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在实际工作中,我们经常会碰到没有失效发生(即无失效),或只有一两个失效的情况,这种情况应该如何进行寿命数据分析呢?
通常情况下,单参数Weibull(或称WeiBayes)可能是更好的选择。
问:陈老师,请教个问题,我们在某个试验中,进行改进前和改进后的比较,数据显示改进后要好于改进前,但计算得到的MTTF,却是改进前好于改进后,不知道是什么原因?(并附上了图形分析结果)
答:(看过分析结果后)如果失效数据很少,建议不要直接使用拟合去进行参数估计,可以使用单参数Weibull进行分析。
一、背景简介
经过简单的了解,这位朋友的实际情况为:
有一个产品进行了设计改进后,分别选择了40个样件进行寿命试验,得到的结果为:
1、改进前的产品:分别发生了4个失效,有36个未发生失效;
2、改进后的产品:分别发生了1个失效,有39个未发生失效;
试验在200个循环(Cycles)后停止。
试验结果如下图所示:
疑问:单纯从数据上来看,改进是明显的。
但是通过Weibull分析,得到的MTTF计算结果,却是改进前优于改进后。
这是什么原因导致的呢?
二、问题来源剖析
如果按照一般的寿命数据分析过程,基本过程如下:
1、数据收集和整理,可以将实验数据整理如下图:
2、进行数据分析:将数据输入软件,得到Weibull分析结果:
改进前的产品,选择了MLE(极大似然估计),得到下图的结果。
Beta=1.185;Eta=1327
改进后的产品,只有一个失效,只能选择MLE(极大似然估计),得到下图的结果。
Beta=24.73;Eta=232
3、通过计算器计算结果
如下图,通过软件自带的计算器,可以分别计算得到他们的MTTF:
改进前:MTTF=1252.35;
改进后:MTTF= 226.97;从计算结果来看,的确是改进前的反倒要优于改进后的,这与直观判断差距太大。那么,问题来自于哪里的?
三、推荐的分析方法
那么,上面的分析过程中,究竟哪里出了问题呢?
相信细心的朋友可能已经发现了,两组数据的分析结果和分析方法分别如下:
在前面的分析中,改进前后两组数据得到Beta值相差甚远,那使用MLE进行两参数Weibull分析,是不是都适用于这两组数据呢?
了解Weibull分析的朋友可能会知道,Weibull形状参数Beta往往与失效模式是相关的,相同的失效模式,Beta是接近或者是相等的。
在这个案例中,通常改进设计之后,失效模式要么被消除,要么被延后,通常来说,Beta不应该差别特别大。(除非有新的失效模式引入)
所以,在一般的Weibull分析中,如果失效数据很少(甚至没有)的时候,我们通常可以使用单参数Weibull(或称WeiBayes)进行分析。
即给定Beta值,然后计算另一个参数Eta值。
所以,对于改进后这组数据,我们可以使用改进前计算得到的Beta,即1.185,去计算Eta。
计算结果如下图:Beta=1.185(给定值);Eta=4493.10;
为了更加直观地进行改进前后的比较,我们可以使用多图,将两个分析结果放到一张图中进行比较。如下图:
改进前 B1=27.39;
改进后 B1=92.60;
可以看出,改进还是明显的。
四、总结及提示
当失效数据很少(甚至没有)的时候,建议使用单参数Weibull(即WeiBayes)进行分析;
很多情况下,比较Bx寿命、可靠寿命、不可靠寿命,往往要比比较平均寿命(MTTF)更有意义。(相信有些朋友不一定认同,但是大家可以仔细想想,如果您去买一批灯泡,您是更关心他们的平均寿命呢?还是关心这批灯泡在您期望的使用期限内不发生失效的概率呢?)
五、名词解释
Bx寿命 (也称Lx寿命)
Bx寿命是常见的可靠性指标。当x等于10时称为B10寿命,x等于50时称为B50寿命.
在ISO-281标准中,B10寿命表示在一定数量的轴承中,其中90%的轴承的寿命能够达到的时间点。
此外,在澳大利亚标准AS3890和AS2729中, B10(或L10)寿命可以用于衡量产品的寿命。
B1表示在规定的条件下,1%的产品失效的那个时间点;
B10表示10%的产品失效的那个时间点;
B0.1表示0.1%的产品失效。
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