基于众包数据的逆加速寿命试验研究

定量加速寿命试验数据分析在典型的寿命数据分析中，从业者通过在正常的条件下，获取产品样本的寿命数据，然后估算出产品寿命特征量，从而对母体中所有产品进行预测。

由于很多原因，相比于正常的条件下，厂商希望能更快地得到产品可靠性数据。

他们用定量加速寿命试验的方法来替代，即产品在加速应力的条件下，来获取寿命数据，这种方法通常会引起产品更快的失效。

此文阐述了在定量加速寿命试验数据分析中基础理论概况和研究该主题的某些建议。

我们假设你已经有了寿命数据分析理论的基本了解。

ReliaSoft的ALTA 软件提供了一系列完整的加速寿命数据分析工具。

定量加速寿命试验加速寿命试验方法可以是定性的或者定量的。

定性加速寿命试验(如HALT, HAST试验) 起初是为识别失效模式而设计的，以至于能提高产品的设计。

定量加速寿命试验(QALT) 是为确定产品的寿命而设计的，分析人员利用定量加速寿命试验的得到的数据可以预计产品在正常使用条件下的寿命，推断出概率密度函数(pdf)。

定量加速寿命试验能通过使用率加速或者过应力加速，来加速产品快速失效。

在使用率加速下，是指适合在正常的条件下不是连续工作的产品，分析者在正常的条件下加大使用率，使其在一大段时间内连续工作。

从这种试验类型得到的数据可以用标准的寿命数据分析技术来分析。

在过应力加速下，在正常的条件下，一个或多个环境因素如(温度，电压，湿度)引起产品失效，通过提高这些环境应力来促使产品更快的失效。

从这种试验类型得到的数据要求特殊加速寿命试验分析技术，这种分析技术是通过建立一种数学模型，利用加速应力寿命数据来外推在正常应力条件下的寿命。

这种过应力的定量加速寿命试验将在以下讨论。

) m;应力类型和应力水平在一个有效的定量加速寿命试验下，分析者可以选择在正常使用条件能引起产品失效的一种或多种应力类型。

应力类型可以包括温度，电压，湿度，振动或者任何能直接影响产品寿命的其他应力。

然后提高你所选择应力的水平并且在加速寿命试验条件下，记录产品的失效时间。

产品可靠性试验6.2.1 可靠性试验的意义与分类可靠性试验是为分析、评价、提高或保证产品的可靠性水平而进行的试验。

产品的研制者通过试验获得产品设计、鉴定所需的可靠性数据（可靠性测定试验）。

通过试验暴露产品缺陷，改进设计并获得可靠性增长信息（可靠性增长试验）。

产品的制造者通过试验剔除零件批中的不合格品或暴露整机缺陷，消除早期故障（可靠性筛选或老化试验老化试验不是消除早期故障的）产品使用者通过试验验证产品批可靠性水平以保证接收的产品批达到规定要求（可靠性接收试验）。

政府或行业管理部门通过试验获得数据库所需基础可靠性数据（可靠性测定试验），认证产品可靠性等级（可靠性验证试验），进行产品的可靠性鉴定与考核（可靠性鉴定试验）。

本节主要介绍可靠性测定试验，这是为获得产品可靠性特征量的估计值而进行的试验，根据需要可由试验结果给出可靠性特征量的点估计值和给定置信度下的区间估计。

由于可靠性试验往往是旷日持久的试验，为节省时间与费用常采用加速试验的方式。

本节将介绍某些加速寿命试验的理论模型与试验方法。

6.2.2 指数分布可靠性测定试验大多数电子元器件、复杂机器及系统的寿命都服从指数分布。

其待估参数为故障率λ，其他可靠性指标可利用估计值进行计算MTBF 已经有平均的意思了1．定时截尾试验（1）点估计试验进行至事先规定的截尾时间t c停止试验，设参与试验的n个样本中有r个发生关联故障，则由极大似然估计理论得出的故障率点估计值为式中t i——第I个关联故障发生前工作时间（i=1，…，r）。

若在试验过程中及时将已故障产品修复或替换为新产品继续试验，则为有替换的定时截尾试验。

此时λ的点估计为（2）区间估计对于无替换和有替换的定时截尾试验，其给定置信度为1－α的双侧置信区间为[λL，λU]，则式中——自由度为υ的分布的概率为的下侧分位点；T——总试验时间（3）零故障数据的区间估计当定时截尾试验在（0，t c）内的故障数r=0时，可由式（4）给出。

加速寿命试验寿命试验(包括截尾寿命试验)方法是基本的可靠性试验方法。

在正常工作条件下，常常采用寿命试验方法去估计产品的各种可靠性特征。

但是这种方法对寿命特别长的产品来说，就不是一种合适的方法。

因为它需要花费很长的试验时间，甚至来不及作完寿命试验，新的产品又设计出来，老产品就要被淘汰了。

所以这种方法与产品的迅速发展是不相适应的。

经过人们的不断研究，在寿命试验的基础上，找到了加大应力、缩短时间的加速寿命试验方法。

加速寿命试验是用加大试验应力(诸如热应力、电应力、机械应力等)的方法，加快产品失效，缩短试验周期。

运用加速寿命模型，估计出产品在正常工作应力下的可靠性特征。

下面就加速寿命试验的思路、分类、参数估计方法及试验组织方法做一简单介绍。

1 问题高可靠的元器件或者整机其寿命相当长，尤其是一些大规模集成电路，在长达数百万小时以上无故障。

要得到此类产品的可靠性数量特征，一般意义下的载尾寿命试验便无能为力。

解决此问题的方法，目前有以下几种：（１）故障数r =0的可靠性评定方法。

如指数分布产品的定时截尾试验θχαL S t =2202()())(20t S 为总试验时间。

α为风险, α=0.1时，21.0χ(2)=4.605≈4.6；当α=0.05时，205.0χ(2)=5.991≈6。

（２）加速寿命试验方法如，半导体器件在理论上其寿命是无限长的，但由于工艺水平及生产条件的限制，其寿命不可能无限长。

在正常应力水平0S 条件下，其寿命还是相当长的，有的高达几十万甚至数百万小时以上。

这样的产品在正常应力水平0S 条件下，是无法进行寿命试验的，有时进行数千小时的寿命试验，只有个别半导体器件发生失效，有时还会遇到没有一只失效的情况，这样就无法估计出此种半导体器件的各种可靠性特征。

因此选一些比正常应力水平0S 高的应力水平1S ，2S ，…，k S ，在这些应力下进行寿命试验，使产品尽快出现故障。

（３）故障机理分析方法研究产品的理、化、生微观缺陷，研究缺陷的发展规律，从而预测产品的故障及可靠性特征量。

加速寿命试验一般执行寿命试验之目的在评估产品于既定环境下之使用寿命，耗时较久，且须投入大量的金钱，而产品可靠度信息又不能实时获得并加以改善，导致失去许多"商机"与"竞争力"。

因此，如何在实验室中以加速寿命试验(Accelerated Life Testing; ALT)的方法，在可接受的试验时间内评估产品的使用寿命，便成为整体可靠度试验工作中相当重要的一环，亦为可靠度试验中最具挑战性的课题。

基本上，加速寿命试验是在物理与时间上，加速产品的劣化肇因，以较短的时间试验，并据以推定产品在正常使用状态的寿命或失效率。

如果产品的劣化机构单纯，拟订加速寿命试验计划较容易。

但实际产品失效往往牵涉到很多失效机构，即使欲同时加速，加速程度也因失效机构而异，可能发生迥异于实际操作上的失效模式。

因此，加速寿命试验之基本条件是不能破坏原有特性，要尽量选择失效机构不变化的试验条件，或失效机构容易单纯化的试验条件，使加速寿命试验结果之适用范围明确化。

例如某信息设备的输入电压限制为100~130V，若规划以200V为输入，当然就破坏了原有的设计特性。

一般说来，加速寿命试验考虑的三个要素为「环境应力」、「试验样本数」及「试验时间」。

假如产品既复杂又昂贵，则样本数将较少，相对的须增加试验时间或环境应力，以加速其试验;反之如果产品造价较便宜，且数量多，则欲缩短试验时间的情况下，可考虑增加样本数或环境应力。

惟如前面所叙述，加速寿命试验下的失效模式．必须与正常操作环境下之寿命试验相同，其试验结果才有意义。

谈加速寿命试验，最重要的是如何掌握其加速因子(Accelerated Factor)。

假使相同产品，做二种不同应力(加速)条件的试验，其结果可得二个不同的特征寿命η1设为低应力试验条件)及η2(为高应力条件)，则η1/η2即为加速因子(高、低应力间相对的加速程度)，图6.20即为此种加速观念的示意图。

加速寿命试验理论依据加速试验电子元器件的失效原因与器件本身所选用的材料、材料之间、器件表面或体内、金属化系统以及封装结构中存在的各种化学、物理的反应有关。

器件从出厂经过贮存、运输、使用到失效的寿命周期，无时无刻不在进行着缓慢的化学物理变化。

在各种外界环境下，器件还会承受了各种热、电、机械应力，会使原来的化学物理反应加速，而其中温度应力对失效最为敏感。

实践证明，当温度升高以后，器件劣化的物理化学反应加快，失效过程加速，而Arrhenius模型就总结了由温度应力决定的化学反应速度依赖关系的规律性，为加速寿命试验提供了理论依据。

1. 以温度应力为加速变量的加速方程由Arrhenius总结的经验公式如下（8.5）式中，dM/dt是化学反应速率，A是常数，E a是引起失效或退化过程的激活能，k是玻尔兹曼常数，T是绝对温度。

当器件在t0时刻处于正常状态数为M0，到t1时刻，器件处于失效状态数为M1。

如果温度与时间无关，则积分式（8.1）得（8.6）令DM=M1-M0，t=t1-t0，得到（8.7）取对数（8.8）可写成（8.9）其中（8.10）上式就是根据Arrhenius模型得到的以温度应力为加速度变量的加速方程。

用此方程来解释器件的高温贮存寿命试验是非常成功的。

式中，t表示器件产品达到某一F(t)的时间，它的对数与绝对温度的倒数成线性关系。

若用t～1/T单边对数坐标纸绘图，则可得到一条直线，然后用图估计法或数值法推算出器件在不同温度下的寿命值。

由式（8.1）可计算得到方程的斜率b、截距α和激活能Ea ，当T1>T2时（8.11）激活能E a与方程的斜率b与器件的失效模式与失效机理有关。

根据多年来的实践积累，有关半导体器件与微电路不同失效模式与机理的激活能数据列于表8.8。

http://Kê。

图8.3 不同激活能时温度与寿命的关系以激活能E a作为参数，可以绘出不同E a时温度与寿命的关系，如图8.3所示。

加速寿命试验公示计算汇总一、前言新研究的医疗器械在上市前应确保在储存期( 通常 1 到5 年) 内产品的质量不应发生任何影响安全性和有效性变化，新产品一般没有实时和储存周围环境条件下确定有效期的技术资料。

如果按实际储存时间和实际环境储存条件进行检测需要很长的时间才能获得结果，为了在实时有效期结果获得以前，有必要进行加速老化实验提供确定有效期的实验数据。

医疗器械设计人员能够准确地预计聚合物性能的变化对于医疗器械产业化是非常重要的。

建立聚合物材料退行性变的动态模型是非常困难和复杂的，事实上材料短期产生的变化或变性的单速率表达形式可能不能充分反映研究的产品或材料在较长有效期的真实情况。

为了设计试验方案能准确模拟医疗器械时间相关的退行性变，有必要对材料的组成、结构、成品用途、组装和灭菌过程的影响、失效模型机制和储存条件有深入的了解。

一个给定的聚合物具有以各种方式( 晶体、玻璃、不定形等) 组成的许多化学功能基团，并含有添加剂如抗氧化剂、无机充填剂、色素和加工助剂。

所有这些变量的总和结合产品使用和储存条件变量决定了材料的化学性能的退行性变。

得庆幸的是，生产医疗器械的大部分都是采用常用的几种高分子材料，这些材料已经广泛使用并且都进行了良好的表征。

根据以碰撞理论为基础的阿列纽斯(Arrhenius) 模型建立的老化简化实验方案(Simplified Protocol for Accelerated Aging) ，也称“10 度原则”(10-degree rule) ，可在中度温度范围内适用于良好表征的聚合物，试验结果可以在要求的准确度范围内。

医疗器械或材料的老化是指随着时间的延长它们性能的变化，特别是与安全性和有效性有关的性能。

加速老化是指将产品放置在比正常储存或使用环境更严格或恶劣的条件下，在较短的时间内测定器械或材料在正常使用条件下的发生变化的方法。

采用加速老化实验合格测试的主要原因是可以将医疗器械产品尽早上市。

基于高加速极限试验与加速寿命试验的可靠性增长试验方案研究作者：叶奇赵京党丽君毛翔伍巧凤来源：《科技视界》2020年第17期摘要本文通过对高加速极限试验和加速寿命试验两种试验方式进行分析，对其试验方法、试验流程，加速应力，加速模型，试验剖面等方面进行了论述，形成两种试验方式相结合的可靠性增长试验方案，可有效地用于电子设备可靠性增长试验。

关键词可靠性增长;高加速极限试验（HALT）;加速寿命试验（ALT）;加速因子;MTBF中图分类号： V416 ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; 文献标识码： ADOI：10.19694/ki.issn2095-2457 . 2020 . 17 . 77AbstractThis paper analyzed and discussed the test scheme， test process， accelerated stree，accelerated model and test profile of two test methods of High Accelerated Limit Test（HALT） and Accelerated Life Test（ALT），and formed a reliability-growth scheme combined by this two test methods， which can be effectively used in reliability-growth test of electronic equipment.Key wordsReliability-growth; HALT; ALT; Accelerated factor; MTBF0 引言可靠性增长试验是在研制过程中模拟实际的使用条件或加速条件进行试验，将产品存在的设计缺陷和工艺缺陷，激发成故障，通过“试验—分析--纠正—再试验”这样的反复循环过程，使产品在研制阶段通过试验不断暴露产品的可靠性薄弱环节，采取有效的纠正措施，来提高产品可靠性而进行的一系列试验。

加速寿命、加速退化试验设计与数据分析加速寿命、加速退化试验是解决高可靠、长寿命产品的可靠性问题的重要手段。

目前，加速寿命、加速退化试验已经广泛应用于通讯、电子、能源、电力、汽车等工艺部门，以及航天、航空、兵器、舰船等装备上，甚至有一些企业开展了加速试验以替代部分检验、鉴定试验，由此带来了明显的经济效益。

例如，惠普、福特等知名企业相继应用加速寿命试验进行新产品的可靠性增长试验；美国波音公司1994年就开始在777飞机研制过程中采用了加速寿命试验方法；美国航天工业采用加速寿命试验进行了卫星整星和导弹舱段试验；美国空军ROME试验室对412L飞行器的警报与控制系统进行了加速寿命试验，把加速寿命试验当作导弹武器装备的一种寿命预测技术，利用加速技术提供48个月使用寿命预报。

这些企业在研究应用加速寿命试验过程中，一方面是解决高可靠、长寿命产品的可靠性增长、评估问题，另一方面，缩短产品研发周期，节约产品研发成本，在产品的市场竞争方面，抢占先机。

我国的加速寿命、加速退化试验也取得了长足发展。

例如，我国航天工业放马，在月球车驱动系统、航天连接器等设备采用了综合应力加速寿命试验，进行了加速寿命试验，取得了良好的应用效果。

但是，加速寿命、加速退化试验工作实施过程中，需要涉及试验方案的设计、数据处理问题。

如果试验方案设计不合理，数据处理与分析工作不到位，那么试验效果将大打折扣。

加速寿命、加速退化试验工作涉及到敏感应力选择、加速模型选取、应力设计、样本分配、测量参数设计，以及后续完整、系统性的数据处理分析工作。

这里以某设备为例，使用可靠性设计分析系统PosVim的加速寿命试验设计与分析功能模块，简单讲讲该设备的加速寿命试验设计与数据分析。

（1）首先，通过相关的前期故障分析、梳理，我们假设确定该设备的敏感应力为温度应力，据此我们初步选择阿仑尼乌斯模型作为加速模型，应力施加方式选择恒定应力。

有了这些相关输入参数之后，我们应用PosVim系统进行加速寿命试验方案设计以及方案优化评估，最终设计出该设备的加速寿命试验方案。

加速寿命试验公示计算汇总加速寿命试验公示计算汇总在医疗器械上市前，必须确保储存期内产品的质量不会受到任何影响，以保证其安全性和有效性。

然而，新产品通常没有实时和储存周围环境条件下确定有效期的技术资料。

因此，进行加速老化实验以提供确定有效期的实验数据是必要的。

对于医疗器械产业化，准确预测聚合物性能的变化非常重要。

然而，建立聚合物材料退行性变的动态模型非常困难和复杂。

为了准确模拟医疗器械时间相关的退行性变，需要深入了解材料的组成、结构、成品用途、组装和灭菌过程的影响、失效模型机制和储存条件。

一个给定的聚合物具有以各种方式组成的许多化学功能基团，并含有添加剂如抗氧化剂、无机充填剂、色素和加工助剂。

所有这些变量的总和结合产品使用和储存条件变量决定了材料的化学性能的退行性变。

然而，大部分医疗器械都采用常用的几种高分子材料，这些材料已经广泛使用并且都进行了良好的表征。

根据以碰撞理论为基础的阿列纽斯模型建立的老化简化实验方案（也称“10度原则”），可在中度温度范围内适用于良好表征的聚合物，试验结果可以在要求的准确度范围内。

医疗器械或材料的老化是指随着时间的延长它们性能的变化，特别是与安全性和有效性有关的性能。

加速老化是指将产品放置在比正常储存或使用环境更严格或恶劣的条件下，在较短的时间内测定器械或材料在正常使用条件下的发生变化的方法。

加速老化实验被广泛用于医疗器械产品的合格测试，以便尽早推向市场。

这种测试的主要目的是为病人和企业带来好处，病人可以更早地使用最新的医疗器械，挽救生命；企业可以增加销售并获得利润，同时不会带来任何风险。

虽然加速老化试验技术在学术领域已经比较成熟，但在医疗器械产品的应用还是有限的。

美国XXX发布了一些有关加速老化试验的指导文件，但尚未制定标准。

在中国，尚无关于医疗器械有效期确定的加速老化实验指导原则。

许多国外医疗器械企业根据这些指导原则和文献建立自己的加速老化试验方法。

为了确定医疗器械产品的有效期，可以采用10度原则进行加速老化试验。