实验设计-可靠性试验01
可靠性试验设计中的马尔可夫链应用
可靠性试验设计中的马尔可夫链应用引言：在现代科学和工程领域中，可靠性是一个关键的概念。
可靠性试验设计是评估和验证系统或产品可靠性的重要方法之一。
马尔可夫链是一种数学工具，被广泛应用于可靠性试验设计中，以帮助工程师更好地分析和预测系统的可靠性。
第一部分：可靠性试验设计概述可靠性试验设计旨在通过实验数据和分析方法，确定系统在时间的变化过程中的可靠性和失效概率。
通过对系统的可靠性进行评估，工程师可以识别潜在的问题，并采取相应的改进措施。
可靠性试验设计中的马尔可夫链应用提供了一种有效的方式，分析和预测系统的可靠性。
第二部分：马尔可夫链的基本概念马尔可夫链是一种以状态转移为基础的数学模型，它描述了一个系统或过程在一系列状态之间随机转移的概率。
在可靠性试验设计中，系统的状态可以是正常工作、故障或维修等。
马尔可夫链的基本概念包括状态空间、状态转移概率矩阵和平衡方程等。
第三部分：马尔可夫链在可靠性试验设计中的应用马尔可夫链在可靠性试验设计中的应用主要包括以下几个方面：1. 状态转移图的建立：通过分析系统的状态转移过程，可以构建马尔可夫链的状态转移图。
状态转移图能够直观地表示系统不同状态之间的转移关系，为后续的可靠性分析提供基础。
2. 状态转移概率的估计：根据实验数据，可以估计系统在不同状态之间的转移概率。
这些概率可以用于建立马尔可夫链的状态转移矩阵，进而分析系统的可靠性。
3. 平稳分布的计算：马尔可夫链分析中一个重要的目标是计算系统的平稳分布。
平稳分布表示系统在长时间内各个状态的概率分布情况，能够提供系统可靠性的稳定性信息。
4. 系统可靠性的评估：通过分析马尔可夫链的平稳分布，可以计算系统处于正常工作状态的概率，从而评估系统的可靠性。
这种方法可以帮助工程师更好地了解系统的失效特性，并制定相应的维修策略。
第四部分：马尔可夫链应用案例研究以下是一个实际案例，展示了马尔可夫链在可靠性试验设计中的应用：某航空公司使用马尔可夫链来评估飞机的可靠性。
LC50应力实验及靠得住性实验方案
LC50应力实验及靠得住性实验方案LC50应力实验是一种常用的毒性实验，用于确定其中一种化学物质对特定生物的致死浓度。
而可靠性实验则是评估其中一种产品或系统在规定条件下能够维持正常工作的时间。
下面是LC50应力实验和可靠性实验的详细方案。
一、LC50应力实验方案：1.材料准备：-化学物质：选取目标化学物质，并准备不同浓度的溶液。
-试验生物：选择敏感性较高的生物作为实验对象，例如小鼠、鱼类等。
-试管或容器：用于装载不同浓度的溶液，并加入生物进行实验。
2.实验步骤：-将试验生物分成若干个实验组，每组个体数目一致。
-将不同浓度的化学物质溶液分别加入试管或容器中，每个浓度设置多个重复实验组。
-将试验生物放入不同浓度的溶液中，在一定时间内观察和记录生物的存活情况（一般为24小时）。
-根据结果绘制存活曲线，并计算出LC50值。
LC50值是化学物质致死浓度，即在一定时间内有50%的试验生物被该浓度的化学物质杀死。
3.数据分析：-统计不同浓度下试验生物的存活率，绘制存活曲线。
-根据存活曲线计算LC50值，并进行统计学分析。
4.实验安全：-进行实验时需佩戴合适的防护设备，保护眼睛、口鼻和皮肤，避免直接接触化学物质。
-实验过程中应保持实验室的通风良好，确保实验环境的安全。
二、可靠性实验方案：可靠性实验用于评估其中一种产品或系统在规定条件下的工作可靠性和持久性。
以下是一般可靠性实验的步骤和注意事项。
1.实验目标和条件确定：-确定要评估的产品或系统的可靠性指标和所需的工作条件，例如工作温度、湿度等。
-根据实际需要确定实验持续时间，例如24小时、72小时等。
2.设计实验方案：-根据产品或系统的性质和工作原理，设计出合适的可靠性实验方案。
例如，如果是电子产品，可以进行长时间的工作稳定性测试，以观察其是否能持续正常工作。
-确定实验组的设置，包括对照组和不同条件下的实验组。
3.实施实验：-根据实验方案设置实验器材和环境。
-将产品或系统置于所设定的工作条件下，并长时间运行以模拟实际使用环境。
产品质量检测中的可靠性实验设计
产品质量检测中的可靠性实验设计产品质量一直是制造业中的重要问题，而可靠性实验设计作为评估产品质量的一种重要方式，在保证产品可靠性方面发挥着关键作用。
本文将就产品质量检测中的可靠性实验设计进行探讨。
一、可靠性实验设计的重要性在产品质量检测中，可靠性实验设计的重要性不容忽视。
产品的可靠性是衡量产品质量的重要指标，同时也是产品能否满足用户需求、达到预期寿命的关键因素。
可靠性实验设计旨在通过模拟产品在实际使用过程中的各种不确定性因素，综合评估产品的可靠性水平。
通过可靠性实验设计，可以发现产品设计、制造、使用中存在的潜在问题，并且为优化产品设计和工艺提供可靠的数据支持。
二、可靠性实验设计的基本原则在进行可靠性实验设计时，有几个基本原则需要遵循。
首先，实验设计应该具有良好的可重复性和可比较性。
这意味着实验过程应该能够被其他人所重复，同时实验结果应该能够与其他实验进行比较，验证实验的准确性和可靠性。
其次，实验设计应该尽可能模拟产品在实际使用环境中的各种不确定性因素，如温度、湿度、振动等。
通过模拟这些因素，可以更全面、准确地评估产品在实际使用中的可靠性。
另外，实验过程应该具有可控性，即实验者能够对实验条件进行精确控制，以保证实验数据的可靠性和可重复性。
最后，实验方案应该具有一定的代表性，即能够充分反映产品在实际使用中的特点和情况，以提供准确的评估依据。
三、可靠性实验设计的方法与技术在可靠性实验设计中，有多种方法和技术可供选择。
其中，寿命试验是常用的一种可靠性实验方法。
该方法通过人工加速实验，模拟产品在正常使用条件下的寿命。
在实验过程中，可以通过监测产品的失效情况，来评估产品的可靠性水平。
此外，还有可靠性建模技术，该技术通过对不同因素的数学建模，以及实验数据的统计分析，预测产品的寿命和可靠性。
同时，还有仿真技术、试验设计技术等也可以应用于可靠性实验设计中。
四、可靠性实验设计的挑战和应对在进行可靠性实验设计时，会面临一些挑战。
DOE实验设计及稳健设计、可靠性设计
分
析
1:16
170
1.2
表
230
1.5
200
1.3
1:18
1:14
分析表解释：
K1这一行的3个数分别是因素A, B, C的第1水平所在的试验中对应的铁水温度之和; K2这一行的3个数分别是因素A, B, C的第2水平所在的试验中对应的铁水温度之和; K3这一行的3个数分别是因素A, B, C的第3水平所在的试验中对应的铁水温度之和; k1, k2, k3这3行的3 个数，分别是K1, K2, K3这3行中的3个数的平均值； 极差是同一列中， k1, k2, k33个数中的最大者减去最小者所得的差。极差越大，说明这个因素 的水平改变时对试验指标的影响越大。极差最大的那一列，就是那个因素的水平改变时对试验指 标的影响最大，那个因素就是我们要考虑的主要因素.
为提高保证铁水温度，需要通过试验选择最好的生产方案. 经初步分析，主要有3个因素影响铁水温度，它们是焦比、风压和底焦高度， 每个因素都考虑 3个水平，具体情况见表。 问: 对这3个因素的3个水平如何安排，才能获得最高的铁水温度?
解：如果每个因素的每个水平都互相搭配着进行全面试验，必须做试验33=27次,每次试验如 重复3次，则为81次。现在我们使用L9(34)正交表来安排试验。
如： 刹车过程 — 刹车盘配方，材料A对性能单独贡献为Ga, 材料B对性能单独贡献为Gb，材料A和B合在一起对性能 贡献为Gab, 如：Gab=Ga+Gb，则不存在交互；如：Gab远远大于Ga+Gb或反之，则存在交互。
解：我们选用正交表L9(34)来安排试验。
实验同时考虑多个过程 输出结果
分析表
（Process Development) 2、变量的优化设置
运用 DOE 实验设计进行可靠性评估的操作分析
运用 DOE 实验设计进行可靠性评估的操作分析可靠性评估在产品开发过程中扮演着重要角色，它可以帮助制造商识别和解决潜在的故障问题，提高产品的寿命和性能。
为了有效地评估产品的可靠性，运用DOE（Design of Experiments，实验设计）方法进行实验是一种常用的方法。
本文将对如何运用 DOE 实验设计进行可靠性评估进行操作分析。
1. 理解可靠性评估的目的和指标在进行可靠性评估之前，我们首先需要明确评估的目的和指标。
根据产品的特点和应用环境，确定重要的可靠性指标，例如失效概率、平均寿命、可靠度函数等。
2. 确定影响可靠性的因素接下来，确定可能影响产品可靠性的因素。
这些因素可以包括材料的选择、制造过程参数、环境条件等。
将这些因素列为实验设计的自变量。
3. 设计实验计划DOE 方法可以帮助我们在最少的试验次数下获得最多的信息。
根据实验目标和可用资源，选择合适的实验设计方法，例如全因子设计、Taguchi 方法或响应面设计。
4. 构建试验模型根据实验计划，进行试验并记录数据。
根据所选择的设计方法，构建试验模型，分析各个自变量的影响程度，并确定最适合的参数设置。
5. 分析数据和优化通过统计分析，评估各个因素对可靠性指标的影响程度，并找出主要影响因素。
根据分析结果，进行参数优化和参数设置调整，以提高产品的可靠性。
6. 验证模型和推广应用将优化后的参数设置应用于实际生产中，并进行长时间稳定性测试。
通过与实验数据进行验证，检验模型的准确性和可靠性评估的有效性。
7. 持续改进和监控随着产品的不断更新和客户需求的变化，可靠性评估需要进行持续改进和监控。
定期收集和分析新的实验数据，并根据需要进行参数更新和优化，以保持产品的可靠性和性能。
通过运用 DOE 实验设计进行可靠性评估，可以最大程度地调查和评估各个因素对产品可靠性的影响，优化产品参数设置，提高产品的寿命和性能。
同时，这种方法可以帮助制造商更加高效地利用资源和时间，降低开发成本，并提高产品的竞争力。
可靠性试验HALT
可靠性试验 HALT & HASS前言 Foreword任何产品都有其缺陷所在，当这些故障发生时产品往往已超过了时效，尤其是配套应用在汽车上的电子产品，如DVD、汽车音响、多媒体接收系统等。
如果不能在早期发现并解决潜藏在这些电子产品中的问题，而等其装配到汽车上，用户使用一段时间后才让问题慢慢显露出来，则会给制造商和用户带来极大的损失。
解决问题，首先要发现问题的所在，借由增加外部环境应力、强迫故障提早暴露出来，是早期发现和解决问题的一个有效方法。
目前，国内汽车电子产品通用的可靠性测试手段，一般是在研发时采用传统的性能各异的温湿度箱来验证提高产品的可靠性性能；在线生产采用的是老化寿命（即高温等）的传统测试方法。
仅依靠以上这些传统的测试手段，要达到目前国外汽车电子产品高质量的技术指标，尚存在着一定的困难。
HALT （ Highly Accelerated Life Test ，高加速寿命试验） & HASS （ Highly Accelerated Stress Screening ，高加速应力筛选），这是一种行之有效的能够提高产品可靠性的测试手段。
HALT & HASS 是由美国军方所延伸出的设计质量验证与制造质量验证的试验方法，现已成为美国电子业界的标准产品验证方法。
它将原需花费 6 个月甚至 1 年的新产品可靠性试验缩短至一周，且在这一周中所发现的产品问题几乎与客户应用后所发现的问题一致，故 HALT & HASS 的试验方式已成为新产品上市前所必需通过的验证。
在美国之外，许多国际的3C 电子产品大厂也都使用相同或类似的手法来提升产品质量。
概念 Definition1、 HALTHALT 是一种通过让被测物承受不同的应力，进而发现其设计上的缺限，以及潜在弱点的实验方法。
HALT 的主要目的是通过增加被测物的极限值，进而增加其坚固性及可靠性。
HALT 利用阶梯应力的方式加诸于产品，能够在早期发现产品缺陷、操作设计边际及结构强度极限的方法。
可靠性实验报告
商学院学生实验报告课程名称：可靠性实验学生姓名：专业班级：BE 学生学号：指导教师：李成2013- 2014学年第1学期实验一 储存寿命试验一、 实验目的1) 通过实验能够使学生了解并掌握可靠性储存试验目的与原理； 2) 储存实验是用来评价产品的储存期的时间，其目的是验证产品在规定条件下的使用寿命、储存寿命。
二、 实验原理1. 实验原理产品在储存中处于非工作状态，由于储存应力要比工作应力小得多，所以产品因储存而发生故障，一般是长期缓慢的过程。
这时要对这种缓变过程有所估计，以便在故障前采取修复补救措施，使储存寿命变长。
2. 阿伦尼斯储存加速模型在加速寿命试验中用温度作为加速应力是常见的，因为高温能使产品（如电子元器件、绝缘材料等）内部加快化学反应,促使产品提前失效，阿伦尼斯在1880年研究着类化学反应，在大量数据基础上，总结出了反应速率与激活能的指数成反比，与温度倒数的指数成反比，阿伦尼斯模型为⎪⎪⎭⎫⎝⎛=应力应用—T T k Ea EXPAf 11 式（1-1） 上式中：0.6eV:);273(:);273(:;/1063.8::)exp(5-激活能℃应力温度℃应用温度波尔兹曼常数次方；的应力应用a E T T K eV K x e x ++⨯3. 用下列公式求失效率∑∑∑===⨯⨯⨯=ββλ191110i i j j XiM AFij TDH Xi(1-2) 上式中：的总器件小时数：寿命试验数，，数目：给定失效机理的失效理数（只考虑高温）：不同的可能的失效机器件小时）表示的失效率（失效数用K j TDH i X F j i X~2,1~2,110/it :9==ββλ其中，M=22χ（根据已知的失效数，查2χ分布表，算出M 的值，n=2r+2）表1-1 2χ分布表三、 实验条件1) 高低温试验箱 2) 老化系统及电源 3) 触摸工业一体机 4) 实验软件 5)反偏老化板功能：施加反偏工作电压0~30V 测试指标：二极管漏电流I R 6) 万用表1块，工具箱1个，1N5818型号二极管32只下面是1N5818的相关参数：表1-2四、 实验内容1. 准备实验器材1)反偏老化板；2) 1N5818二极管32只；3)万用表一只 2. 开启温控箱电源按钮，按下以后电源按钮绿灯常亮； 3. 开启老化系统4. 开启分立器件桌面试验系统电源开关，开关按钮亮红色；5. 开启反偏电源，黑色按钮打到on 单元，电源指示灯会常亮；6. 进入实验软件界面，输入班级、姓名、学号，选择相应的实验项目；7. 选择相应试验应力类型，试验器件类型（二极管1N5818），温度、电压应力类型具体见下图：表1-38. 故障判据设置如下：表1-49. 进入实验系统，点击开始实验，观测数据变化；实验开始5分钟开始监控；设定有32个电子元器件（反偏耐压），在135度的高低温试验箱中进行100min 的实验，在1x 秒有一个失效，在2x 秒有一个失效,（因为只考虑温度影响，所以两个失效的失效机理是一致的，激活能Ea=0.6eV ）， 求得自然贮存条件下20℃90%CL 的失效率。
品质部实验室可靠性试验规划报告
品质部实验室可靠性试验规划报告一、可靠性试验的必要性1）、产品可靠性是全面质量管理所涉及的主要领域之一。
一个可靠的产品应该是在整个使用期间能够执行设计要求功能的产品，可靠性是一种质量特性，它体现了当今的购买者对产品的一种主要要求，迅速提高公司产品的竞争力。
2）、可靠性是一种综合性的技术，应该从成本性能、顾客的要求及公司的水平等方面综合考虑。
确定可靠性目标和方案，然后通过试验对可靠性方案进行评估，来控制产品的质量，满足顾客的需求。
3）、规定品质规范、标准、全面、系统的完成产品可靠性，为生产、研发提供第一手可靠性数据，为新产品确定提供基础。
4）、为客户提供可参观性，为业务员提供可介绍性，信赖公司产品质量，增加公司知名度，为公司创造影响力。
5）、来料常规测试，统一检测地点，标准、规范、有力控制供应商。
不合格产品一律拒之，减轻制程与出货之间的压力。
二、可靠性测试定义和目的定义：系统或者产品在规定的条件和规定的时间内，所完成规定功能的能力。
所谓的规定条件包括产品说处的环境条件（温度、湿度、压力、振动、冲击、等）可靠性试验是对产品进行可靠性调查、分析和评估的一种手段。
试验结果为故障分析、研究采取的纠正措施、判定产品是否达到公司和客户要求，提供依据。
测试目的：1、在新产品研制阶段用以暴露产品各个发面的缺陷，为研发提供依据。
2、为监督生产提供信息。
3、对新产品检测分析和验收，增加新材料的开发，降低成本。
4、暴露产品在不同环境下失效规律以及失效模式。
5、经过温度、湿度、压力、振动、冲击、安规等测试后为客户提供有据有依产品质量数据。
让客户相信公司产品质量达到的方式，提高公司知名度。
三、实验室设备的配置和作用及预计费用价格6000元左右已有已有价格550元左右。
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(1) 阿伦尼斯(Arrhenius)模型。用于通过提高温 度以加快化学反应的速度，缩短电子元件寿命的 场合，回归模型为 y=aeb/T 其中T表示试验温度，y表示平均寿命。 (2) 逆幂律模型。 用于通过加大电压以缩短电子 元件寿命的场合，回归模型为 y=a/Vb 其中V表示实验电压，y表示平均寿命。 此外还有单应力Eyring模型、广义Eyring模型等。
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2.3 加速寿命试验
随着科学技术的迅猛发展，高可靠性、长寿命的产品越来越多，即使使用截尾寿命试 验也需要很长的试验时间，为了进一步缩短试验时间，就引入了加速寿命试验。
加速寿命试验的条件比正常使用条件更严 酷一些，以缩短试验时间，例如提高温度、 加大电压等。这种超过正常应力水平的寿命 试验就称为加速寿命试验。 加速寿命试验要求在某个实验条件的几个 加严的水平下做试验，计算出这几个条件下 的平均寿命，然后用回归模型推断正常使用 条件下的平均寿命。
可靠性试验-寿命试验 可靠性试验 寿命试验
目录 1 可靠性试验及其分类 2 寿命试验 3 应用及展望 4 参考文献
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1 可靠性实验及其分类
可靠性实验是指在系统的设计、制造、 运行以及维修保养全过程中为确认可靠 性而进行的各种实验。
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可靠性试验种类
可靠性寿命实验 可靠性环境应力实验 可靠性筛选实验 按实验内容分 整机可靠性鉴定实验 整机可靠性验收实验 可靠性增长实验
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3 应用及展望
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展望 （1）系统级加速寿命试验方法 系统级产品包含多种类型元件和不同材料，其失效机理 和失效模式比较复杂和多样，因此，大大限制了系统级 产品的加速寿命试验。 （2）加速寿命试验方法结合贮存试验的工程应用 加速寿命试验方法的研究离不开可靠性工程的实际应用， 加速寿命试验方法结合贮存试验即加速贮存寿命试验， 俄罗斯已将加速寿命试验方法引入到贮存试验中，形成 了一套加速贮存寿命试验软件，并应用于导弹武器系统 的加速贮存寿命试验中。因此，加速贮存寿命试验技术 的研究和工程应用将是我国航天产品、导弹武器系统以 及其它行业长寿命（包含长贮存寿命）产品全寿命周期 中一个非常值得重视的问题。
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• 可靠性试验种类
工程实验：环境应力实验、筛选实验 按实验目的分 统计实验：寿命实验 现场实验 按实验场所分 模拟实验
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2 可靠性寿命试验
寿命试验是可靠性试验的重要组成部分，是 评价、分析产品寿命可靠性特征量所进行的 实验。常见的寿命实验有以下几种类型： 2.1 完全寿命试验 把n个实验单元投入实验直到全部出现故 障（或失效）才停止的实验称为完全寿命实 验。 完全寿命实验需要的时间较长，所以尽量 用整体设计做同时实验。
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根据试验中试样失效后是否用新试样替换继续 试验，还可分为有替换和无替换两种,一般可 归纳为如下四种试验: ⑴ 有替换定时截尾寿命试验； ⑵ 有替换定数截尾寿命试验； ⑶ 无替换定时截尾寿命试验； ⑷ 无替换定数截尾寿命试验。 完全寿命试验也可看成是截尾数是n的无替换 定数截尾寿命试验。此外，尚有分组最小寿命 试验、序贯寿命试验、有中止的寿命试验等
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4 参考文献
[1] 刘文卿.实验设计[M],清华大学出版社，2005. [2] 李海波,张正平,胡彦平.加速寿命试验方法及 其在航天产品中的应用[J].2007,34(1):2-10.
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Thanks！
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2.3.3 加速模型 加速寿命试验的基本思想是利用高应力下的寿 命特征去外推正常应力水平下的寿命特征。实 现这个基本思想的关键在于建立寿命特征与应 力水平之间的关系。这种寿命特征与应力水平 之间的关系就是通常所说的加速模型，又称加 速方程。加速模型可以分为失效物理加速模型 失效物理加速模型 和数学统计加速模型 数学统计加速模型两大类 数学统计加速模型 失效物理加速模型的数学表达形式为己知，只 是模型参数待定，所以，基于失效物理加速模 型的加速寿命试验的基本任务 基本任务 基本任务就是通过试验对 模型参数进行辨识。这类加速模型主要有
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（3）对数正态分布 对数正态分布的概率密度函数为
式中σT’为对数标准差，µ ' 为对数均值。
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2.3.2 加速应力 根据加速寿命试验的假设：产品在正常应力水 平和加速应力水平下的失效机理 失效机理不变。加速寿 失效机理 命试验中选择的加速应力要求能加速产品的失 效，但同时不能改变失效机理，一旦改变了失 效模式，就失去了加速寿命试验的基础； 应力的选择对试验的加速效率影响很大，一般 应根据产品的失效机理 失效模式 失效机理与失效模式 失效机理 失效模式来选择加速 应力。加速寿命试验中常用的应力有温度、湿 度、振动、压力、电应力、温度循环等，这些 应力既可以单独使用，也可以多种组合使用。
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（2）Weibull 分布 Weibull 分布也许是最为广泛使 用的寿命 分布，也是在实际使用中很重要的寿命分布， 大量统计方法的文献都是由此分布引出的。 Weibull 电器的绝缘材料 等。Weibull 分布有单参数、两参数和三参数 Weibull 等几种形式，其中，两参数Weibull 分布的概 率密度函数为 式中β 为形状参数，η 为尺度参数。
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2.3.4加速寿命试验方法的主要类型 （1）恒定应力加速寿命试验（CSALT），典 型的试验剖面如图1 所示。
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（2）步进应力加速寿命试验（SSALT），典 型的试验剖面如图2 所示。
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（3）序进应力加速寿命试验（ PSALT），典 型的试验剖面如图3 所示。
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例 2 某电子元件正常工作电压是直流电6V，采用加速寿命 试验估计其平均寿命。分别在12V,18V,24V,30V的电压下做 实验，测得电子元件的平均寿命分别为15602，10268， 7513，4962，估计该电子元件在正常工作电压下的平均寿 命。 解 使用逆幂律模型，首先对模型线性化，两边取对数得 lny=lna-blnV 记 y’=lny,a’=lna,b’=-b,V’=lnV,上述回归模型转化为 y’=a’+b’V’ 得最小二乘估计 a’=12.71，b’=-1.214，于是得 a=e12.71=331042, b=1.214 回归模型为 y=331042/V1.214得电压=6V时平均寿命的回归估 计值为 y=331042/61.214 =37602