行業新聞
運用數據分(fēn)析 提升産品可靠性設計能力 2014-12-24
可靠性是指産品在規定的條件下(xià)、規定的時間内完成規定功能的能力，也就是系統、設備、元件的功能在時間上的穩定性。可靠性工(gōng)程是爲了适應産品的高可靠性要求而發展起來的新興學科。就我(wǒ)國目前的可靠性研究而言，可靠性的研究主要分(fēn)爲零件強度可靠性設計研究、系統可靠性研究和可靠性試驗與研究三個分(fēn)支研究方向。在這三個研究方向中(zhōng)，可靠性試驗和研究與工(gōng)程應用、與産品制造實際過程緊密結合，并且以做實驗爲教學和工(gōng)程基礎，通過設備進行産品試驗，不斷積累數據，逐步形成了有工(gōng)程需求、有設備、有産品、科學實驗的良性正循環，并且不斷帶動可靠性工(gōng)程的整體(tǐ)發展。
 
　　可靠性設計決定産品的“優生(shēng)”，可靠性設計是可靠性工(gōng)程的最重要的階段。在産品設計階段，通過采用産品可靠性壽命試驗、加速壽命試驗等可靠性試驗設計，以産品實際使用試驗信息爲基礎，進行試驗數據統計分(fēn)析，進而改善産品設計缺陷，以實現産品設計能力的不斷提升，對于産品可靠性和質量有着重要的作用。特别是在航天行業等軍工(gōng)産品的研發設計工(gōng)作中(zhōng)，适時、有效進行産品的可靠性設計、分(fēn)析工(gōng)作，對提高軍工(gōng)産品的質量尤爲重要和迫切。
 
　　可靠性設計面臨的困境
 
　　當前，我(wǒ)國軍品研發設計制造，即便在CAD/CAE技術已經應用多年後，因爲産品可靠性數據建模的缺失，可靠性仍然主要采用産品可靠性試驗單一(yī)的檢測模式。例如在應用CAE進行系統仿真方面，由于數據的缺乏，“仿真驅動研發”依然沒有滲透到産品研發設計的前端，即概念設計、産品研發流程，而是更多的應用于産品設計後端的工(gōng)程分(fēn)析，極大(dà)地阻礙了我(wǒ)國産品可靠性設計的發展。
 
　　将信息化軟件工(gōng)具應用于設計，實現産品可靠性設計，是未來的發展趨勢。但就目前的情況而言，數學建模是研究和工(gōng)程應用存在的關鍵問題和工(gōng)程瓶頸。從目前軍工(gōng)行業和企業産品研發工(gōng)程實踐來看，産品可靠性設計缺乏數學建模、建模不準确的現象非常嚴重，導緻在有限元計算過程中(zhōng)缺少剛度系數、阻尼系數，以及材料數據等相關數據，數據不準确、數據缺失，使得産品可靠性計算數據結果與實際情況不符。
 
　　由于缺少數據，當前的可靠性設計更多的是進行定性研究，缺乏定量研究，難以進行具有針對性的設計改進。例如，在進行疲勞性能材料可靠性研究上，隻有當PSN曲線(産品失效概率、載荷、壽命)等這些基礎數據具備以後，再采用CAD、CAE等軟件進行産品設計，建模，進行可靠性計算和分(fēn)析，才有可能從産品研發的源頭提高産品的可靠性，增加産品壽命。但由于當前國内缺乏相應的PSN曲線供研究使用，從而制約了我(wǒ)國整體(tǐ)産品可靠性設計的發展。
 
綜上所述，缺乏基礎性的實驗數據，并以此進行相關的可靠性實驗建模，已經成爲制約我(wǒ)國軍工(gōng)産品可靠性設計和整體(tǐ)可靠性工(gōng)程的重要難題，嚴重阻礙了我(wǒ)國軍工(gōng)産品的可靠性發展。
 
　　如何進行數據的收集和分(fēn)析建模
 
　　進行可靠性實驗設計的數據的收集，需要進行可靠性實驗，一(yī)般而言，實驗次數越多，收集的數據越多，後續的分(fēn)析建模就會愈加精準。但從實踐操作來看，實驗次數的增加，意味着成本的增加，此外(wài)，産品實驗周期過長，産品質量的因子的多樣性等等現實問題，也增加了我(wǒ)們對于實驗數據的收集和後續的分(fēn)析的難度。如何解決這些問題，将是我(wǒ)們進行可靠性數據的收集和分(fēn)析面臨的關鍵。
 
　　針對數據的收集和分(fēn)析建模，我(wǒ)們需要在以下(xià)幾個問題上給予解決，才能更好的進行産品的可靠性設計工(gōng)作：
 
　　第一(yī)， 小(xiǎo)樣本實驗數據問題。從理論上來說，準确的正态分(fēn)布參數統計需要50個樣本、多分(fēn)布統計需要37個樣本，才能夠達到産品可靠性試驗的可信度。但在實際工(gōng)程上，有時受到條件的制約，難以達到可信度樣本量。如何利用小(xiǎo)樣本量進行可靠性分(fēn)析，或者制定最爲經濟的樣本量的實驗設計方案，是我(wǒ)們進行數據收集面臨的首要問題。
 
　　第二， 不同來源數據的比較和融合。我(wǒ)們收集的數據往往來自不同的來源，例如爲了彌補實驗室數據的不足，我(wǒ)們也将産品實際使用的數據融入到産品分(fēn)析中(zhōng)來，。但由于不同來源的數據所處環境等因素的不同，如何進行數據比較、融入，也是我(wǒ)們在收集數據，處理數據中(zhōng)将要面臨的挑戰之一(yī)。
 
　　第三， 多種加速影響因子的交互作用。一(yī)般而言，産品在實際的使用環境下(xià)，往往受到的是溫度、應力和荷載等多個加速影響因子的綜合加速壽命實驗。如何去(qù)衡量和判斷多個影響因子的作用及其交互影響，是我(wǒ)們在數據建模中(zhōng)亟待解決的難題。
 
　　第四， 從單一(yī)元器件到産品整體(tǐ)可靠性研究。軍工(gōng)産品構造複雜(zá)，部件多，結構複雜(zá)，如何從單一(yī)部件失效試驗發展到多部件失效分(fēn)析，從而實現産品整體(tǐ)的系統可靠性實驗分(fēn)析，也是我(wǒ)們産品可靠性分(fēn)析建模的關鍵和重點。
 
　　JMP，作爲SAS(全球最大(dà)的統計學軟件公司)推出的一(yī)種交互式可視化統計發現軟件系列，在SAS算法的基礎上，強調以統計方法的實際應用爲導向，交互性、可視化能力強，使用方便，給業務人員(yuán)的數據分(fēn)析極大(dà)的幫助，其可靠性和生(shēng)存分(fēn)析平台，整合了産品可靠性分(fēn)析的各項需求，實現了從可靠性實驗設計，到産品元件分(fēn)析直到産品可靠性分(fēn)析一(yī)系列完整的可靠性分(fēn)析解決方案，爲用戶進行各項可靠性分(fēn)析提供了強大(dà)的工(gōng)具，解決了我(wǒ)們在可靠性實驗設計和分(fēn)析過程中(zhōng)的種種難題。
 
可靠性實驗設計
 
　　在進行可靠性實驗時，我(wǒ)們希望能夠使用更少的實驗樣本和實驗周期來獲得可信的實驗結果。在JMP的實驗設計平台，我(wǒ)們可以根據實驗部件的壽命分(fēn)布曲線，根據不同的實驗精度來制定樣本數量和實驗删失時間，從而實現更爲經濟和快速的可靠性實驗設計。此外(wài)，JMP還提供加速壽命實驗設計，幫助用戶進行從單因子單獨作用到多因子交互作用的各種加速因子壽命實驗的方案設計。
 
　　不同種類數據的比較分(fēn)析
 
　　在JMP的實驗設計平台，我(wǒ)們可以根據不同的失效原因進行分(fēn)析，也可以對于不同種類的樣本進行壽命比較。通過不同種類數據的比較分(fēn)析，使得用戶能夠更加清晰的認識到各組數據之間的差異性。而在失效模式分(fēn)析上，JMP特有的交互式操作方式，可以幫助用戶忽略失效次數較少的失效模式，将問題聚焦到主要模式上，實現對于問題的快速定位。
 
　　多因子交互影響的加速因子壽命分(fēn)析
 
　　無論是單一(yī)加速因子，還是多個加速因子對于産品壽命的影響，在JMP中(zhōng)，我(wǒ)們都能利用拟合平台進行相關數據的拟合建模。爲了保證模型構建的準确性，JMP還提供例如預測方差刻畫和 FDS 圖，幫助用戶進行模型評估，确保模型的可靠性。此外(wài)，JMP還在構建好模型之後，通過刻畫器，以可視方式幫助我(wǒ)們确定可行的操作架構和因子設定點，并通過模拟器，幫助用戶去(qù)設定實際工(gōng)作的效果。
 
　　多個部件的可靠性研究
 
　　産品是由多個部件構成的，産品的部件越多，相互關系越複雜(zá)，産品的可靠性就愈加難以計算。JMP的可靠性框圖，以圖形化的方式，幫助用戶快速搭建複雜(zá)的産品結構，從而實現産品整體(tǐ)可靠性的分(fēn)析建模。
 
　　從軍工(gōng)到民用，可靠性設計大(dà)有可爲
 
　　可靠性設計和可靠性分(fēn)析對于軍工(gōng)産品質量有着重要的影響，是關系到國防安全和國家戰略發展的大(dà)問題。近年來，随着我(wǒ)國經濟産業的不斷發展和産業升級，可靠性試驗不僅在航空航天等軍工(gōng)行業有很大(dà)的戰略需求和産品市場發展空間，在一(yī)些民用市場，可靠性分(fēn)析的需求也日益迫切，可靠性設計和分(fēn)析的市場空間和發展潛力巨大(dà)，可靠性設計大(dà)有可爲。
 

上一(yī)篇：未來100年将改變我(wǒ)們生(shēng)活的10大(dà)科技
新聞與媒體(tǐ)
Product Catalog