可靠性生存分析
加速寿命试验
在更高温度、电压或载荷下把失效提前催出来,按应力档清点失效,再靠加速方程把特征寿命折回额定使用条件。
这篇能回答什么
加速寿命试验(Accelerated Life Test, ALT)问的是:高应力下已经坏掉的那批件,折到额定温度或额定电压之后,特征寿命大概是多少。它不是把使用条件下的随访再画一条阶梯。教学占用把 259 台(或人/件)的失效按三档应力摊开:A 档 69 次(26.64%),B 档 38 次(14.67%),C 档 152 次(58.69%)。C 档失效最多,通常对应最高加速或该档投放最多的样本,不能直接读成「额定工况最不可靠」。
普通生存分析(寿命表、Kaplan-Meier、Cox)描述的是观测到的那一档应力上的 S(t) 或 HR。ALT 多了一步工程外推:Arrhenius、逆幂律或广义 Eyring 把高应力寿命映射到使用应力。没有加速方程,高应力失效时间只是「烤坏了多久」,写进规格书会系统性偏短。
什么时候不该用
医院随访没有温度/电压设计,只是病人自然到达终点,应走寿命表或 KM,不要虚构加速因子。只要比较方案组曲线、不打算外推,用 KM。要调整患者协变量,用 Cox。登记资料按年报生存,用寿命表。应力只有一档、也没有外推目标,ALT 没有加速轴可拟合。
如何选择方法
先看应力是不是试验因子。是,并且你要额定寿命或 MTTF,走 ALT。不是,只是随访时钟,走普通生存。寿命表按日历区间清点死亡/退出;ALT 按应力档清点失效。两者占用表长得像,列含义完全不同:那边是死亡对退出,这边是应力 A/B/C 的失效台数。
加速寿命试验:应力、失效时间、删失指示;输出分应力失效占用、加速参数、使用应力下的特征寿命与可靠度。
寿命表 / KM:使用(或单一观测)条件下的区间或逐事件生存,不做温度外推。
Cox:协变量是患者特征,不是加速方程里的 1/T。
分类汇总:只能数各档人数,给不出 Arrhenius 斜率。
输入、输出与限制
输入
每一行一个被试单元。应力水平为定类或定量(温度、电压、载荷)。失效时间为该应力下从加载到失效(或截尾)的持续时间。删失指示区分失效与未坏完。加速模型类型(Arrhenius、逆幂律等)是分析选项,不是数据列。教学占用不要求临床表自带摄氏度——读表时把 A/B/C 当作三档应力的失效计数。
应力水平:最少 1 个,最多 1 个(或多水平定类),定量或定类。
失效时间:最少 1 个,最多 1 个,定量。
删失指示:最少 1 个,最多 1 个,定类。
输出
占用表按应力档列出失效频数与占比,合计 N=259。完整分析还会给出加速方程参数、使用应力下的特征寿命(或 MTTF)与可靠度曲线。图常画成该次运行的生存/可靠度轨迹;解释时必须标明它属于哪一档应力,还是已经折回使用条件。
产品限制
高应力失效时间不能直接当额定寿命。
至少两档应力才能估加速斜率;单档只能描述该档。
C 档失效多,可能是应力更高,也可能是该档投放更多,占用表单独不能指认。
失效机理若在最高应力下改变(新的破坏模式),外推会失效。
临床随访表没有真实温度列时,本页数字是教学占用,不要写成芯片实测。
案例
研究问题。 三档加速应力下共记录 259 次有效观察。A 档坏了 69 台,B 档 38 台,C 档 152 台。工程上要的是:这三档失效如何支撑一条加速方程,以及折到额定应力后 10 年可靠度还剩多少——而不是把 C 档的时间轴当成货架寿命。
教学占用:A 69(26.64%)、B 38(14.67%)、C 152(58.69%),加总 259。C 占将近六成,先把它读成「该档失效计数最大」,再查投放计划或应力大小,禁止直接写「C 是最差使用环境」。工作台练习仍可上传临床 xlsx:把「分组」临时理解成三档应力标签、把「随访时间」理解成该档下的失效时钟,事件=1 为失效。正式 ALT 应换真正的温度/电压表。
在 StatsX 中操作
步骤 1 · 准备应力表
理想表格是一单元一行:应力、失效时间、是否失效。用临床表练习时,切到 survival,准备把分组当成三档应力的替身。
步骤 2 · 分清失效与截尾
试验结束仍未坏的单元必须保留为删失,否则高应力档的寿命会被人为截短,加速斜率跟着歪。
步骤 3 · 选择加速寿命试验
目录搜「加速寿命」或 ALT,不要点成寿命表——寿命表没有加速外推。
步骤 4 · 挂应力、时间与状态
应力 = 分组(练习)或真实温度列;失效时间 = 随访时间或实测时长;删失指示 = 事件。选定加速模型后运行。
步骤 5 · 先读三档失效,再读外推
69/38/152 只是占用。额定寿命必须来自加速方程折回使用应力之后的那一列,而不是 C 档曲线的中位时间。




如何阅读输出
类别列是应力档,取值列是该档失效台数。A 69(26.64%)、B 38(14.67%)、C 152(58.69%),合计 259。B 档失效最少,可能是应力最低、也可能该档投放最少——占用表没有「投放台数」行,不能从 38 推出「B 最可靠」。
| 项目 | 类别 | 统计量 | 取值 |
|---|---|---|---|
| 加速寿命试验 | 类别 A | 频数 | 69 |
| 加速寿命试验 | 类别 B | 频数 | 38 |
| 加速寿命试验 | 类别 C | 频数 | 152 |
| 加速寿命试验 | 合计 | 有效样本 N | 259 |
| 加速寿命试验 | 类别 A | 占比(%) | 26.64 |
| 加速寿命试验 | 类别 B | 占比(%) | 14.67 |
| 加速寿命试验 | 类别 C | 占比(%) | 58.69 |
左右滑动可查看完整表格
教学示例表在 StatsX 工作台中的计算结果口径。


和普通生存对照:KM/寿命表会把 259 人画成一条(或按方案分组的)使用条件曲线;ALT 的同一张阶梯若来自最高应力,时间轴已经被压缩。外推后的使用寿命应长于高应力中位失效时间。若有人把 C 档 152 次失效的中位时间写成 MTTF,等于把烤箱寿命当室温寿命。
阅读顺序:三档失效是否加总 → 各档有没有足够失效估分布 → 加速模型是否写明(Arrhenius 的激活能、逆幂律的幂次)→ 使用应力下的特征寿命与指定时刻可靠度。占用本身不包含激活能。正确写法:在三档应力下分别观察到 69 / 38 / 152 次失效,再报告折回额定条件后的寿命;错误写法:C 档失效最多所以额定工况最差。
理论与公式
Arrhenius 加速把特征寿命 L 写成绝对温度 T 的函数。高应力 T_s 与使用应力 T_u 之间的加速因子为
电压或机械载荷常用逆幂律 L=c V^{-n}。各应力档先各自拟合寿命分布(指数、Weibull、对数正态),再把特征寿命对 1/T 或 ln V 做线性,外推到额定点。教学占用只提供失效台数 69/38/152,还没有给出各档的时间分布参数;写结果时不要把占比 58.69% 当成加速因子。普通 Cox 的 HR 描述的是患者协变量,不是 AF。
注意事项
高应力时间轴短,是设计如此,不是产品在室温下也那么短命。
最高应力若诱发出新的失效模式,Arrhenius 直线会折断,外推无效。
删失必须保留;试验截止时未坏的件是信息,不是废行。
占用表没有投放基数时,失效多不等于失效率高。
临床表练习不能代替可靠性试验设计(样本量、应力间距、截尾策略)。
寿命表的 A/B/C 是死亡/退出/剩余,切勿与本页应力档混用同一套解释。
常见问题
参考文献
Nelson, W. Accelerated Testing: Statistical Models, Test Plans, and Data Analyses[M]. Wiley.
Meeker, W. Q., Escobar, L. A. Statistical Methods for Reliability Data[M]. Wiley.
IEC 62506. Methods for product accelerated testing.
茆诗松, 汤银才, 王玲玲. 可靠性统计[M]. 高等教育出版社.