基于Petri网的复杂设备健康状态退化分析

针对大型设备结构复杂,健康状态难以评估的问题,以设备最小可监测或可评估单元健康状态为输入,建立了健康退化Petri网模型,利用健康等级信度的变化描述复杂设备全系统各层次单元的健康状态退化情况。首先给出了健康退化Petri网的定义,分析了库所间“冗余”、“共同”、“并发”以及“继发”四种关系形式,用以评估各层次单元健康状态;然后分析了健康状态信度转换为健康度的规则并给出一种线性映射方法;根据健康状态退化趋势特点,在离散灰色模型中引入非线性时变项,提出了基于粒子群优化的拓展非线性时变参数离散灰色模型的健康度预测算法。最后将模型应用于某发射装置的健康状态退化分析,说明了模型的适用性。     

加速应力下基于退化量分布的可靠性评估方法

基于退化量分布的方法是一种被广泛应用的可靠性评估方法,然而对此方法在加速退化试验中研究并不充分。为避免依据经验或主观判断建立可靠性模型容易造成评估结果不准确的问题,以退化量分成正态分布的情况为例研究了加速应力下的可靠性评估方法。其主要特点是利用加速因子不变原则推导出模型参数随加速应力的变化规律,从而建立可靠性模型。研究结论表明所提的评估方法克服了以往方法容易造成评估结果不准确的问题。     

基于比例关系加速退化建模的设备剩余寿命在线预测

针对传统基于加速退化建模的剩余寿命在线预测方法需在特定共轭分布条件下才能实现漂移系数和扩散系数同步更新的问题,提出一种基于比例关系加速退化建模的设备剩余寿命在线预测方法。首先,在传统Wiener退化模型中引入扩散系数与漂移系数的比例关系,从建模角度保证了扩散系数与漂移系数同步更新的可能性。其次,提出一种基于两步极大似然的参数估计方法,实现对模型参数的合理估计。然后,基于加速因子不变原则制定退化数据折算规则,并采用卡尔曼滤波原理在线更新设备退化状态。最后,基于全概率公式,推导出常应力条件下设备剩余寿命的概率密度函数。以某型加速度计加速退化数据为例进行分析验证,证明了所提方法能够有效提升剩余寿命预测的准确性,具备工程应用价值。     

融合先验加速退化与外场退化信息的可靠性评估方法

针对性能退化过程服从Wiener过程的产品,运用贝叶斯统计推断法,提出了一种融合同类产品加速退化试验(accelerated degradation test, ADT)信息与个体外场退化信息的可靠性评估方法。考虑到内、外场应力环境之间的差异,提出了基于修正系数的Wiener过程双参数修正模型;分别建立了步进ADT数据模型与外场退化数据模型,得到各应力下分布参数估计值;利用加速因子,将各加速应力下分布参数估计值折算到正常工作应力下,构成未知参数先验分布的数据样本;采用CvM检验法,确定未知参数最优先验分布类型及其超参数估计值;构建了外场退化数据下未知参数的后验分布函数,采用马尔可夫蒙特卡罗方法,得到参数的后验分布均值。通过实例分析验证了所提方法的正确性和实用性,结果表明,本方法可有效处理先验ADT信息与外场退化信息之间的融合评估问题。     

基于伪寿命分布的退化数据可靠性评估方法

提出一种利用加速退化数据对产品进行可靠性评估与寿命预测的建模与参数估计方法。首先,针对加速退化数据的特点,建立了加速条件下特征参数退化曲线的连续时间函数模型。进而,结合工程中常用加速模型,建立了加速退化模型参数估计的整体似然函数,并基于Fisher信息阵采用整体推断的极大似然法给出整体模型参数的区间估计。该方法能够有效利用不同加速应力水平下产品退化数据的横向信息,并综合连续时间函数模型对产品退化曲线拟合性强的优点,可提高产品可靠性评估与寿命预测的精度。以某电子产品为例进行了应用实例分析。     

基于状态转移随机模型的SSADT可靠性评估方法

为评估步进应力加速退化试验 (step stress accelerated degradation test, SSADT)中具有非线性退化趋势的产品的可靠性,提出一种基于状态转移的随机退化建模与可靠性评估方法。首先将状态转移关系与高斯随机过程相结合建立步进应力随机退化模型,以表征微观缺陷的产生和发展对宏观性能的影响;然后应用最佳线性逼近和随机过程曲线边界首达理论建立可靠性模型;最后将其应用在介质振荡器(dielectric resonator oscillator, DRO)贮存可靠性评估中。以修正高斯牛顿算法和Powell共轭梯度算法相结合的方法对退化模型参数进行识别,其结果表明,状态转移随机退化模型能够有效地刻画产品SSADT中性能退化的非线性趋势特性和随机特性,得到较为准确的评估结果。     

基于D优化的多应力加速退化试验设计

针对多数产品受到多种应力影响的情况,研究恒定应力和步进应力两种施加方式下多应力加速退化试验优化设计方法。以随机过程对产品性能退化建模,分析试验剖面,对恒定应力加速退化试验,采用均匀设计和均匀正交设计理论确定应力的组合方式;对步进应力加速退化试验,各应力均采用步进方式。基于D优化方法,以模型参数估计方差最小为目标,以试验费用为约束,建立优化模型,给出最优的各应力水平,各应力水平下的样本分配、试验时间分配和监测间隔。最后给出应用该方法的仿真算例。     

系统实时性能可靠性评估的贝叶斯方法

多数产品或系统的失效可归结为其潜在的退化过程,且系统退化通常为隐含的过程而无法直接观测或测量。针对隐含的退化过程不可直接观测的特点,本文提出一种基于状态空间模型的产品退化建模方法,以系统运行期间采集的性能数据为基础,结合贝叶斯估计理论,实现了对系统隐含退化状态的在线估计与预测,以及对系统性能可靠性的实时评估。以民航发动机为对象,通过对实际收集的性能数据的分析表明,本文所提方法能够较好地用于系统性能可靠性的实时评估。     

基于可重构度的在轨卫星多级健康评估方法

目前在轨卫星健康评估主要采用加权方法,其主要问题是对卫星系统高冗余、可重构特性体现不足,且评估模型权重参数的确定过于依赖专家经验。针对以上问题,提出了基于可重构度的在轨卫星健康状态评估方法,以可重构度指标刻画卫星的高冗余、可重构和非线性等结构特性对系统健康状态的影响。在部件级水平上,采用非参数回归方法综合多元参数评估健康状态。从部件级到系统级,通过建立基于可重构度的系统结构树模型进行加权综合,实现卫星多级系统的健康状态评估。通过某卫星姿态控制系统的高保真仿真案例分析进行验证,结果表明所提方法对卫星的健康管理具有实用价值。     

具有漂移特征的退化可靠性评估方法研究

针对具有参数漂移特征的产品， 首先采用随机扩散理论描述其参数漂移规律， 并建立了参数漂移模型. 在此基础上， 提出了基于参数漂移特征的退化补充样本容量的确定方法， 建立了基于退化观测数据和补充样本数据的产品退化可靠性评估模型. 最后， 通过对某传感器电压数据进行处理， 说明了该方法得到的可靠性估计结果具有较好的精度和稳健性， 与工程实际相符.     

加速退化试验与加速寿命试验相结合的产品可靠性评估

提出加速退化试验与加速寿命试验相结合的对高可靠长寿命产品进行快速可靠性评估与寿命预测的新方法. 在建立合适退化轨迹模型的基础上,推出产品各应力下的失效分布函数. 根据这些分布函数利用数值仿真方法产生各应力下的伪失效寿命数据,利用加速寿命试验中的寿命试验数据的处理方法进行处理,然后外推出产品在正常应力下的失效分布函数. 该方法可以避免加速退化模型的分析和建模过程,在评估结果具有一定精度的情况下减少了研究工作量. 最后的实例计算表明了本文方法的有效性.     

基于HGERT网络模型的退化型失效可靠性评估

针对退化型失效的复杂装备系统,提出基于隐图解评审技术(hidden graphic evaluation and review technique,HGERT)网络模型来进行系统可靠性预计和评估的方法。图解评审法(graphic evaluation and review technique,GERT)网络中的节点代表装备失效过程中正常状态到失效状态的转移,通过传感器将反映系统隐性状态的性能特征参数进行量化输入,从而将GERT网络中的各个劣化状态节点进行展开。应用Viterbi算法对模型参数进行解码和学习,确定退化型失效系统状态转移概率。将装备运行中所处的工作应力、环境载荷等影响性能衰退的因素作为输入,将关键性能指标退化量作为输出,建立装备性能退化的一般控制模型并将其作为GERT网络活动传递的随机变量。借助于信号流图理论对参数进行解析,监测系统处于不同状态时的性能退化水平,为故障预测和装备健康管理提供支持。案例通过对铣床性能退化量的分析,证明所构模型的可行性和合理性。     

基于多变量优化的恒定应力加速退化试验设计

为了实现高可靠长寿命产品加速退化试验的高效开展,提出一种可以同时优化加速应力水平、各水平下试样数、各水平测试时间等多个试验设计变量的恒定应力加速退化试验优化设计方法。基于Wiener过程与阿伦尼斯模型建立加速退化模型,以可靠寿命估计精度为目标函数,以试验总经费为约束条件,应用遗传算法搜索最优试验方案,并通过敏感性分析确定优化方案的有效性。以某碳膜电阻器为对象开展加速退化试验优化设计的实例分析来证明所提方法的合理性。敏感性分析结果表明,所提方法的优化结果具有良好的稳健性。     

两阶段非线性Wiener过程退化建模与可靠性分析

基于性能退化数据对产品进行可靠性分析一直是可靠性工程领域研究的热点与难点。针对多阶段退化过程中存在的非线性规律,同时考虑变点位置位于测试时刻之间的一般情形且各试样变点存在个体差异性的实际情况,提出了基于Wiener过程的两阶段非线性退化模型,给出了模型参数极大似然估计方法,建立了可靠性分析和寿命预测方法。最后通过高压脉冲电容器实例的对比分析,验证了所提方法的合理性与有效性。结果表明,与多阶段线性Wiener过程方法相比,所提方法能够更加准确地描述退化过程的非线性时变特征,进而得到更为合理的寿命评估结果。     

战时基于竞争失效的装备系统可靠性建模与预防性维修策略

针对战时装备受到使用退化与随机冲击的共同作用发生竞争失效的问题,提出了基于状态的预防性维修策略。首先建立了单系统的可靠性评估模型,该模型考虑了装备系统冲击阈值随总退化量的累计而减少的实际,并提出了阈值连续变化条件下的装备系统可靠性建模方法;其次针对装备的隐蔽功能故障,提出了定期检测下基于状态的预防性维修策略,构建了装备系统的成本率函数;最后结合实例分析,确定了装备系统的可靠度函数和最优预防性更换阈值,并对比分析了不同冲击阈值参数对可靠度的影响。研究结果表明:该模型可以有效解决竞争失效条件下装备系统的可靠性评估问题,同时也可为装备系统预防性维修策略提供模型参考。     

基于时序模型的加速退化数据可靠性评估

提出利用加速退化数据对高可靠长寿命产品进行可靠性评估与寿命预测的新方法.从时间序列的角度出发,研究了退化轨迹的一般建模方法;进而结合加速模型,利用整体推断方法给出了模型参数的极大似然估计.并以对数正态分布和Weibull分布为例,利用信仰推断方法给出了可靠度置信区间.通过有效利用加速退化试验各状态下的试验信息,结合时序模型对退化轨迹曲线自拟合性强的优点,提高了产品可靠性评估与寿命预测的稳健性,为基于产品加速退化数据进行可靠性评估提供了一条新的技术途径.最后通过实例验证了该方法的有效性.     

隐含非线性退化设备的剩余寿命在线预测方法

随机退化设备在实际运行中会产生非线性、隐含性等问题,对其剩余寿命预测会产生不确定性影响。现有剩余寿命预测方法尚未系统研究隐含非线性退化建模及相应的剩余寿命分布。因此,采用Wiener过程,建立了隐含双重非线性退化模型;利用设备现场监测数据,更新了隐含状态的后验分布;利用全概率公式,基于首次达到失效阈值的时间分布推导出设备剩余寿命分布;基于激光器实测退化数据设定仿真参数,对所提方法的正确性和合理性进行了对比验证。     

电子设备健康状态评估与故障预测方法

针对电子设备的健康性能退化问题,提出一种改进流形学算法与隐半马尔可夫模型(hidden semi Markov model, HSMM)相结合的电子设备健康评估与故障预测方法。首先,在有监督邻域保持投影(supervised neighborhood preserving projection, SNPP)算法中引入非相关约束并加入核函数形成核有监督非相关邻域保持投影(kernel supervised uncorrelated neighborhood preserving projection,KSUNPP)算法,将其用于原始特征的提取,获得有效的特征集作为HSMM的输入进行训练|其次,建立了电子设备健康评估与故障预测模型,该模型用Kullback Leibler (KL)距离来衡量故障程度,实现设备退化程度的评估,又可根据各状态驻留时间,预测出设备故障发生的时间。最后,将该方法应用于某型导弹电子设备的健康评估与故障预测,验证其有效性。     

双应力恒加试验Weibull分布型产品置信可靠性评估模型

为了有效快速评估高可靠性长寿命产品在正常应力条件下的可靠性,提出了一种双应力恒加试验Weibull分布型产品置信可靠性评估模型。首先,采用加速寿命试验(accelerated life test,ALT)技术,建立广义Eyring-Weibull可靠性模型,假定试验各应力水平组合下Weibull分布的形状参数相同,且尺度参数与各应力水平组合间呈对数线性关系。其次,给出了Weibull分布定时截尾双应力恒加试验的极大似然估计(maximum likelihood estimation,MLE)方法、与似然函数相关的Fisher信息矩阵以及模型参数的渐近协方差矩阵,构造了模型参数和一些可靠性指标的渐近置信区间。最后,通过仿真算例证明了所提方法的可行性。     

退化系统状态维修决策与维修活动建模

研究退化系统的状态维修决策问题,考虑经济性、可用性后,给出两个通用维修决策优化模型,用gamma过程对系统退化进行建模,用监测数据估计退化模型参数。在退化过程基础上,基于历史维修信息和状态数据对决策模型中的变量进行确定;对维修活动中主要的影响--维修效果和维修时间进行分析,认为维修效果和维修时间是系统状态和维修次数的随机变量,分别给出了不考虑人为因素和考虑人为因素的维修效果几何分布模型,用插值方法建立维修时间分布函数。最后以某控制系统为例,对比理想状态和考虑维修效果与维修时间下的仿真结果,验证了模型的有效性和实用性。