本书结合试验设计工具，建模产品的均值寿命与应力之间的关系，以改善产品的可靠性。考虑到试验的非完全随机化设计，以往的研究很少同时考虑产品的质量特征和可靠性特征的优化问题。对于同时观测到产品质量和可靠性特征的非完全随机化试验的优化问题，本书提出两种不同的方法以同时优化质量和可靠性特征。本研究对提高我国在可靠性分析及改善领域的研究水平具有重要的指导意义。
从实践上讲，通过加速寿命试验对现有产品可靠性的评估，可以及时获得产品可靠性的信息，为企业提供关于产品在正常使用条件下可靠性的相关信息，以帮助企业评估现有产品的可靠性，将产品更好的投入市场。通过试验设计方法改善产品的可靠性，第一，可以保证企业生产的产品的质量满足顾客的要求；第二，高可靠性的产品可以改善企业的信誉，使企业在生产同类型产品的企业中保持较强的竞争力；第三，高可靠性的产品可以减少由于产品故障而出现的赔偿、维修、召回等的成本，提高企业的经济效益；第四，高可靠性的产品可以提高产品的安全性，降低故障的发生，保障顾客的切身利益和人身安全；第五，可以提高我国制造业的国际竞争力。本研究考虑了可靠性工程师在可靠数据分析及产品可靠性改善方面可能遇到的具体问题，提出新的方法以指导工程实践。具有重要的现实意义。

第1章 绪论
1.1 研究背景
1.2 研究意义
1.3 国内外研究现状
1.4 研究框架
第2章 可靠性分析及改善的基本理论与方法
2.1 试验设计概述及统计分析
2.2 可靠性概述及统计分析
2.3 考虑随机效应的统计分析方法
2.4 响应优化的满意度函数法
2.5 本章小结
第3章 基于试验设计的产品可靠性改善
3.1 方法
3.2 参数估计和推断
3.3 仿真研究
3.4 案例分析
3.5 本章小结
第4章 基于两阶段方法同时优化产品的质量与可靠性特征
4.1 案例描述
4.2 质量特征模型
4.3 可靠性特征模型
4.4 案例分析
4.5 本章小结
第5章 基于混合效应模型同时优化产品的质量和可靠性特征
5.1 质量特征的线性混合模型
5.2 寿命特征模型
5.3 案例分析
5.4 基于满意度函数法同时优化质量和可靠性特征
5.5 与两阶段方法的对比
5.6 非平衡试验的质量特征分析
5.7 本章小结
第6章 基于双响应曲面方法的寿命特征稳健优化
6.1 基于寿命特征的双响应曲面模型构建
6.2 寿命特征的稳健参数优化
6.3 实例分析
6.4 本章小结
第7章 考虑形状参数不固定的加速寿命试验数据分析
7.1 假设
7.2 推荐的方法
7.3 实例
7.4 仿真研究
7.5 本章小结
第8章 考虑非常数尺度参数的加速寿命试验低分位点估计
8.1 重新参数化模型描述和模型假设
8.2 参数估计
8.3 低分位数置信区间估计
8.4 案例分析
8.5 仿真试验
8.6 本章小结
第9章 考虑子抽样的加速寿命试验数据分析
9.1 Freeman和Vining提出的两阶段法
9.2 改进的两阶段法
9.3 实 例
9.4 仿真研究
9.5 本章小结
第10章 考虑随机效应和非常数形状参数的加速寿命试验分析
10.1 非线性混合模型和模型假设
10.2 参数估计
10.3 分位数估计及置信区间计算
10.4 玻璃电容器的应用研究
10.5 仿真试验分析
10.6 本章小结
参考文献
附录A 满意度函数法优化的R代码
附录B 线性混合质量特征模型中参数估计的方差
附录C ANOVA表中方差分量的期望平方和

在制造业中，产品质量
被视为企业的生命。国务院
发布的《中国制造2025》
提出要加强质量品牌建设，
将“质量为先”作为基本方针
之一，强调要：坚持把质量
作为建设制造强国的生命线
，实现中国速度向中国质量
的转变。党的十九大报告明
确提出“质量第一”和“质量
强国”的理念。目前，我国
制造业正处于转型升级的关
键时期，提高制造业产品质
量迫在眉睫。可靠性作为质
量的重要维度，是随时间变
化的质量。分析和提升可靠
性对全面提高产品质量水平
至关重要，也是国家统筹推
进“提升基础产品的质量、
可靠性和寿命”工作的根本
要求。
低可靠性的产品会增加
制造商的售后维修成本，甚
至威胁用户的生命安全。目
前，我国多数制造企业已充
分认识到提高产品可靠性的
重要性，但是在可靠性分析
和优化的过程中仍缺乏系统
科学的方法。对制造商来说
，有必要选择合适的理论方
法。
对于产品可靠性的分析
与改进，很难找到合适的物
理模型。因此，需要收集产
品可靠性数据，构建产品寿
命与各因子之间关系的统计
模型。试验设计是现代质量
管理中重要的工具，可通过
设计试验方案，快速获得产
品质量数据，并通过建立质
量与各因子之间的关系，识
别显著性因子及确定因子水
平，从而改进产品质量。采
用试验设计方法进行产品可
靠性提升是一个序贯性、不
断完善的过程。首先，通过
筛选试验识别影响产品可靠
性的关键变量；然后，针对
识别出的关键变量，基于响
应曲面法确定变量水平，以
优化产品可靠性；最后，对
优化后的产品可靠性进行评
估，若达到预期目标，则可
进入大规模生产制造阶段，
否则继续进行下一轮优化，
直到最终实现产品可靠性的
提升。本书在前人研究的基
础之上，分别从关键变量识
别、因子水平优化、加速寿
命试验验证三个方面进行研
究，以期最终提升产品可靠
性。
本书第1章和第2章介绍
了研究背景及试验设计和可
靠性相关的理论。第3章研
究了非完全随机化情形下的
关键变量识别问题，提出基
于均值寿命的混合效应模型
，假设随机效应和试验因子
通过平均失效时间影响产品
的可靠性，通过最大化产品
的平均失效时间以改善产品
可靠性，然后基于极大似然
估计方法获得模型的参数估
计值，并通过仿真试验对比
传统的模型和本书所提出模
型的优劣。
在识别出关键变量的基
础上，需要进一步确定关键
变量的水平，以优化产品可
靠性。在可靠性改进试验中
，不仅会观测到产品的可靠
性特征，还会同时观测到产
品其他方面的质量特征。第
4章和第5章针对非完全随机
化的试验，同时观测到产品
质量和可靠性特征时的问题
进行研究，以获得质量和可
靠性同时最优的因子水平。
其中，第4章提出基于质量
特征均值的方法建模产品的
质量特征。基于两阶段的方
法建模产品的可靠性特征，
并通过满意度函数法同时优
化产品的质量和可靠性特征
。由于第4章所提的两阶段
方法不能提供联合的似然函
数，并且对于定时截尾的可
靠性数据，两阶段方法不能
处理没有失效单元的处理组
合，因而第5章在提出混合
效应模型的方法的同时，对
产品的质量和可靠性特征建
模，并与两阶段方法进行对
比。
在产品可靠性优化的过
程中存在着不确定性扰动，
由于这些不确定性扰动的影
响，产品可靠性本身也会产
生波动，波动是产生可靠性
问题的根源。工程师不仅期
望使产品可靠性达到目标值
，也希望各种不确定性扰动
产生的可靠性变异尽可能小
，即实现寿命特性的稳健优
化。第6章针对寿命数据的
稳健优化问题，提出以寿命
数据中位数和标准差为位置
和散度指标构建双响应曲面
模型对寿命数据进行优化。
在变量选择部分，提出
Lasso与方差分析相结合的
方法进行变量选择；在模型
优化部分，提出使用满意度
函数法与熵权法相结合的方
法针对寿命数据双响应曲面
模型进行稳健优化，以确定
最优因子水平的组合。
针对优化后的产品，需
要进一步评估其可靠性水平
，判断是否达到预期目标。
产品经过优化设计后，其寿
命很长，无法在短期内从实
验室常规试验或者现场试验
中获得足够的失效信息，而
新产品快速推广的迫切需求
使可靠性评估亟须在短期内
完成。为了快速评估新产品
在保修期内的可靠性是否达
到预期目标，可采用加速寿
命试验(Accelerated Life
Test)获得更多的失效数据
以评估产品的可靠性。第7
章和第8章分别针对失效机
制变化的加速寿命试验建模
问题进行研究。第7章假设
Weibull分布的形状参数和
尺度参数都随着应力水平的
变化而变化，用加权最小二
乘法获得加速模型系数的估
计，并用自助法获得分位数
的置信区间，通过实例介绍
了该方法，并与其他方法做
了比较。第8章考虑位置．
尺度分布中尺度参数非常数
假设，通过建立基于分位数
的重新参数化模型，基于极
大似然估计获得模型参数。
将所提的方法应用于加速寿
命试验的一个例子，并通过
仿真试验对比了基于分位数
重新参数化的模型和传统的
模型。第9章