家电产品无故障数据成败型可靠性试验方案探讨

黄逊青

（广东白色家电产学研创新联盟，广东 佛山 528300）

1 引言

GB/T 24986.1-2010《家用和类似用途电器可靠性评价方法通用要求》的发布，标志着我国家电产品可靠性管理进入了行业规范化阶段，家电产品的可靠性规范化管理将逐步成为家电生产企业产品质量管理工作中不可或缺的内容。本文针对家电生产企业产品设计和开发以及生产的特点，探讨在有效控制技术风险的前提下，简化试验方案，降低对相对复杂的数学工具的依赖，改善可操作性，合理减少试验样品的数量，降低试验成本和缩短试验周期的试验方案。

2 试验方案的导出

2.1 成败型可靠性试验

在产品可靠性试验中，按照考核对象分类，成败型试验的特征量为试验结果中样本的成功、失败数，而且试验结果服从超几何分布或二项式分布。在家电产品的设计和开发过程中，一些可靠性技术指标是以成败作为判定依据的，例如，电子部件的电磁兼容性试验以及一些功能性项目；同时，在生产过程中产品有时也需要进行成败型可靠性试验。由于不少家电产品的可靠性指标已经达到较高水平，例如，一些电气部件的的可靠度要求达到0.999以上，在这些高可靠度产品整机和部件的鉴定和验收试验过程中，无故障和少故障是常见的试验结果。

在样本数过小的情况下，试验结果受样本数的影响明显，只有在样本数足够大的情况下，试验结果才能够比较准确地反映实际的可靠性水平。在样本数量足够大的检验批中，出现无故障数据检验结果的概率Z与检验置信度存在明确的定量关系：

式（1）中：1－α——试验结果的置信度；

α——产品的制造方风险；

Z——试验批的无故障概率。

其中，Z符合二项式分布，因此存在以下关系：

式（2）中：R——样本可靠度或合格率；

n——样本数量。

而满足上述条件的最少样本数可以按下式计算：

因为n为整数，所以将n取整数后得：

当样本数量足够大时 （n≥60），试验结果为无故障数据的试验批可靠度下限为：

表1 置信度与无故障概率和分位数的对应关系

而对于数量足够大的试验批，符合二项式分布的特征值x的区间为：

u1-a/2——标准正态分布1－α/2分位数；

n——样本数量。

对于样本数量为2n，试验结果为r个故障数为r＞0的试验批，其故障率的区间为：

利用R=1－F的关系，可以计算该试验样本的可靠度下限为RL：

对于样本数量为2n，接收准则为Ac＝1，Rc＝2的试验批，当试验结果为r=1时，试验样本的可靠度下限为RL：

若实施上述试验方案时，将全部样本随机分为2等份，第1小批试验，r＝0，试验结束，判合格；r＝1，进行第2小批试验；r＞1，试验结束，判不合格；而在第2小批试验中，r＝0，判合格；r≥1，试验结束，判不合格。于是，试验方案可以归纳为表2。

表2 试验步骤和试验参数

2.2 案例

某电气部件设计可靠度为为0.9985 ，若试验的置信度为1-α=0.90，从表1可知Z=0.5857 ，u1-a/2=1.648，依表2可得：n≥356.4，取整后n=357。若出现第1小批试验，r=0的结果，RL1=0.9936 ；若出现第2小批试验，r=0的结果，RL2=0.9963 。

3 讨论

3.1 试验方案

本文提出的无故障数据试验方案并非要求试验结果必须无故障才判定合格，而是允许在试验中出现无故障数据的结果，在试验方案中预期出现概率为前两位的结果为可以接受，即故障数为r=0或故障数为r=1，在1个小批的试验结果中，出现1个故障大约在20%～40%的范围，这样可以尽量避免由于样本数过少导致误判，同时可以将样本数量减至最少。

从成败型试验的案例中可以了解，虽然RL1＜RL2，但是两者是等价的。因为，在第1小批试验结果为r=0的情况下，在第2小批试验出现r≤1结果的概率为0.90，而恰好出现r=2的概率为0.08，显然拒绝r≥2的结果是合理的。因此，即使在在第2小批试验出现r=1这种不利结果，综合两个小批的试验结果，试验样本的可靠度下限值仍然是RL2。只不过在第1小批试验结果为r=0的情况后，即使继续进行第2小批的试验，出现不合格结果的概率已经很低，这时提前结束试验可以减少一半的试验工作量。

某些试验项目的结果具有明显的随机性，例如，电子部件的电磁兼容性试验，因此，在这类试验中同一个样品进行数次重复试验对评价结果无明显的不良影响，采用此方案可以减少样品数量，不过为避免出现样品数量过少而使试验的代表性受影响，建议进行这类试验时，每个样品的重复试验次数不超过10次。

3.2 成败型试验与寿命试验联系

虽然在可靠性文献中，成败型试验一般情况下用于验证一些无需考虑运行寿命的产品，只需要根据试验样本在试验结束前是否已经完成预期的任务。当规定样本在规定的运行期内不出现故障作为成功的判定准则时，在规定的运行期内出现故障就可以作为失败的判定准则，因此，以寿命试验规定的运行时间内，是否出现故障的寿命试验问题就可以演绎为成败试验问题，就可以利用成败试验的方法来代替寿命试验。尤其是在以无故障数据作为基本试验结果的试验方案中，这样的演绎不会导致试验结果出现较大的误差。

4 结束语

家电产品质量水平的提高使得可靠性试验方案需要考虑经常出现的无故障数据现象，可靠性鉴定试验和验收试验的准确性，受样本数量的影响很大，样本量过小缺乏代表性，而样本量过大则导致效率降低、鉴定成本提高，本文试图以出现概率最高的两个试验结果作为确定最优试验样本量的依据，以Ac=1，Rc=2作为判定准则，分2小批进行试验，当第1小批试验结果为无故障数据时，提前结束实验。

在确定置信度之后，基本上就可以确定试验方案，从而简化试验方案的编制过程，避免由于试验方案的差异而导致试验结果出现明显的离散现象；同时，可以减少试验样品的数量，缩短试验时间，改善可靠性试验的可操作性和经济性。本文提出的方案程序简单明确，易以掌握，便于在家电企业中实施。

参考资料

[1]龚长庆，赵宇，顾长鸿.型号可靠性工程手册 [M].（第一版）.北京：国防工业出版社，2007.

[2]何国伟.可信性工程 [M].（第一版）.北京：中国标准出版社，1997.

[3]黄逊青.家用电器产品可靠性管理措施探讨 [C]//2010年中国家用电器技术大会论文集.北京：中国轻工业出版社，2010.

[4]黄逊青.家用电器可靠性鉴定试验无故障定时截尾方案探讨 [J].电子产品可靠性与环境试验，2010，28（6）：27-31.

[5]GB/T 24986.1-2010，家用和类似用途电器可靠性评价方法通用要求 [S].

[6]GB/T 4087-2009，数据的统计处理和解释 二项分布可靠度单侧置信下限 [S].