部件寿命服从威布尔分布时典型系统的寿命与剩余寿命估计

在实际工程中,对系统寿命以及剩余寿命的估计非常重要。在已知系统中部件寿命与可靠度的前提下,关于如何快速得到系统级寿命与剩余寿命的相关研究比较缺乏。针对这一问题,首先研究了可靠度、寿命以及剩余寿命的关系,进一步假设部件寿命服从同一威布尔分布,根据部件的寿命与可靠度函数,推导得到串联、并联和表决系统寿命与剩余寿命期望的封闭表达式,并给出了相应的计算方法。对于冷备系统,当部件寿命服从同一指数分布时,推得了系统寿命及剩余寿命期望的封闭表达式,而当部件寿命服从同一威布尔分布时,给出了系统寿命与剩余寿命的数值计算方法。仿真试验证明本文所提出的方法是准确高效的。最后,以卫星中的动量轮r/n(G)表决系统为例开展了实例研究,证明了该方法在工程实践中的有效性。     

任意分布的冷备表决系统可靠度求解

k/n: M(G)冷备表决系统包含n个工作部件, M个冷储备件, 至少有k个部件工作时系统工作。然而, 现有对于k/n: M(G)冷备表决系统的研究集中在同型指数分布的情况, 缺乏针对其工作部件非同型且服从任意分布的情况的研究。本文研究了k/n: M(G)冷备表决系统的可靠度, 系统部件服从任意分布, 冷备件服从同一分布。对k=n的情况, 给出了M取任意值时部件同型和非同型情况下的系统可靠度解析式。对于k＜n的情况, 考虑了两种不同的冷备件替换策略, 给出了部件同型情况和非同型M取特定值情况下的系统可靠度解析式。蒙特卡罗仿真实验证明了所提方法的准确性。     

具有两类失效状态和休假的并联可修系统

研究了修理工可多重休假的两相同部件并联可修系统,每个部件有两类失效状态。假定部件寿命服从指数分布,部件修理时间和修理工休假时间均服从一般连续分布,利用补充变量法求出了系统的瞬时可用度和瞬时故障频度的Laplace变换式,以及系统的稳态可用度和稳态故障频度的明显表达式,并得到了系统可靠度的Laplace变换式和首次故障前平均时间的明显表达式。此外,还对系统进行了效益分析。     

电子功能部件环境适应性试验优化设计

针对高可靠性、长寿命的电子功能部件环境适应性评估问题,基于蒙特卡罗仿真方法,本文评估定数截尾步降应力实验方案并进行仿真优化设计。以服从威布尔分布的电子功能部件寿命模型为基础,以环境温度为主要应力参数,以提高实验效率和降低实验代价为目的,结合相关失效模型,建立实验方案优化度评估函数。优化度评估函数的建立使得环境适应性实验方案由定性分析转变为定量分析,且最优实验方案具备更高的时效性和精确度,相对于一般的经验方案而言,能够提升44.8%的优化度。     

基于贝叶斯融合与仿真的系统剩余寿命预测

针对复杂设备的系统级剩余寿命预测问题, 提出一种将贝叶斯理论与仿真相结合的融合预测方法。首先, 采用仿真方法将单机级的多源失效信息折合到系统级, 并转化为验前分布。然后, 结合系统级的现场试验数据, 获得多源信息的验后分布, 并通过加权融合确定联合验后分布, 从而预测系统的剩余寿命。最后, 以某系统作为实例进行方法验证。结果表明,所提方法为系统剩余寿命预测提供了一条可行思路, 并能够在工程实践中运用。     

基于状态信息的条件剩余寿命建模研究

根据监测到的设备状态信息预测其条件剩余寿命一直是基于状态维修中的关键问题。利用滤波理论,建立了基于状态信息的剩余寿命预测通用模型,并推导出采用极大似然估计法下参数估计的通式,使得在已知寿命服从其他任何分布形式时直接代入通式便可快速地得出其模型,从而预测其剩余寿命,省去了复杂繁琐的迭代过程。通过案例发现模型能够根据状态信息很好地预测其剩余寿命,并在不断更新状态信息的条件下越来越精确地预测其剩余寿命。     

威布尔分布下系统全寿命周期成本建模与决策

系统可靠性设计优化与经济性密切相连.针对部件寿命服从威布尔分布的同质部件组成的系统,引入经济的预防性成组维修策略,构建设计费用、制造费用和维修费用函数,从而建立可靠性约束下的系统全寿命周期成本的优化模型.通过与无预防性维修下系统全寿命周期成本模型的比较分析,效用曲线充分验证所建优化模型的经济性和有效性.接着,给出包括系统全寿命周期成本、部件可靠性设计水平和预防性成组维修频率在内的系统设计均衡区间的决策方法.最后,以某大型科学装置的开关系统为例,说明该方法在工程应用上的实效性,为系统工程师开展可靠性设计优化提供系统的思路和方法.     

基于竞争失效数据的Lindley分布参数估计

假定产品在使用时经历多种竞争失效,每种失效寿命数据服从Lindley分布。竞争失效数据包括不完全数据和截尾数据。对竞争失效分布进行参数点估计、相对风险率计算,讨论了参数的渐进置信区间和Bootstrap置信区间。为考察其适应性,一组实际数据用来说明各种参数估计方法的使用情况,同时,分别用指数分布和威布尔分布拟合该组数据,并计算相应的统计量。结果表明,根据3种分布的极大似然估计量和K-S值,Lindley分布对该组数据具有最好的适应性。     

威布尔部件的经验贝叶斯评估

在逐步增加Ⅱ型截尾寿命试验下, 讨论了威布尔部件可靠性指标的估计及性质. 基于Linex损失函数, 给出了威布尔部件寿命分布参数、可靠度函数及失效率函数的一致最小方差无偏估计、贝叶斯估计及经验贝叶斯估计, 并证明了经验贝叶斯估计的渐进最优性. 最后运用Monte-Carlo方法对各种估计 的均方误差进行了模拟比较. 结果表明, 经验贝叶斯估计精度高.     

基于可靠度的多部件系统机会维护模型

采用可靠度恢复因子描述具有独立可靠度分布函数的多部件系统在不同维修方式下的可靠度演化规则,建立了基于可靠度的多部件系统机会维护模型,克服了传统模型基于运行时间建模而忽视系统劣化过程与时间之间关系非线性的不足.以服从威布尔分布系统为例,利用蒙特·卡洛仿真方法对其进行优化,结果显示,该模型符合生产系统的实际情况,能够为维护决策提供有力支持.     

考虑负载效应的可修表决系统可靠性仿真模型

主要分析可修表决系统的可靠性指标算法。传统的基于元件寿命独立同分布假设的模型无法考虑负载效应因素,而考虑负载效应的解析算法虽然计算精度高速度快,但难以求解任意元件寿命分布和高维数问题,而且主要是针对不可修系统。基于元件加速失效模型和累积暴露模型建立了元件寿命抽样算法,并在此基础上实现了考虑负载效应的可修表决系统蒙特卡罗仿真算法和程序。以柔性输电设备换流阀可靠性计算为例,算法的高效性和结果的正确性得到验证,并且由此得到负载效应对可靠性指标的影响随系统运行时间变化的结论。     

图上博弈的Page-Shapley值

对合作博弈(N,v)和交流图(N,L)所产生的交流局面(N,v,L),现有的分配法则都是重新定义一个特征函数,再归结为新特征函数的Shapley值.为了避免定义新特征函数时的失真(从而使得计算Shapley值出现一定偏差),本文提出一个新的分配法则.设原博弈(N,v)的Shapley值为Sh(N,v)=(S_1,S_2,…,s_n),其中s_i可视为参与者i的实力.类似于Google的网络搜索算法,对连通的交流图L和表示参与者相互合作程度的转移矩阵P,定义参与者的PageRank (参与者的级别或地位),记为(r_1,r_2,…,r_n),其中r_i表示参与者i在合作交流中的地位.新的分配法则,称为Page-Shapley值:其中参与者i所得为c_Nr_is_iv(N),而C_N取为1/Σ_(j∈N)r_jS_j以便保证值的有效性.当L不连通时,其Page-Shapley值由各分支的Page-Shapley值拼接而成.     

DSFT的建立及故障概率空间分布的确定

为利用工矿企业生产过程中已有的长期监测得到的元件故障数据,提出适合于处理这些数据的离散型空间故障树(DSFT).在DSFT基础上提出了确定元件故障概率空间分布的方法,即因素投影拟合法和基于神经网络(ANN)的方法.给出了这两种方法的具体实现过程,考虑了工作时间t和工作温度c对于元件故障的影响,研究了范围c:0~40℃,t:0~50天内的元件故障概率空间分布.并将这两种方法和CSFT得到的元件故障概率空间分布进行了对比分析.比较分析证明:使用DSFT的ANN预测法所得结果要比使用DSFT的因素投影拟合法更为接近CSFT的相对真实结果.在只有监测数据而不清楚系统结构的情况下这两种方法均适用,但ANN法更精确.     

基于抗差估计和改进AIME的缓变故障检测方法

为了解决经典缓变故障检测法——自主完好性监测外推法(autonomous integrity monitoring extrapolation, AIME)在组合导航中检测故障延迟时间较长和不能准确判定故障结束时刻的问题, 提出了基于抗差估计和改进AIME的缓变故障检测方法。该方法采用标准t分布和IGG-Ⅲ (Institute of Geodesy & Geophysics Ⅲ)方案设计自适应增益矩阵以缓解卡尔曼滤波故障跟踪的影响。同时, 结合AIME故障检测状态, 提出由外推法和残差卡方检验(residual chi-square test method, RCTM)故障检测统计量构成的r_A/R统计量概念, 然后在AIME检测到缓变故障的状态下利用样本分位数原理对r_A/R序列进行异常值检测, 从而判断缓变故障结束时刻。仿真结果表明, 在检测缓变故障时, 所提方法可明显缩短故障检测延迟时间, 并能够准确判定故障结束时刻。     

基于马尔可夫过程的k/n(G)系统共因失效分析

利用马尔可夫过程研究了发生共因失效的k/n(G)系统可靠度计算方法。建立了共因失效时部件全部失效和共因失效时多个部件失效这两种情况下,不可修系统和可修系统的马尔可夫模型。分析了系统部分部件属于共因失效组的可靠度计算方法。利用算例验证了所建立的模型的有效性,结果显示,所建立的马尔可夫模型适用范围广,计算方便。     

环形不同部件相邻2/3(G或F)可修系统的可靠性分析

本文考虑了相邻２／３（Ｇ或Ｆ）不同部件的这类环形可修系统,给出了这类系统可靠度的Ｌａｐｌａｃｅ变换表达式、首次故障前的平均时间（ＭＴＴＦＦ）等可靠性指标,为进一步探索环形不同部件相邻ｋ／ｎ（Ｇ或Ｆ）可修系统、复杂串并联和复杂并串联系统提供了一条新途径。     

New model for load-sharing k-out-of-n:G system with different components

On the basis of capacity flow model,a new model is developed for a load-sharing k-out-of-n:G system consisting of different components,to describe the increase of the same component's failure rates under different loads.All components have exponential life distributions and are nonrepairable in the system.Reliability of load sharing 2-out-of-3:G system is calculated and some special cases for the system are discussed.The calculation and discussions show that the model is right and practical.     

系统复杂性测度参数确定的新方法及其应用

近似熵和样本熵的参数m和r对复杂度有重要影响,目前仍缺乏选取其共同最优参数m和r的有效方法.利用两种复杂度比较时的一致性要求及其曲线存在交点的特性,基于相关系数,提出确定其共同最优参数m和r的交叉点新方法.以泾河流域1956-2010年张家山水文站径流及其控制流域的降水为研究对象.结果表明:径流和降水两种复杂度的共同最优参数为m=2和r=0.11倍的序列标准差;降水和径流复杂度均呈现显著的递增趋势;径流或降水与其复杂度之间存在显著的递减关系,降水的递减趋势对径流复杂度的增加有重要影响.近似熵在描述序列的变化趋势方面优于样本熵,而样本熵在辨识序列的峰谷值变化方面强于近似熵.本研究提出的交叉点新方法具有较好的适用性.