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運(yùn)用數(shù)據(jù)分析提升**產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)能力

日期：2025-04-29 17:48

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摘要：

可靠性設(shè)計(jì)及其重要作用

　可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下、規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力，也就是系統(tǒng)、設(shè)備、元件的功能在時(shí)間上的穩(wěn)定性?？煽啃怨こ淌菫榱诉m應(yīng)產(chǎn)品的高可靠性要求而發(fā)展起來(lái)的新興學(xué)科。就我國(guó)目前的可靠性研究而言，可靠性的研究主要分為零件強(qiáng)度東莞賽思可靠性設(shè)計(jì)研究、系統(tǒng)可靠性研究和可靠性試驗(yàn)與研究三個(gè)分支研究方向。在這三個(gè)研究方向中，可靠性試驗(yàn)和研究與工程應(yīng)用、與產(chǎn)品制造實(shí)際過(guò)程緊密結(jié)合，并且以做實(shí)驗(yàn)為教學(xué)和工程基礎(chǔ)，通過(guò)設(shè)備進(jìn)行產(chǎn)品試驗(yàn)，不斷積累數(shù)據(jù)，逐步形成了有工程需求、有設(shè)備、有產(chǎn)品、科學(xué)實(shí)驗(yàn)的良性正循環(huán)，并且不斷帶動(dòng)可靠性工程的整體發(fā)展。

　　?可靠性設(shè)計(jì)決定產(chǎn)品的“優(yōu)生”，可靠性設(shè)計(jì)是可靠性工程的*重要的階段。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，通過(guò)采用產(chǎn)品可靠性壽命試試、加速壽命試驗(yàn)等可靠性試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以產(chǎn)品實(shí)際使用試驗(yàn)信息為基礎(chǔ)，進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，進(jìn)而改善產(chǎn)品設(shè)計(jì)缺陷，UV紫外線(xiàn)老化試驗(yàn)箱以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力的不斷提升，對(duì)于產(chǎn)品可靠性和質(zhì)量有著重要的作用。特別是在航天行業(yè)等**產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計(jì)工作中，適時(shí)、有效進(jìn)行產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)、分析工作，對(duì)提高**產(chǎn)品的質(zhì)量尤為重要和迫切。

　　可靠性設(shè)計(jì)面臨的困境

　　當(dāng)前，我國(guó)**研發(fā)設(shè)計(jì)制造，即便在CAD/CAE技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用多年后，因?yàn)楫a(chǎn)品可靠性數(shù)據(jù)建模的缺失，UV紫外線(xiàn)老化試驗(yàn)箱可靠性仍然主要采用產(chǎn)品可靠性試驗(yàn)單一的檢測(cè)模式。例如在應(yīng)用CAE進(jìn)行系統(tǒng)仿真方面，由于數(shù)據(jù)的缺乏，“仿真驅(qū)動(dòng)研發(fā)”依然沒(méi)有滲透到產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)的前端，即概念設(shè)計(jì)、產(chǎn)品研發(fā)流程，而是更多的應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)后端的工程分析，極大地阻礙了我國(guó)產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)的發(fā)展。

　　將信息化軟件工具應(yīng)用于設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)，是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。但就目前的情況而言，數(shù)學(xué)建模是研究和工程應(yīng)用存在的關(guān)鍵問(wèn)題和工程瓶頸。從目前**行業(yè)和企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)工程實(shí)踐來(lái)看，產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)缺乏數(shù)學(xué)建模、建模不準(zhǔn)確的現(xiàn)象非常嚴(yán)重，導(dǎo)致在有限元計(jì)算過(guò)程中缺少剛度系數(shù)、阻尼系數(shù)，以及材料數(shù)據(jù)等相關(guān)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、數(shù)據(jù)缺失，使得產(chǎn)品可靠性計(jì)算數(shù)據(jù)結(jié)果與實(shí)際情況不符。

　　由于缺少數(shù)據(jù)，當(dāng)前的可靠性設(shè)計(jì)更多的是進(jìn)行定性研究，缺乏定量研究，難以進(jìn)行具有針對(duì)性的設(shè)計(jì)改進(jìn)。例如，在進(jìn)行疲勞性能材料可靠性研究上，只有當(dāng)PSN曲線(xiàn)(產(chǎn)品失效概率、載荷、壽命)等這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)具備以后，再采用CAD、CAE等軟件進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，建模，進(jìn)行可靠性計(jì)算和分析，才有可能從產(chǎn)品研發(fā)的源頭提高產(chǎn)品的可靠性，增加產(chǎn)品壽命。但由于當(dāng)前國(guó)內(nèi)缺乏相應(yīng)的PSN曲線(xiàn)供研究使用，從而制約了我國(guó)整體產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)的發(fā)展。

　　綜上所述，缺乏基礎(chǔ)性的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并以此進(jìn)行相關(guān)的可靠性實(shí)驗(yàn)建模，已經(jīng)成為制約我國(guó)**產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)和整體可靠性工程的重要難題，嚴(yán)重阻礙了我國(guó)**產(chǎn)品的可靠性發(fā)展。

　　如何進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集和分析建模

　　進(jìn)行可靠性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)的收集，UV紫外線(xiàn)老化試驗(yàn)箱需要進(jìn)行可靠性實(shí)驗(yàn)，一般而言，實(shí)驗(yàn)次數(shù)越多，收集的數(shù)據(jù)越多，后續(xù)的分析建模就會(huì)愈加精準(zhǔn)。但從實(shí)踐操作來(lái)看，實(shí)驗(yàn)次數(shù)的增加，意味著成本的增加，此外，產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)周期過(guò)長(zhǎng)，產(chǎn)品質(zhì)量的因子的多樣性等等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，也增加了我們對(duì)于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集和后續(xù)的分析的難度。如何解決這些問(wèn)題，將是我們進(jìn)行可靠性數(shù)據(jù)的收集和分析面臨的關(guān)鍵。

　　針對(duì)數(shù)據(jù)的收集和分析建模，我們需要在以下幾個(gè)問(wèn)題上給予解決，才能更好的進(jìn)行產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)工作：

　　**，小樣本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)問(wèn)題。從理論上來(lái)說(shuō)，準(zhǔn)確的正態(tài)分布參數(shù)統(tǒng)計(jì)需要50個(gè)樣本、多分布統(tǒng)計(jì)需要37個(gè)樣本，才能夠達(dá)到產(chǎn)品可靠性試驗(yàn)的可信度。但在實(shí)際工程上，有時(shí)受到條件的制約，難以達(dá)到可信度樣本量。如何利用小樣本量進(jìn)行可靠性分析，或者制定*為經(jīng)濟(jì)的樣本量的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，是我們進(jìn)行數(shù)據(jù)收集面臨的首要問(wèn)題。

　　**，不同來(lái)源數(shù)據(jù)的比較和融合。UV紫外線(xiàn)老化試驗(yàn)箱我們收集的數(shù)據(jù)往往來(lái)自不同的來(lái)源，例如為了彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)的不足，我們也將產(chǎn)品實(shí)際使用的數(shù)據(jù)融入到產(chǎn)品分析中來(lái)，。但由于不同來(lái)源的數(shù)據(jù)所處環(huán)境等因素的不同，如何進(jìn)行數(shù)據(jù)比較、融入，也是我們?cè)谑占瘮?shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)中將要面臨的挑戰(zhàn)之一。

　　第三，多種加速影響因子的交互作用。一般而言，產(chǎn)品在實(shí)際的使用環(huán)境下，往往受到的是溫度、應(yīng)力和荷載等多個(gè)加速影響因子的綜合加速壽命實(shí)驗(yàn)。如何去衡量和判斷多個(gè)影響因子的作用及其交互影響，是我們?cè)跀?shù)據(jù)建模中亟待解決的難題。

　　第四，從單一元器件到產(chǎn)品整體可靠性研究。**產(chǎn)品構(gòu)造復(fù)雜，部件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，UV紫外線(xiàn)老化試驗(yàn)箱如何從單一部件失效試驗(yàn)發(fā)展到多部件失效分析，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品整體的系統(tǒng)可靠性實(shí)驗(yàn)分析，也是我們產(chǎn)品可靠性分析建模的關(guān)鍵和重點(diǎn)。

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