老炼试验是工业生产,尤其是电子制造、军事和航空航天工业中广泛使用的一种用于减少或消除产品早期失效的可靠性筛选方法,它对于提高产品质量和可靠性,减少早期失效造成的损失以及降低保修和维修费用都十分重要。过去近半个世纪,工程技术和科研人员对老炼试验进行了广泛研究,重点集中在老炼试验应该在何种条件下进行并持续多长时间以获得最大利润或最高可靠性,即老炼试验优化问题。有效的老炼试验优化模型对于确定最优老炼试验十分关键,通常根据制造商和决策者的意图、产品的寿命特征以及老炼试验实施过程进行建模,进而求解获得最优的老炼试验设置以及最优的保修和维修策略。然而,现有的研究对加速应力下的老炼试验优化建模重视不够,缺乏有效的高可靠、长寿命产品的老炼试验优化建模方法,并且对复杂失效产品的老炼试验优化建模研究也不深入。为此,本文以实际工程中的老炼试验优化问题为背景,结合失效建模、加速模型和寿命分布的参数估计以及常见的保修和维修策略,研究若干典型失效产品,包括无耗损和有耗损阶段产品、Wiener过程退化失效产品以及突发和退化竞争失效产品的老炼试验优化建模问题及其应用。主要研究内容包括基于失效的加速老炼试验优化建模与应用、基于退化的老炼试验优化建模与应用以及突发和退化竞争失效的老炼试验优化建模与应用。论文的主要贡献和创新点有:(1)针对无耗损和有耗损阶段产品,结合保修和维修提出了两种基于失效的加速老炼试验优化建模方法,解决了MOS电容器和光路控制机电部件的加速老炼试验优化问题。利用线性加速失效时间回归模型建立了加速老炼试验产品的失效模型,推导出寿命分布和失效率的数学表达式。在此基础上,用威布尔-指数分布建立了无耗损阶段产品的失效模型,提出了一种包含一维混合保修的加速老炼试验优化模型;用混合威布尔分布建立了有耗损阶段产品的失效模型,提出了一种包含最小修复的加速老炼试验和定时更换联合优化模型。应用上述方法和模型解决了MOS电容器和“神光III”大型激光装置光路控制机电部件的失效建模、参数估计和加速老炼试验优化等问题。结果表明,和正常应力下的老炼试验相比,加速老炼试验能显著缩短试验时间。论文提出的方法和模型弥补了现有的基于失效的老炼试验优化方法在加速失效建模方面存在的不足,对传统老炼试验优化方法在工程中的应用具有现实意义。(2)深入分析了Wiener过程退化失效产品在正常应力和加速应力下进行老炼试验的失效模型和筛选过程,在筛选效率约束下提出了两种结合保修和维修的基于退化的老炼试验优化模型,解决了金属化膜脉冲电容器的老炼试验优化问题。对于正常应力下基于退化的老炼试验,深入分析了Wiener过程退化失效产品的寿命分布,在包含缺陷产品和正常产品的一批产品同时进行老炼试验的情形下,给出了根据老炼试验后产品的退化量对缺陷产品进行筛选的判决规则和老炼试验后产品可靠度函数和剩余寿命分布的数学表达式。在此基础上,考虑到老炼试验存在的两类误判风险,提出了两种包含筛选效率约束的基于退化的老炼试验优化模型:一种从制造商的角度考虑了产品的售价和保修费用,以期望利润最大作为优化目标;另一种则从制造商和使用方的整体利益出发考虑了产品在实际使用中的收益和定寿更换,以期望净收益最大作为优化目标。对于加速应力下基于退化的老炼试验,研究了加速退化模型,采用和正常应力下类似的方法提出了两种基于退化的加速老炼试验优化模型。最后利用提出的方法和模型对“神光III”大型激光装置金属化膜脉冲电容器的老炼试验进行优化,结果表明,和基于失效的老炼试验方法相比,基于退化的老炼试验,尤其是加速老炼试验不但能极大地缩短试验时间,还能降低试验对正常产品性能的影响,提高产品的利润或收益。上述研究为高可靠、长寿命产品的老炼试验优化提供了新的方法,具有理论和实际应用价值。(3)针对突发失效和退化相关的典型竞争失效产品,建立了正常应力和加速应力下产品的失效模型,给出了一种未知参数的极大似然估计方法,提出了以可靠性指标和费用指标为优化目标的老炼试验优化模型,解决了脉冲氙灯的老炼试验优化问题。针对退化轨道服从Wiener过程的情形,采用比例危险模型建立了突发失效和退化相关时的竞争失效模型,并给出了未知参数的极大似然估计方法。对于这种典型竞争失效产品在正常应力和加速应力下的老炼试验,提出了两类优化模型:一类以可靠性指标作为优化目标,包括任务可靠度和平均剩余寿命,对老炼试验时间进行优化;另一类则以平均费用率作为优化目标,对老炼试验时间和定寿更换时间同时进行优化。利用提出的方法和模型解决了“神光III”大型激光装置脉冲氙灯的失效建模、参数估计和老炼试验优化问题,并同其它仅考虑老炼试验或者预防性维修的优化策略进行了对比分析。结果表明:老炼试验能显著提高脉冲氙灯的任务可靠度;在降低脉冲氙灯平均费用率方面,定寿更换比老炼试验更有效;和正常应力下的老炼试验相比,加速老炼试验更加有效。上述研究深化了对复杂失效产品,特别是竞争失效产品老炼试验优化方法的研究,具有理论和现实意义。