一種實用的電子產品壽命評估模型參數高精度萃取方法
2024-02-16 12:03:15
專利名稱：一種實用的電子產品壽命評估模型參數高精度萃取方法
技術領域：
本發明提供一種實用的電子產品壽命評估模型參數高精度萃取方法，尤其涉及一 種雙分布K-S檢驗方法和Monte-Carlo仿真方法相結合，並利用有限試驗失效數據對模型 參數進行萃取的方法，屬於電子產品壽命評估和可靠性預計技術。
背景技術：
目前，工程實際中主要採用GJB/Z 299C(我國軍標-電子設備可靠性預計手冊) 以及MIL-HDBK-217F(美國軍標-電子設備可靠性預計)等標準或手冊來對電子產品/設 備的失效率進行預計。這種基於標準或手冊的方法，是一種以大量的失效統計數據(包括 現場或實驗室統計)為基礎的概率統計方法，其正確性受到越來越多的質疑。同時，由於電 子產品自身結構的複雜性，及其發展速度遠遠大於失效統計數據的積累速度，存在著標準 或手冊中沒有提供相關數據對某些電子產品進行預計的問題。此外，基於標準或手冊的方 法只能對失效率進行預計，而無法對電子產品經歷了包括使用環境在內的壽命周期環境後 的壽命進行準確的評估或預測。基於失效物理模型的壽命評估及預測方法可以解決上述存在的問題，已在工程實 際中得到了初步應用。然而，在實際使用過程中，存在著不確定性因素影響模型準確性、以 及模型參數難以萃取等問題，限制了基於失效物理模型方法的工程應用範圍和效果。如果 能夠實現對失效物理模型參數的準確萃取，就可以提供與實際情況吻合的壽命評估模型基 礎，進而實現更準確的壽命評估，可以提高基於失效物理模型方法的工程適用性，並擴大其 應用範圍。
發明內容
針對上述問題，本發明提出了一種將雙分布K-S檢驗方法和Monte-Carlo仿真方 法相結合，並利用有限試驗失效數據對失效物理模型參數進行萃取的方法。本發明一種實用的電子產品壽命評估模型參數高精度萃取方法，它包括如下步 驟(1)確定用於壽命評估的失效物理模型及待萃取的模型參數A ；(2)獲取電子產品幾何參數和材料參數的均值(規範值)和上下限，並採用工藝能 力指數Cpk表徵其不確定性；(3)根據電子產品幾何參數和材料參數的規範值(均值)估算給定失效物理模型 的初始模型參數Atl;(4)根據幾何參數和材料參數服從的分布類型(如正態分布等)抽樣獲得幾何參 數和材料參數的隨機值；(5)利用失效物理模型並結合Monte-Carlo仿真方法獲得電子產品壽命的隨機 值；(6)根據壽命隨機值得到電子產品基於失效物理模型的壽命理論分布函數F(t)；
權利要求
1.一種實用的電子產品壽命評估模型參數高精度萃取方法，其特徵在於它包括如下 步驟(1)確定用於壽命評估的失效物理模型及待萃取的模型參數A；(2)獲取電子產品幾何參數和材料參數的均值(規範值)和上下限，並採用工藝能力指 數Cpk表徵其不確定性；(3)根據電子產品幾何參數和材料參數的規範值(均值)估算給定失效物理模型的初 始模型參數Atl;(4)根據幾何參數和材料參數服從的分布類型(如正態分布等)抽樣獲得幾何參數和 材料參數的隨機值；(5)利用失效物理模型並結合Monte-Carlo仿真方法獲得電子產品壽命的隨機值；(6)根據壽命隨機值得到電子產品基於失效物理模型的壽命理論分布函數F(t)；(7)採用殘存比率法對試驗失效數據進行處理，得到電子產品基於有限試驗失效數據 的壽命經驗分布函數Fn (t)；(8)利用K0Imogorov-Smirnov(K-S)檢驗方法對上述兩個壽命分布函數的擬合度進行 檢驗；(9)對模型參數Ai進行尋優萃取，直到獲得擬合度最優的模型參數A*。
2.根據權利要求1所述的一種實用的電子產品壽命評估模型參數高精度萃取方法， 其特徵在於在步驟(1)中所述用於壽命評估的失效物理模型可以通過大量公開發表的文 獻、報告等獲得，在模型實際應用前需對其模型參數進行確定，才能保證壽命評估結果的準 確性。
3.根據權利要求1所述的一種實用的電子產品壽命評估模型參數高精度萃取方法，其 特徵在於在步驟⑵中所述電子產品幾何參數和材料參數的均值(規範值)和上下限可 從產品的設計、工藝等原始材料信息中獲得。所述工藝能力指數Cpk反映了產品的生產工藝 水平，可以用以定量描述產品工藝參數的不確定性，其計算公式為^ . rUSL-μ μ-LSL飛Cpk = min[-]3σ 3σ式中，USL和LSL分別是產品工藝參數規範的上限和下限；ο是工藝參數分布的標準偏 差；μ是工藝參數分布的中心/均值。
4.根據權利要求1所述的一種實用的電子產品壽命評估模型參數高精度萃取方法，其 特徵在於在步驟(3)中所述失效物理模型的初始模型參數Atl是將模型中幾何參數和材料 參數取均值後確定，也可不考慮參數均值而直接取值為推薦數值或任意數值(取值會影響 後面的尋優萃取時間)。
5.根據權利要求1所述的一種實用的電子產品壽命評估模型參數高精度萃取方法，其 特徵在於在步驟(4)中所述幾何參數和材料參數服從的分布類型一般可根據工程經驗和 歷史數據確定，一般包括正態分布、對數正態分布、威布爾分布等。抽樣可直接藉助現有計 算機抽樣程序實現。
6.根據權利要求1所述的一種實用的電子產品壽命評估模型參數高精度萃取方法，其 特徵在於在步驟(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 物理模型中的參數分別取抽樣值後得到相應的仿真計算結果。
7.根據權利要求1所述的一種實用的電子產品壽命評估模型參數高精度萃取方法，其 特徵在於在步驟(6)中所述壽命理論分布函數F(t)是根據上述抽樣計算結果直接得到 的，由於是基於失效物理模型獲得的，稱為理論分布函數。
8.根據權利要求1所述的一種實用的電子產品壽命評估模型參數高精度萃取方法，其 特徵在於在步驟(7)中所述殘存比率法是一種可用於處理有「刪除樣本」的隨機截尾試驗 結果，計算產品的經驗分布函數Fn(t)。具體有產品在某時刻、的累積失效分布函數為, (o=i-觀—ο.雄)=卜 觀)式中，S(ti)為產品在時間區間(tg，ti)內的殘存概率，是一個條件概率，表示在時 刻能完好工作的產品繼續工作至ti時刻尚能完好工作的概率，可由下式計算雄)MO『nSiti-C)式中，nD為在、時刻仍能正常工作的樣品數；Ar(ti)為在時間區間(Wti)內 的失效數，其中ns{t,) = H-Y^Aritj)+ /^kitj)]J=I式中，η為試驗的樣本量；Ak(tp為在時間區間(ty，、)內的刪除樣品數。
9.根據權利要求1所述的一種實用的電子產品壽命評估模型參數高精度萃取方法，其 特徵在於在步驟(8)中所述Kolmogorov-Smirnova-S)檢驗方法可以用於檢驗兩組數據 樣本總體分布是否顯著不同。可以在有限失效數據情形下，對上述模型理論分布和試驗經 驗分布的擬合度進行顯著性檢驗。可以做如下原假設H 模型理論分布F(t)=試驗經驗分布Fn(t)考慮試驗經驗分布和模型理論分布上每一點的偏差(Dn)，並取其最大者判斷是否能夠 通過檢驗。對於隨機截尾樣本而言，可以構造如下檢驗統計量 ro=sup|F (0-F(0|式中，、為試驗截尾時間，Fn(t)為試驗經驗分布函數，F(t)為模型理論分布函數。進一步地，有衝(、)為到截尾時間、時的理論故障數(η為試驗樣本量)，稱之為截尾 點，用R。表示。有判據滿足如下關係式Ρ{Τ0>Τη,α} = a式中，α為顯著性水平，Tn, a為檢驗的臨界值，可根據式Tn, a =k/n計算得到。其中， k值可根據R。和α的取值在《可靠性試驗用表》中查得。
10.根據權利要求1所述的一種實用的電子產品壽命評估模型參數高精度萃取方法， 其特徵在於在步驟(9)中所述尋優萃取是指依次確定不同的模型參數Ai,得到不同的模 型理論分布，分別與經驗分布進行擬合度檢驗，當計算得到的檢驗統計量Ttl滿足式Ttl < Tn, a時，將接受原假設，即模型理論分布與試驗經驗分布相同，最終萃取得到達到最優擬合度 的模型參數A*。
全文摘要
一種實用的電子產品壽命評估模型參數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；(2)獲取產品幾何和材料參數的均值和上下限，並採用工藝能力指數表徵其不確定性；(3)根據產品幾何和材料參數的均值估算失效物理模型的初始模型參數；(4)根據幾何和材料參數的分布類型抽樣獲得其隨機值；(5)結合Monte-Carlo仿真方法獲得產品壽命的隨機值；(6)根據壽命隨機值得到產品壽命的理論分布函數；(7)採用殘存比率法對試驗失效數據進行處理得到產品壽命的經驗分布函數；(8)利用K-S檢驗方法對上述兩個壽命分布函數的擬合度進行檢驗；(9)對模型參數進行尋優萃取，直到獲得擬合度最優的模型參數。
文檔編號G06F19/00GK102103658SQ201010572200
公開日2011年6月22日 申請日期2010年12月3日 優先權日2010年12月3日
發明者任羿, 馮強, 孫博, 曾聲奎, 郭健彬, 馬紀明 申請人:北京航空航天大學