基于试验设计的产品可靠性数据分析方法研究

With the intensification of competition and the improvement of the complexity of products, the industries constantly improve the quality and reliability of the products. More and more attention has been paid to the research of experimental design modeling, model parameter optimization and predictive robustness to improve product reliability. Aiming at the research status, this project will systematically study the improvement method of product robust reliability through design of experiments taking the product lifetime as the reliability feature value and the process parameters in the product design or production process as experimental factors. Firstly, according to the characteristics of the reliability experimental data, the reliability model in case of incompletely randomized designs is conducted to screen out factors with important main effects and optimize factor settings. Secondly, product reliability prediction model is developed to predict the product reliability status and explore prediction performance of different designs; Finally, the robustness of prediction of product reliability is evaluated in case of errors in factor levels in product design or manufacturing process to look for the optimal parameter combination. This research is helpful to improve the theory and method of experimental design techniques to provide methods and technical support for the manufacturing enterprises in the application of data reliability analysis.

随着竞争的加剧及产品复杂度的提高，企业不断提高产品的质量与可靠性以满足现代技术与生产的需求。围绕着提高产品可靠性方面的试验设计建模、模型参数优化和预测稳健性的研究得到了越来越多的关注。针对上述问题，本项目以产品工作寿命为可靠性特征，产品设计或生产过程中工艺参数为试验因子，系统地研究了基于试验设计的产品稳健可靠性改进方法。首先构建非完全随机试验设计下产品可靠性模型，筛选显著试验因子，优化试验参数组合；其次建立产品可靠性预测模型，并对产品可靠性状况进行预测，探究不同设计方案下可靠性的预测性能；最后在产品设计或生产过程参数波动时，评估产品可靠性预测性能的稳健性，寻找具有稳健可靠性的参数组合。本项目的研究有利于完善试验设计统计技术的理论与方法，为可靠性试验数据分析在制造企业的应用提供方法和技术支持。

在复杂的市场环境下，产品的质量与可靠性对于企业提升竞争力和消费者满意度有着重要影响。本项目以试验设计可靠性（寿命）数据分析为基础，研究了可靠性建模与寿命预测分析应用中三个方面的工作：1）多误差项可靠性试验设计模型构建与可靠性数据分析。考虑试验设计存在组内差异，建立了多误差项可靠性模型，给出了基于组内效应的极大似然估计方法，通过实际案例，验证了模型的有效性。2）考虑输入误差的试验设计预测稳健性研究。针对实际生产实践中输入变量存在测量误差的情况，提出了G-效率、方差分散图中的最大值和最小值图以及设计空间比率图作为试验设计预测性能评价准则，通过仿真分析，得出了不同水平测量误差下试验设计的预测性能。3）基于可靠性改进的工艺参数稳健性分析及售后服务定价研究。针对相同可靠性试验处理内的不同测试样本，利用非线性混合效应威布尔模型，计算寿命分布参数和试验因子系数，建立了寿命预测函数，通过仿真技术与实证分析求得具有稳健高寿命分位值的参数组合，并在此基础上结合产品可靠性特征，提出了售后服务定价策略。.在本项目的资助下，课题组在国内外期刊上发表论文3篇，其中，SSCI/SCI 检索期刊发表2篇，国内核心期刊发表论文1篇,在审论文3篇。发表学术专著1部《基于试验设计的产品质量与可靠性改进》，获批计算机软件著作权2个。培养硕士研究生3名，参加国内外线下线上学术会议30余次。此外，项目负责人于2021年晋升副教授。在已有成果的基础上，课题组拟在基于大量历史数据的可靠性试验方案设计、试验设计处理中无失效数据时的可靠性建模、考虑产品售后服务需求的寿命预测分析等方面进行深入研究。