)理不變的前提下增加應(yīng)力水平，在短時間內(nèi)獲得更多試驗(yàn)數(shù)據(jù)，基于加速數(shù)據(jù)對正常條件下產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)進(jìn)行評估驗(yàn)證。國內(nèi)外學(xué)者對RADT方案設(shè)計(jì)的研究按數(shù)據(jù)類型主要分為基于壽命數(shù)據(jù)和基于退化數(shù)據(jù)兩類。

在基于壽命數(shù)據(jù)(失效數(shù)和失效時間)的加速驗(yàn)證試驗(yàn)方面，Guo和Liao[3]從理論和應(yīng)用兩方面闡釋基于失效數(shù)和基于失效時間的兩類可靠性驗(yàn)證方法；Yadav等[4]按嚴(yán)酷度等級將系統(tǒng)可靠度分解，對特定失效機(jī)理及物理單元開展可靠性驗(yàn)證試驗(yàn)；Li等[5]針對多失效模式產(chǎn)品，將可靠性指標(biāo)分解至各環(huán)境應(yīng)力，建立綜合加速模型，提出系統(tǒng)多應(yīng)力加速驗(yàn)證試驗(yàn)方法，并給出試驗(yàn)剖面；Xu等[6]分別對服從指數(shù)分布和威布爾分布的兩類負(fù)載均衡系統(tǒng)提出驗(yàn)證方法；Chen等[7]提出一套加速試驗(yàn)剖面建立方法，考慮多失效機(jī)理推導(dǎo)出理論壽命模型；Chen等[8]為克服傳統(tǒng)0-1失效的二態(tài)可靠性驗(yàn)證試驗(yàn)缺陷，針對多時段、多失效模式的可靠性指標(biāo)驗(yàn)證問題提出多態(tài)可靠性驗(yàn)證試驗(yàn)方法；Kleyner[9]討論現(xiàn)場應(yīng)力變化對所驗(yàn)證的可靠性指標(biāo)的影響，指出應(yīng)力的不確定性會給驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果帶來極大的誤差；Xu等[10]研究可靠性增長情況下的可靠性驗(yàn)證試驗(yàn)，提出基于冪律增長模型的可靠性驗(yàn)證優(yōu)化新模型。

在基于性能退化的加速驗(yàn)證試驗(yàn)方面，Chang等[11]比較分析采用基于退化和基于零失效的氣缸可靠性鑒定試驗(yàn)，得到基于性能退化數(shù)據(jù)的驗(yàn)證方法可縮短試驗(yàn)時間，節(jié)省試驗(yàn)樣本的結(jié)論；Xu等[12]提出一種故障物理結(jié)合統(tǒng)計(jì)分析的建模方法，利用自適應(yīng)卡爾曼濾波方法對可靠性和壽命進(jìn)行驗(yàn)證；Jin和Matthews[13]針對長壽命產(chǎn)品樣本量不足的問題，提出基于Wiener過程的驗(yàn)證試驗(yàn)方法，分析比較固定樣本、序貫概率比試驗(yàn)，以及序貫貝葉斯決策的優(yōu)劣，建立基于加速退化模型的驗(yàn)證試驗(yàn)優(yōu)化方法；Luo等[14-15]提出基于可靠性分配的競爭失效場合加速驗(yàn)證方法，以及模型參數(shù)未知時基于加速退化試驗(yàn)的可靠性驗(yàn)證試驗(yàn)方法；Zhang等[16]基于Gamma退化過程提出RADT方法，推導(dǎo)嚴(yán)酷應(yīng)力下等效可靠性指標(biāo)，建立費(fèi)用約束下的應(yīng)力水平、樣本大小、平均失效時間的優(yōu)化方案。

現(xiàn)有的RADT設(shè)計(jì)理論和方法正在逐漸豐富和完善中，但一方面難以獲取足量失效數(shù)據(jù)或性能監(jiān)測數(shù)據(jù)，另一方面復(fù)雜系統(tǒng)存在失效機(jī)理、模型未知、多應(yīng)力耦合失效等難題。在工程應(yīng)用場合，IEC62506產(chǎn)品加速試驗(yàn)方法采用等分配法將可靠性指標(biāo)均等分配給各環(huán)境應(yīng)力，再采用加速應(yīng)力來驗(yàn)證產(chǎn)品可靠性指標(biāo)?；诖耍梃b可靠性指標(biāo)按環(huán)境應(yīng)力進(jìn)行分配的思路，全面分析可靠性影響因素，研究系統(tǒng)可靠性指標(biāo)分配新方法，將可靠性指標(biāo)轉(zhuǎn)換為加速應(yīng)力下的目標(biāo)可靠性參數(shù)，旨在解決多元件多失效模式，多應(yīng)力類型多量級水平綜合加速因子確定方法，以及關(guān)聯(lián)失效模式等難題。

為解決RDT時間長、花費(fèi)高的問題，快速驗(yàn)證系統(tǒng)可靠性指標(biāo)，本文提出一種基于模糊層次分析法的系統(tǒng)加速驗(yàn)證試驗(yàn)方法。利用模糊層次分析法將系統(tǒng)任務(wù)可靠性指標(biāo)分配給關(guān)鍵單元所經(jīng)受的各環(huán)境應(yīng)力；利用加速因子不變原則求得總加速因子，基于應(yīng)力強(qiáng)度干涉模型和加速模型，設(shè)計(jì)加速試驗(yàn)剖面，結(jié)合統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方案，構(gòu)建RADT方案；最后結(jié)合案例分析比較不同設(shè)計(jì)方法的差異，驗(yàn)證本方法的優(yōu)越性。

1 系統(tǒng)加速驗(yàn)證試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)失效對應(yīng)映射關(guān)系為功能→結(jié)構(gòu)→失效模式/機(jī)理→環(huán)境應(yīng)力，如圖1所示，由可靠性框圖和故障模式、機(jī)理與影響分析對系統(tǒng)可靠性指標(biāo)按功能、結(jié)構(gòu)、機(jī)理、應(yīng)力4層次分解。通過功能分析推斷系統(tǒng)無法正常運(yùn)行導(dǎo)致的功能失效，對應(yīng)于參與完成某功能的子系統(tǒng)或部組件，通過失效分析獲取致使某單元無法完成規(guī)定功能的失效模式機(jī)理，對應(yīng)各環(huán)境應(yīng)力。分析產(chǎn)品可靠性影響因素，對系統(tǒng)失效進(jìn)行加速試驗(yàn)機(jī)理分析和建模，可靠性模型表征各功能、各結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系；壽命模型刻畫壽命特征隨時間的變化關(guān)系；加速模型描述產(chǎn)品壽命特征與加速應(yīng)力水平間的物理化學(xué)關(guān)系。通過分析產(chǎn)品的失效模式、機(jī)理及其影響定位導(dǎo)致產(chǎn)品功能障礙的設(shè)計(jì)薄弱環(huán)節(jié)，確定主失效機(jī)理及其對應(yīng)的工作、環(huán)境應(yīng)力[17]。

圖1 系統(tǒng)加速試驗(yàn)機(jī)理分析與建模Fig.1 Analysis and modeling of system-level accelerated test

系統(tǒng)加速驗(yàn)證試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)如圖2所示。首先，根據(jù)模糊層次分析法將系統(tǒng)可靠性指標(biāo)按系統(tǒng)單元所經(jīng)受的各應(yīng)力進(jìn)行分配，結(jié)合產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)剖面，利用應(yīng)力強(qiáng)度干涉模型，可得各驗(yàn)證試驗(yàn)中各應(yīng)力放大系數(shù)；然后考慮試驗(yàn)可行性，根據(jù)試驗(yàn)設(shè)備能力以及由強(qiáng)化試驗(yàn)或歷史經(jīng)驗(yàn)確定的產(chǎn)品應(yīng)力極限聯(lián)合確定應(yīng)力類型和施加范圍，計(jì)算各應(yīng)力加速因子，結(jié)合放大系數(shù)獲得產(chǎn)品加速試驗(yàn)剖面；最后，選取合適的驗(yàn)證試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方案，結(jié)合各應(yīng)力綜合加速因子，可設(shè)計(jì)得到系統(tǒng)加速驗(yàn)證試驗(yàn)方案。

圖2 系統(tǒng)加速驗(yàn)證試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)流程Fig.2 Procudure of system-level RADT design

2 模糊層次分析法

將系統(tǒng)可靠性影響因素自上而下按層次分解，同一層的因素既對上一層有影響，又受到下一層作用。建立如圖3所示的3層次結(jié)構(gòu)模型：目標(biāo)層對應(yīng)系統(tǒng)某功能的任務(wù)可靠性指標(biāo)；準(zhǔn)則層對應(yīng)組成系統(tǒng)的各結(jié)構(gòu)單元；對象層對應(yīng)影響各子系統(tǒng)可靠性的應(yīng)力。

圖3 可靠性分配層次結(jié)構(gòu)模型Fig.3 Hierarchical structure model for reliability allocation

第1步，由模糊分配法得到各單元分配權(quán)重ωi。首先確定影響因素，利用梯形模糊數(shù)進(jìn)行模糊量化，采用線性規(guī)劃法處理梯形模糊除法、質(zhì)心法去模糊，最后通過多級模糊綜合評判法進(jìn)行分配。第2步，通過三標(biāo)度層次分析法得到各單元與應(yīng)力的權(quán)重γij[18-20]。因此系統(tǒng)可靠性指標(biāo)按環(huán)境應(yīng)力類型分配權(quán)重為

ηij=ωiγij，

(1)

當(dāng)系統(tǒng)組成為串聯(lián)結(jié)構(gòu)時，各環(huán)境應(yīng)力對應(yīng)的可靠度為

Rij=Rwij.

(2)

式中，歸一化權(quán)重為wij=ηij/∑ηij。

2.1 模糊分配法

1) 建立因素集、因素子集和備擇集

如表1所示，綜合考慮設(shè)計(jì)制造、系統(tǒng)屬性、使用維護(hù)等3類系統(tǒng)可靠性影響因素，構(gòu)建因素集U={U1,U2,U3}，進(jìn)一步將各因素細(xì)分為費(fèi)用、工藝水平、復(fù)雜性、技術(shù)難度、工作時間、嚴(yán)酷度、維修度等子因素，因素子集為U1={u11,u12}，U2={u21,u22,u23}，U3={u31,u32}。根據(jù)可靠性分配原則，費(fèi)用、復(fù)雜度、技術(shù)難度、維修水平與權(quán)重成正比，工藝水平、工作時間、嚴(yán)酷度與權(quán)重成反比。

表1 因素模糊評價(jià)表Table 1 Fuzzy rating for reliability allocation factors

其中，↑為正相關(guān)，↓為負(fù)相關(guān)。

因此，各因素比例系數(shù)為A1=u11/u12，A2=u21u22/u23，A3=u32/u31。

(3)

對多級模糊評判，備擇集元素為各結(jié)構(gòu)單元，可設(shè)為S={S1,S2,…，SM}，其中M為單元個數(shù)。

2) 建立因素評價(jià)集和相應(yīng)分值集

考慮專家評判不確定性，采用梯形模糊數(shù)來量化模糊術(shù)語，低、中、高、極高等模糊邏輯對應(yīng)的評價(jià)集分別為(7,8,9,10)、(5,6,7,8)、(3,4,5,6)、(1,2,3,4)，隸屬度函數(shù)如圖4所示。

圖4 因素及隸屬度函數(shù)的模糊評級Fig.4 Fuzzy rating for factor and membership function

各評價(jià)等級對應(yīng)著隸屬度，即各等級的標(biāo)準(zhǔn)量化值，其取值由各因素對綜合評分?jǐn)?shù)的作用效果確定。從低到高4個等級的隸屬度組成分值集，可記為V=(v1,v2,v3,v4)=(0.25,0.5,0.75,1)。

3) 確定權(quán)重集和權(quán)重子集

(4)

(5)

約束條件如下式所示：

(6)

目標(biāo)函數(shù)可寫成

Maxf(x)=xr-xl.

(7)

(8)

4) 多級模糊綜合評判

對類因素中各子因素進(jìn)行一級模糊綜合評判，通過綜合子因素的各評價(jià)等級對對象取值的貢獻(xiàn)，做出單因素評判。由k名專家對子因素uij分別按低、中、高、極高4個評價(jià)等級進(jìn)行隸屬度值評分，評分區(qū)間為[0,1]，那么第i個因素的等級評判矩陣為

(9)

式中:rpqk表示第k個專家對類因素p中第q個子因素的評價(jià)，φk為各專家評分權(quán)重系數(shù)。

結(jié)合子因素權(quán)重集Ap按第p個因素的各子因素進(jìn)行綜合評判，即可得到一級模糊綜合評判

Bp=Ap·Rp.

(10)

一級模糊綜合評判反映一個因素對評分系數(shù)取值的影響，因此R可作為二級模糊綜合評判的單因素評判矩陣，表示為

(11)

結(jié)合因素權(quán)重集A，對所有因素進(jìn)行綜合評判便得到二級模糊綜合評判集

B=A·R.

(12)

綜合考慮所有影響可靠度分配的因素后，各單元對可靠性水平要求的隸屬度，即反映了各單元對可靠度要求的相對高低程度。

單元的綜合評價(jià)分值即分配權(quán)重表示為

ω=B·VT.

(13)

2.2 層次分析法

產(chǎn)品全壽命周期下的可靠度是各應(yīng)力共同作用的結(jié)果。航天電子產(chǎn)品在壽命周期內(nèi)需要經(jīng)歷振動、沖擊等地面運(yùn)輸環(huán)境，溫度、濕度等儲存環(huán)境，振動、沖擊、噪聲及加速度等發(fā)射環(huán)境；真空、高低溫、微重力、電磁環(huán)境、高能粒子輻射等空間環(huán)境。為簡化模型，不失一般性地假設(shè)電子產(chǎn)品主要環(huán)境應(yīng)力為溫度、振動、濕度應(yīng)力，同時忽略各環(huán)境應(yīng)力間未知的相互作用，僅分析溫度駐留、溫度循環(huán)、振動、濕度造成的電子產(chǎn)品失效。因此，產(chǎn)品的可靠度為

R(t)=RC(t)·RD(t)·RV(t)·RH(t).

(14)

式中:R(t)表示系統(tǒng)可靠性指標(biāo)；RC(t),RD(t),RV(t)和RH(t)分別為溫度循環(huán)、溫度駐留、振動、濕度應(yīng)力下的產(chǎn)品可靠度。

系統(tǒng)可靠性指標(biāo)需要通過試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，那么應(yīng)將可靠性以產(chǎn)品各個可靠性乘積的形式分配到上式中，因此采用表2中三標(biāo)度層次分析法。

表2 三標(biāo)度層次分析法算法[21]Table 2 Algorithm of three-scale AHP method

3 加速驗(yàn)證試驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)總加速因子

加速應(yīng)力水平不超過產(chǎn)品工作極限時，失效機(jī)理保持不變[22]。試驗(yàn)中單位時間內(nèi)造成的損傷可通過增加應(yīng)力的水平進(jìn)行適當(dāng)加速。每種故障模式被其中一種或多種應(yīng)力加速。根據(jù)加速因子不變原則，加速應(yīng)力和正常應(yīng)力下產(chǎn)品累積失效概率相等：

FA(tA)=F(t).

(15)

電子產(chǎn)品壽命服從指數(shù)分布，失效函數(shù)為

F(t)=1-exp(-λt).

(16)

轉(zhuǎn)換后發(fā)現(xiàn)加速試驗(yàn)本質(zhì)是對失效率加速：

(17)

式中：λA和λ分別為加速條件和實(shí)際使用下的失效率；λ由系統(tǒng)可靠性指標(biāo)轉(zhuǎn)化而來；M為功能數(shù)，N為單元數(shù)，I為失效模式數(shù)；λmni為導(dǎo)致子功能m故障時，單元n中故障模式i發(fā)生的失效率；Amni為對應(yīng)的加速因子，可由各應(yīng)力加速因子結(jié)合權(quán)重系數(shù)推出：

(18)

因此，總的等效加速因子為

(19)

式中：λmni可由相似產(chǎn)品數(shù)據(jù)或參考GJB/Z 299C或MIL-HDBK-217F標(biāo)準(zhǔn)通過元器件計(jì)數(shù)法或應(yīng)力評分法獲得。

3.2 加速應(yīng)力持續(xù)時間

RDT中用產(chǎn)生等量累積損傷的應(yīng)力平均持續(xù)時間μS_i來衡量產(chǎn)品廣義強(qiáng)度，μL_i為實(shí)際廣義應(yīng)力的平均持續(xù)時間。假設(shè)隨機(jī)應(yīng)力與隨機(jī)強(qiáng)度均服從正態(tài)分布，應(yīng)力造成累積損傷的程度與其持續(xù)時間成正比，且損傷不超過最大設(shè)計(jì)極限?；趹?yīng)力強(qiáng)度干涉模型，各應(yīng)力下對應(yīng)的可靠度為

(20)

式中：a和b表示強(qiáng)度和應(yīng)力均值標(biāo)準(zhǔn)差的偏差系數(shù)。

根據(jù)累積損傷模型，假設(shè)實(shí)際應(yīng)力(廣義強(qiáng)度)的持續(xù)時間是應(yīng)力平均持續(xù)時間的K倍。若現(xiàn)場不具備準(zhǔn)確的分布信息，可認(rèn)為最大的標(biāo)準(zhǔn)差為均值的10%，則式(20)可簡化為

(21)

為達(dá)到各應(yīng)力分配的可靠度，放大倍數(shù)Ki增大了正常應(yīng)力水平下統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方案中各應(yīng)力作用的持續(xù)時間ti。通過增加應(yīng)力水平，達(dá)到加速的目的，結(jié)合各應(yīng)力加速因子Ai，可得到RADT中各應(yīng)力實(shí)際試驗(yàn)時間，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)RADT試驗(yàn)剖面

(22)

4 應(yīng)用案例

某企業(yè)級NAND閃存固態(tài)硬盤的基本功能是通過SATA接口與主機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲與交換，主要由主控、緩存、NAND閃存、電源芯片組成，可近似為串聯(lián)系統(tǒng)。主控作為支持SSD的定制化微處理器，負(fù)責(zé)NAND閃存與主機(jī)間的通信傳輸；緩存DRAM作為主控的工作內(nèi)存，并運(yùn)行固件；NAND閃存包含多塊NAND芯片，主要用來存儲數(shù)據(jù)，占據(jù)了印制板大部分空間；電源芯片處理5 V直流電壓，為各功能單元供電。

由于任務(wù)周期內(nèi)數(shù)據(jù)處理量較少，不考慮擦寫次數(shù)對壽命的影響，僅分析溫度、振動、濕度等環(huán)境應(yīng)力影響，各應(yīng)力的加速因子如表3所示[23]。可靠性指標(biāo)為10 a壽命的可靠度不低于0.9。假設(shè)壽命服從指數(shù)分布，因此失效率恒定，約為1.202 7×10-6，MTBF為8.314 3×105h。

表3 各應(yīng)力加速模型及加速因子Table 3 Acceleration model and acceleration factors for each stress

采用模糊層次分析法將可靠性指標(biāo)分配給各敏感應(yīng)力。3位專家E1，E2，E3對4個模塊進(jìn)行模糊評判，評判結(jié)果見表4。

表4 各單元評價(jià)信息表Table 4 Allocation information for the four units by three experts

由于經(jīng)驗(yàn)威望不同，權(quán)重占比分別為50%、20%、30%。分別對每個模塊計(jì)算權(quán)重，進(jìn)行模糊綜合評判，得到各模塊綜合評價(jià)分值。綜合3位專家的評價(jià)，對應(yīng)因素模糊評價(jià)表，加權(quán)求和得到各模塊的因素模糊數(shù)，如表5所示。

表5 單元因素模糊評價(jià)信息表Table 5 Aggregated fuzzy evolution information for the four units

以主控s1為例進(jìn)行計(jì)算流程說明，表6所示為主控類因素的子因素權(quán)重集，類因素權(quán)重集見表7。通過質(zhì)心法去模糊后，設(shè)計(jì)制造U1，系統(tǒng)屬性U2，使用維護(hù)U3的權(quán)重子集分別為A1=(0.3947,0.6063)，A2=(0.3966,0.162,0.4413)，A3=(0.4863,0.5137)。3個類因素的權(quán)重集為A=(0.1686,0.6429,0.1886)。

表6 因素U1/U2/U3的權(quán)重子集評價(jià)表Table 6 Evaluation results of subfactors of U1/U2/U3

表7 類因素權(quán)重集評價(jià)表Table 7 Wight evaluation results of factor sets

表8 類因素等級評判矩陣和模糊評判集Table 8 Rating matrix and fuzzy evaluation results of factor sets

因此，可以確定各環(huán)境應(yīng)力的歸一化權(quán)重系數(shù)w，環(huán)境應(yīng)力可靠性分配結(jié)果如表9所示。

表9 各應(yīng)力指標(biāo)分配及加速試驗(yàn)剖面參數(shù)Table 9 Allocated reliability indexes and acceleration test profile parameters for each stress

產(chǎn)品使用環(huán)境和加速應(yīng)力如表10所示，各應(yīng)力分配權(quán)重系數(shù)wj、分配的可靠度Rj和失效率λj、加速因子Aj、試驗(yàn)持續(xù)時間放大系數(shù)Kj等試驗(yàn)剖面參數(shù)如表9所示。表11詳細(xì)描述了系統(tǒng)加速因子的計(jì)算流程。

表10 使用環(huán)境和加速環(huán)境應(yīng)力條件Table 10 Stresses in use and acceleration conditions

表11 系統(tǒng)加速因子計(jì)算流程Table 11 Calculation procedure of the overall acceleration factor

在計(jì)算系統(tǒng)加速因子時，IEC62506標(biāo)準(zhǔn)中假設(shè)溫度循環(huán)和振動激發(fā)同種失效模式，而溫度駐留和濕度造成另一種失效模式，即ATest=ACAV+ADAH。顯然加速倍數(shù)過大，會縮短驗(yàn)證時間，提高使用方風(fēng)險(xiǎn)，擴(kuò)大“存?zhèn)巍憋L(fēng)險(xiǎn)；Chen等[7]基于極小值原則，選取各應(yīng)力中最小加速因子作為總加速系數(shù)，即ATest=min{AC,AV,AD,AH}，延長試驗(yàn)驗(yàn)證時間，增加了樣品接收難度，增大了生產(chǎn)方風(fēng)險(xiǎn)，且過于保守，加大了“去真”風(fēng)險(xiǎn)。

在試驗(yàn)總時間方面，假設(shè)生產(chǎn)方風(fēng)險(xiǎn)和使用方風(fēng)險(xiǎn)均為30%，鑒別比為3，選取短時高風(fēng)險(xiǎn)定時試驗(yàn)21號方案[21]。正常應(yīng)力下總累積試驗(yàn)試驗(yàn)為1.1MTBF=9.145 7×105臺時，試驗(yàn)時間太長。采用本文方案，加速條件下的總驗(yàn)證試驗(yàn)時間ttest=t0/ATest=96 826臺時，若試驗(yàn)樣本數(shù)為100，那么總試驗(yàn)時間為968.26 h，時間和費(fèi)用大幅縮短。換言之，要驗(yàn)證該固態(tài)硬盤正常工作條件下10 a的可靠度不低于0.9，只需對100塊樣品按照可靠性鑒定試驗(yàn)剖面，結(jié)合各應(yīng)力加速因子，開展968.26 h的無替換定時截尾試驗(yàn)，若故障數(shù)為0，認(rèn)為產(chǎn)品符合指標(biāo)要求，接收批產(chǎn)品，若故障數(shù)不為0，認(rèn)為產(chǎn)品達(dá)不到指標(biāo)要求，拒收批產(chǎn)品。

5 結(jié)論與展望

本文針對多失效系統(tǒng)級產(chǎn)品提出基于模糊層次分析法的系統(tǒng)加速驗(yàn)證試驗(yàn)設(shè)計(jì)。主要結(jié)論如下：

1) 結(jié)合故障物理與統(tǒng)計(jì)分析，通過引入模糊邏輯和層次分析法提出可靠性分配新方法，基于指標(biāo)分配到各環(huán)境應(yīng)力的新思路研究系統(tǒng)加速驗(yàn)證試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，并且建立加速試?yàn)剖面設(shè)計(jì)方法。

2) 基于加速因子不變原則推導(dǎo)出系統(tǒng)加速因子計(jì)算方法，便于構(gòu)建加速試驗(yàn)剖面，將環(huán)境試驗(yàn)方法與可靠性試驗(yàn)方法聯(lián)系起來。

下一步的研究重點(diǎn)是考慮空間輻射、電應(yīng)力、工況加速等其他應(yīng)力類型，并研究專家權(quán)重、應(yīng)力種類、加速因子、應(yīng)力強(qiáng)度干涉模型類型和參數(shù)等不確定性因素對本方法的影響。