可靠性技术

共词分析下的可靠性试验技术研究热点分析

华小方 谷湘琼

摘要：通过对可靠性试验技术相关文献的共现高频关键词分析，得出以下两点发现：一是可靠性试验技术有关的研究成果呈现两个阶段性，两个阶段各有严重侧重；二是靠度度、可靠性效益、充裕度评估、蒙特卡罗模拟电力系统、可靠性强化试验、加速寿命试验等关键词是持续受到学者们关注的热点议题，而仿真模拟、加速寿命试验、试验复杂系统等议题的关注日益增多，成为新的研究热点。

关键词：可靠性试验技术；词频共现；知识图谱

Evolution of the Research Fronts of Reliability Technology--Based on Co-word analysis

Hua Xiao-fang，Gu xiang-qiong

Abstract : Co-occurrence frequency analysis of key words is carried out to reveal the hot sports in research of reliability test. Two results are as follows. The investigation reveals that there are two stages in research evolution of the reliability test. The direction of reliability test has been turned from the design of experiment to the verification of boundary condition transformation about reliability test. Meanwhile, the issues such as, reliability, reliability evaluation, reliability worth, monte carlo simulation, adequacy assessment, power system, Accelerated stress , accelerated life testing have been a continuous hot topic among scholars before 2000 even to nowadays. The emerging of new subjects has draw more and more attention, such as model, cost and so on.

Key words: reliability test; Co-occurrence frequency; knowledge mapping

1. 引言

随着科技的进一步发展，设备性能的复杂程度越来越高，设备的可靠性也成为专家们及学者关注的研究热点。可靠性试验技术作为可靠性学科的重要组成部分，是验证产品的可靠性是否达到设计要求并作为产品设计定型的重要依据，可靠性试验技术的理论的发展经过多年的演变，试验思路由传统的可靠性环境模拟试验转变为可靠性激发试验，产品的可靠性能得到了大幅度的提升。

近年来，计算机技术的快速发展使得可靠性试验技术迅速提升，可靠性试验技术出现不同的研究方向，高加速寿命试验、步进应力试验、高加速应力筛选等。我国在60年代引进可靠性试验分析技术，经过长期的发展技术能力获得了较快的进步，但相比发达国家仍存在着一定的差距。对此，有必要分析和跟踪可靠性试验技术的演变过程及其相关的研究热点，为深化相关研究及指导我国可靠性试验技术发展提供参考。

2. 文献回顾

20世纪50年代，美国开始对电子设备的可靠性展开研究，到60年代可靠性的逐渐由电子设备扩展到机械、建筑、工程等各个行业，并且相继出现不同的分支领域。可靠性试验是为了了解、评价、分析和提高产品的可靠性二进行的各种试验的总称，旨在暴露产品的缺陷，为提高产品的可靠性提供必要信息并最终验证产品的可靠性[1]。可靠性试验贯穿在产品的全寿命周期中，是产品可靠性评价的重要环节。国内外众多学者对可靠性试验问题进行过深入的研究，其内容涉及到各种方面。

20世纪70年代，老化试验逐渐发展成为环境应力筛选，1979年美国海军颁布海军生产筛选大纲使得环境应力筛选迅速发展，90年代， Greegg K.Hobbs[2]等相继展开对环境应力筛选的研究，Harry Mclean[3]认为环境应力筛选中引入的温度步进、温度循环、震动和电应力循环具有创造性的意义，HP [4]提出的应力裕量与健壮试验开启了可靠性强化试验的研究。同时，

B.fallou [5]、L.aimoni [6]等开始对产品寿命影响的加速模型，派克模型，多应力模型相继成为

学者们关注的重点。后来的众多学者，在加速寿命试验和强化试验的技术上，采用统计模型，引入极大似然估计、非参数估计、贝叶斯估计等。

近年来，国内学者在该领域的研究也取得了较大的进展。葛广平[7]（2002）研究了多水平恒定应力加速寿命试验的优化设计问题；李志奇[8]（2004）探讨了航天电连接器在温度和振动环境下的加速寿命试验；姚军等（2007）[9]将计算产品可靠度的相关公式引入强化试验中，使用定量分析探讨产品可靠性；杨艳峰等（2013）[10]提出虚拟强化试验技术确定原则，推导了接触磨损强化系数，并利用MATLAB 软件编制了相应的计算程序。

本文运用文献计量方法，从文献的关键词共现网络节点的被引频次、中心度这两个最能体现共词分析网络的重要性方面进行分析，对各时间阶段中全部文献的关键词归纳、概括、比较与分析，动态地探寻各时间段中研究热点的迥异。

3．数据来源和研究方法

在数据来源上，我们在web of science 数据库中以主题词的方式检索，主题=(“reliability test”)，时间跨度=1956-2014年，数据库=SSCI，CPCI-SSH 进行搜索，然后对搜索结果进行精炼, 精炼依据：文献类型=( Article or Proceedings Paper )，检索到1427篇文献。笔者进一步对这些文献的研究主题进行逐篇确认，确保这些文献同可靠性试验技术相关。

我们发现，1972-2014年间各年份发表的文献数量如表1所示。

表1 可靠性试验技术文献历年出版情况（1972-2014）

在研究方法上，可视化技术的科学知识图谱是当前科学计量学中的前沿研究方法，在能直观展现学科领域研究热点，并能够保证研究结果的科学性。计量学家皮尔逊(Pearson) [11]认为高频被引文献组成了知识基础，高频关键词代表研究热点，对高频关键词的分析可以总结出学科的知识结构变化。对此我们从全部文献中提取关键词，识别更为具体的研究议题。

基于以上方法的使用，本文借助陈超美博士开发的CITESPACE 软件来实现高频关键词共现的可视化操作。CITESPACE 是用来分析和可视共现网络的Java 应用程序。

4．可靠性试验技术热点分析

4.1 数据处理

在1427篇文献中共提取个367关键词，总词频数为1783次，每个关键词平均出现频次

4.85次。在此基础上，对同义或近义的关键词进行合并，即标准化处理，例如：system-systems 、power system-power systems、unit commitment-unit-commitment等合并为system 、power system、unit commitment等，将它们出现的频次相加，提取每个阶段出现频次最高的20个高频关键

词，共计40个，其总词频数为731次，每个高频关键词平均出现频次为19.3次，远高于总平均次数的频率，这些高频关键词基本上包含了可靠性试验技术主流领域的研究热点。运用cites pace分别生成关键词共现知识图谱（图1，图2）。

图1. 1972－2000年可靠性试验技术关键词共现知识图谱

图2. 2001－2014年可靠性试验技术关键词共现知识图谱

关键词的提取没有统一的标准或规范，作者关注的视角也各不相同，有的作者将“动力系统”列为可靠性试验技术的一个关键词，有的将“可靠性”作为关键词，更有将研究对象“系统”作为可靠性试验技术的关键词等，提取到的关键词中有许多两字词汇，例如，“模型”、“传输”、“电子产品”等，这些关键词所指范围不够具体，为此，我们对这些文件的摘要及前言进行详读，补充这些关键词准确所指的对象和代表范围。综合以上所述，提取关键词(表2和表3) 。

表2 关键词共现频次前25排序（ 1972-2000）

表3 关键词共现频次前25排序（ 2001-2014）

4.2 数据分析

4.2.1 两个阶段共同的关键词

观察表6、表7发现，两个阶段前20位中的关键词，关键词出现频次最高的都是可靠度（reliability ），其中可靠性试验体系（reliability test system ）、可靠性评价（reliability evaluation ） 、可靠性效益（reliability worth）、蒙特卡罗模拟（monte carlo simulation）、仿真模拟（Simulation ）、充裕度评估（adequacy assessment） 、电力系统（power system）、可靠性强化试验（Accelerated stress） 、加速寿命试验（accelerated life testing）等在两个阶段均有出现，说明这些关键词是可靠性试验技术领域的共同关注点。

可靠度是可靠性试验的实验目的，可靠度的高低是衡量可靠性试验技术是否有效的重要指标，一切的可靠性试验技术始终都是围绕如何提高可靠度来实现的，可靠度也必然成为可靠性试验技术始终不变的关注点。另外，可靠性评价、可靠性效益、充裕度评估作为衡量可靠性试验技术优劣的指标同样也是学者及专家们共同关注的研究热点。

蒙特卡罗模拟是利用数学方法以概率模型为基础进行的一种数字模拟实验，蒙特卡罗模拟能够真实地模拟实际试验过程而成为备受青睐的试验方法，在可靠性试验技术中也备受欢迎。随着计算机技术的迅速发展，各种仿真软件不断地被开发出来，成为提高试验技术强有力的补充，能够有效的提高试验结果的准确度和可靠性。

电力系统在两个阶段中均有不同程度的出现，表明电子方面对可靠性要求较高，也是可靠性试验技术应用领域比较多的领域。可靠性强化试验和加速寿命试验作为可靠性试验技术的两种基本方法，始终是可靠性试验技术发展的基础，通过查看1427篇文章中相关的文献，我们发现在可靠性试验技术在整个的发展历程中并没有出现重大的创新，大多是对两种基本方法的深入研究及新的试验模型优化。

4.2.2 两个阶段的重点变化

通过以上共性高频关键词分析，发现两个阶段共同关注的研究热点并没有太多的变化，

但是在关键词排列的顺序上出现了差异以及第二阶段出线的关键词在第一阶段中没有出现，表明专家及学者们关注的关注点没有发生变化，但是关注的重点有所偏移。

仿真模拟（simulation ）、加速寿命试验（accelerated life testing）及系统（system ）等在顺序上发生了大的变化，通过阅读相关文献发现随着计算机技术及统计软件的发展，仿真模拟在试验中扮演着重要的角色，统计的分析工具逐渐多样化，试验环境的复杂性也有之前的单一的系统转为复杂系统。另外，第二阶段中新出现的模型（model ） 和成本（cost ）等关键词，经过对原文的重新阅读发现，计算机技术的发展促使学者们在先前的试验技术的基础上更多的开始关注优化模型，如对派克模型、多应力模型、巴斯奎模型、曼森-科芬模型的优化设计以及在威布尔分布、正态分布、指数分布等条件下的优化设计问题。优化设计更多的是在提高可靠度的条件下减少产品成本，提高产品质量，在试验方案设计中加入对成本的考虑，获取最佳的费用/可靠度比值成为未来可靠性试验技术发展的一种趋势。

通过整体的对比同时也发现，在90年代以前，试验技术的重点偏向对试验设计思路的探索，在80年代出现的高加速寿命试验、高加速应力筛选、加速寿命试验、可靠性强化试验等试验设计，在2000年之后，技术更多的是在试验模型、优化设计方面，是对设计思路的进一步深化，对试验边界的充分扩展，尤其是统计和仿真的运用，延伸了可靠性试验技术的理论模型，这些更多的得益于计算机技术的发展。

5. 结论

通过对可靠性试验技术相关文献共现网络图谱的深入解读，并结合共现关键词共现频次的排列顺序以及基于此的两个年段(1972～2000和2001～ 2014) 的比较分析，可以发现：

（1）很清晰发现可靠性试验技术有关的研究成果呈现两个阶段性，即2000年以前是以可靠性试验技术的设计思路为研究重点；2000年以后，在之前试验模型的进一步优化，更多的是对试验边界的界定。

（2）通过对两个知识群的高频关键词统计分析可知，可靠度、可靠性效益、充裕度评估、蒙特卡罗模拟电力系统、可靠性强化试验、加速寿命试验等关键词是2000年之前乃至今天持续受到学者们关注的热点议题。而在2001年以后，研究者们对以仿真模拟、加速寿命试验、试验复杂系统、试验模型、试验成本等议题的关注日益增多，成为新的研究热点。

参考文献 [1]姜同敏 王晓红等. 可靠性试验技术[M]. 北京航天航空大学出版社.2012

[2] Grgg k.hobbs. highly-accelerated life test-halt, screening technology seminar notes, available from hobbs engineering,Westminster, co.1988

[3] Harry mclean.the application of accelerated testing methods and theory halt,hass and hasa,qualmark

corporation april 2000

[4] H.anthony Chan and Paul J.Englert, accelerated stress testing handbook, guide of achieving quality produces, IEEE press,2001,71

[5] B.Fallou,C.Buruiere,J.F. first approach on multiple stress accelerated life testing of electrical insulation[c].NRC conference on electrical insulation and dielectric phenomena in pocono,pp.621-628,October 1979.

[6] L.simoni ,G.mazzanti. a general muti-stress life model for insulation materials with or without evidence frothresholds[C].IEEE teans on el.ins.,nol,16,no.3,june 1993,pp:349-364

[7] 葛广平 李立喜. 竞争失效产品恒定应力加速寿命试验的优化设计[J],应用概率统计，2001,18（3）：260-268

[8] 李志奇. 综合应力作用下航天电连接器加速寿命试验的研究[D].杭州浙江大学，2004,2

[9] 姚军； 曹心宽； 姜同敏；可靠性强化试验定量评估方法. 北京航空航天大学学报[J].2006年01期;

[10]杨艳峰； 郑坚； 狄长春； 王宏凯；基于虚拟试验的冲击磨损可靠性强化试验研究，振动与冲击[J],2013

年22期

[11] Person O．The intellectual base and research fronts of Jasis 1986 -1990［J ］．Journal of the Amercian Society

for Information Science，1994，45( 1) : 31-38．