多阶段复杂退化产品的可靠性统计模型

针对多阶段退化产品,基于性能退化响应数据的回归统计拟合,建立变速率复杂退化可靠性评估模型。首先利用分段回归拟合对性能退化数据进行变点回归建模,推导变点分布的极大似然函数;其次鉴于模型的复杂性,变点估计的最大似然估计无法得到显式解,采用分层Bayes进行建模;然后结合MCMC(Markov chain Monte Carlo)算法中的Gibbs采样对模型进行参数诊断,依据Schwarz信息准则(Schwarz information criterion,SIC)构建经验似然比对模型的变点进行估计与检验;最后根据产品失效退化的定义,推导该失效模式下产品的可靠度函数。以手机运行的游戏性能数据建模分析,演绎说明了多阶段退化模型适应性强、可行性高的特点。与传统两阶段建模相比,多阶段退化建模考虑了各个阶段的退化信息,提高了数据利用率和产品的可靠性评估可信度。     

基于Gamma和混合Copula的 元动作单元性能可靠性分析

针对机电产品(系统)性能可靠性建模和分析困难的问题,提出一种基于非线性Gamma随机过程和混合Copula函数的元动作单元性能可靠性分析通用模型.分析性能退化过程特点建立产品性能退化与其实现的特定功能之间的联系,利用"功能(Function)-运动(Mo-tion)-动作(Action)"的功能运动分解方法将机电产品分解成一系列最小运动单元——元动作单元,将机电产品性能可靠性问题转化为实现特定功能的元动作单元性能可靠性问题.非线性Gamma随机退化过程描述单元内关键零件磨损的退化过程,在此基础上,结合Copula函数考虑元动作单元内部零件和结构的依赖耦合关系,提出一种元动作单元的性能可靠性分析方法.为了更准确地评估元动作单元的性能可靠性,采用描述相关关系更优的混合Copula函数建立元动作单元的性能可靠性分析模型,并利用改进的遗传算法,在适应度函数中加入惩罚项,实现混合Copula函数的最优参数估计,最后结合串联系统概念得到考虑内部结构依赖耦合的元动作单元的性能可靠度表达式.以某托盘交换架分解得到的不同元动作单元为例进行分析,并通过实验对比验证了该模型的可行性和有效性.     

基于Wiener过程的多阶段非线性复杂退化产品可靠性分析模型

为提高非线性退化轨迹拟合的精度,针对多阶段退化中的非线性规律建立Wiener过程模型,考虑变点的连续性与部件个体的差异性,给出基于非线性复杂退化的可靠性评估方法。结合幂律函数推导出非线性多阶段Wiener过程模型,得到模型参数的极大似然估计量;通过最小均方误差原则给出变点以及幂参数的初值确定方法;根据SIC(schwarz information criterion)方法得到模型变点的精确值,并检验其准确性;结合不同部件之间的差异性,得到变点的连续分布;推导出非线性Wiener过程连续时段内的可靠度函数估计;利用本模型对高压脉冲电容器电容相对变化量的退化数据建模,与线性建模结果对比,验证多阶段Wiener过程模型在可靠性评估方面的有效性与可行性,估计结果更接近真实值。     

外载冲击与性能退化相关失效进程下产品可靠性综合评估模型

综合考虑了内部性能退化与外载冲击交互作用下产品的可靠性评估,针对产品承载最大冲击的强度会随着性能的逐渐衰退而减小这一特征,对比传统的恒定强度阈值,建立了随机强度阈值下的产品可靠性分析模型。依据冲击发生的次数将产品的性能退化假定成多状态过程,分别构造了恒定强度阈值与随机强度阈值下产品可靠性评估模型,并借助Copula理论来刻画内部性能退化、外部载荷冲击交互作用相关失效下产品的可靠性。最后以正态分布为例描述产品的内部退化过程,分析了两类强度阈值下产品的可靠性,验证了模型的合理性。     

通用化透平压缩机运行性能高速在线评估系统设计

提出了一种化工离心式压缩机运行性能(热力性能)在线监测与评估系统通用化设计思想.研究并介绍了对真实气体物性参数计算、压缩机变工况热力性能计算与评估分析及相应通用接口软件的编制等核心工作.现场运行表明:该系统能够实时显示压缩机组的工作状态及运行点位置,同时给出当前机组热力状态评估结果及防喘振裕度等重要指标,置信度高,运行可靠.     

基于LSTM-CAPF框架的岸桥起升减速箱轴承寿命预测方法

岸桥起升减速箱轴承的健康状况对港口生产安全具有重要意义.针对岸桥变工况的工作条件,提出一种起升减速箱轴承的剩余使用寿命(RUL)预测框架.首先,对工作载荷进行离散化,并确定工况边界.然后,利用长短时记忆(LSTM)网络模型预测载荷和相应的运行工况.其次,以维纳过程为基础,建立了考虑不同工况下退化率和跳变系数的状态退化函数.最后,利用工况激活粒子滤波(CAPF)方法预测轴承退化状态和RUL.采用NetCMAS系统采集的上海某港口起升减速箱轴承全寿命数据验证了所提出的预测框架.与其他3种预测模式比较表明,所提出的框架能够在变工况条件下获得更准确的退化状态和RUL预测.     

多状态系统的动态可靠性度量及重要度分析

为有效表征性能退化条件下多状态系统的可靠性,确定各组件(状态)对系统的影响,文中对性能状态进行分析,提出了新的动态可靠性度量指标和性能水平限制下的重要度计算方法.首先,针对多状态系统马尔可夫过程的组合爆炸问题,应用通用生成函数法求解系统(组件)各状态的概率和可靠度、性能状态期望值、性能状态平均期望值和性能状态驻留时间长度等4种动态可靠性度量指标.然后,为满足系统(组件)的不同性能需求,综合评估各组件(状态)对系统的影响,用性能期望值定义了给定性能水平下的Birnbaum重要度、Fussell-Vesely重要度、风险业绩值和风险降低值.四缸柴油机燃油供给系统的实例结果表明,文中方法既可准确地求解系统及其组件(油泵和喷油阀)的性能状态概率,以及性能退化条件下各性能状态的可靠度、期望值、平均期望值和驻留时间长度,又能根据性能水平限制下的4种重要度综合评估各性能状态及组件对系统的影响,有助于识别出系统最薄弱的环节,提高系统可靠性.     

基于多态故障树的伺服刀架可靠性分析

为了描述工程实际中某些故障现象的退化过程,定义了两状态事件、多状态事件和多态表决门单元,并提出多态故障树的建造方法.首先从系统故障顶事件逐级细分出可能出现的各种故障模式,根据实际工况将故障模式分为功能失效模式和状态恶化模式两大类,分别视为两状态事件和多状态事件;然后判断出各故障模式对应的所有故障部位,视为多状态事件.不同状态事件间的逻辑关系通过多态表决门来表征.采用最小路集法建立基于多态故障树的可靠性定量分析模型,求解系统可靠度及事件概率重要度.将该方法应用在伺服刀架可靠性分析中,结果表明,所建立的多态故障树能描述实际工况,据此来判别影响系统可靠性的薄弱环节具有指导意义.     

在役多梁式RC简支梁桥的体系时变可靠度评估方法

为科学评价在役多梁式简支梁、板桥的结构性能,针对其体系承载的冗余性、体系失效的随机性与时变性、及体系时变的随机性,对多梁式钢筋混凝土(RC)简支桥开展体系时变可靠度评估模型研究。通过事故调查与概念分析,系统研究其失效模式和失效机制的特点和属性;针对多梁弯曲失效模式,提出一套定量分析方法和指标,建立在役多梁式钢筋混凝土简支桥的失效模式。根据简支桥的承载特点,建立考虑多重失效机制的失效模式分析模型;根据多梁式体系的承载传力特点,推导横向联系不同状态时,体系的失效概率表达;基于全概率公式,建立多重失效机制条件下,在役多梁式RC简支桥的体系时变可靠度评估模型;提出不同失效模式的贡献率指标,并提出多梁弯曲失效模式的定量分析指标与方法,分析其主要影响因素。以标准通用板梁桥为例,通过算例分析对提出的方法进行验证。研究结果表明:最不利构件评估和传统的体系评估模型未能全面考察结构的传力机制和各构件相互的作用及其变化,可能对结构安全性做出保守或危险的误判;提出的模型可从体系层次准确地反映结构承载性能可靠性退化规律,既可考虑体系失效的随机性和时变性,又可表现出横向连接的退化对结构体系改变的随机性,更加合理地反映了寿命周期内梁桥体系的安全可靠性。     

复杂结构件疲劳可靠性模型与评估技术研究

为了评估复杂结构件在随机载荷作用下的疲劳可靠性,将含有多个疲劳细节的复杂结构件看作由多个只含有单一疲劳细节的单元构成的串联系统,在不做各个疲劳细节失效独立假设的前提下,根据疲劳可靠性异量纲干涉模型,提出了一种从系统层级上直接建立的复杂结构件疲劳可靠性模型。以某型列车枕梁为例,展示了随机载荷历程下含多个疲劳细节结构的疲劳可靠性预测方法及流程,并对其疲劳可靠性进行了分析。结果表明:在随机载荷作用下,提出的模型考虑了复杂结构件中疲劳细节之间失效的统计相关性,计算出的列车枕梁服役30年后的可靠度约为0.90,相比之下,传统的系统可靠性模型计算的可靠度偏于保守。     

Reliability Evaluation and Sensitivity Analysis for Multi-state System Based on Time Degradation Measures

The performance and state of multi-state system depend on its structure and different state combinations of the components. In order to evaluate the reliability of multi-state system effectively,a reliability evaluation and sensitivity analysis method based on the time degradation measures was proposed. The equivalence sets of the multi-state system under different output performances were established. The state combinations were classified according to the performance level. The degradation probability models under different states were established,and the new reliability measures,such as dynamic probability of multi-state system,holding time in each state,dynamic expectation function and integrated expectation function of the performance,were proposed and used to implement the dynamic reliability evaluation and sensitivity analysis. A certain diesel engine fuel feeding system was taken as an application example to illustrate the proposed method. The results show that not only the holding time in the desired state of the components and the system can be predicted,but also the best state component in a certain time period can be obtained.     

基于有限退化结构的多态组合导航系统可靠性

组合导航系统（ Integrated Navigation System ,INS）广泛用于航空航天、海洋探索等领域,因其工作环境、系统构成的复杂性等因素,系统从正常工作到完全失效会经历各种退化状态,进而增加系统可靠性分析难度。将有限退化结构(Finite Degradation Structures,FDS)方法应用于多态组合导航系统可靠性分析。首先,参考故障模式与影响分析（ Failure Mode and Effect Analysis,FMEA）方法将组件的故障模式转化为状态空间;其次,利用抽象运算得到组件状态和系统状态的关联关系,建立组合导航系统的FDS模型;然后,进行系统临界场景分析和可靠性指标计算,得出系统状态的发生概率、组件状态的敏感性,找到系统的薄弱环节、系统完全失效前的退化边界;最后,根据结果指导制定系统维护策略、预防系统风险发生方案等可靠性决策。     

多态系统中具有非一致状态的元件重要度评价

多态系统可靠性研究中常见的重要度评价主要包括:评价给定元件对系统可靠度的影响和评价给定元件的特定状态或状态集合对系统可靠度的影响。针对元件的重要度分析往往假设元件状态和环境因素一定的情况下,系统具有一致的可靠性表现。然而在系统实际运行中,部分元件存在非一致性状态,在故障下元件状态不变,却引起系统的降级运行甚至崩溃。该文研究了具有非一致性状态的元件重要度评价方法。通过大量故障注入实验验证元件非一致状态对系统可靠性的影响,在传统的重要度评价方法基础上结合对实验结果进行统计和分析提出多态系统下非一致状态的元件重要度评价方法。对示例系统的分析表明:该重要度评价方法相对于传统方法能够更有效地反映非一致状态的特征以及故障的影响。     

基于Ion-Channel的故障多态安全关键系统可靠性研究

通过分析安全关键系统的特点,综合考虑了不同的部件失效模式、维修模式导致系统的不同安全性,建立了部件故障三态、系统故障多态模型.由于系统中每一个部件有工作、安全和危险3种状态,系统状态数随着部件数的增加急剧增加,此情况与生物学中离子通道模型极为相似,作者利用生物学中Ion-Channel理论来聚合系统状态,从而得出一些重要的系统分布和可靠性指标,该模型对系统故障进行了更为细致的划分,提高了分析的准确性.     

状态概率矩阵及其在GO法中应用

状态组合算法和概率公式算法是GO法常用的定量分析方法,但对于多输入多状态的复杂系统,二者的计算均过于烦琐.结合两种算法,提出了一种简化的GO定量概率矩阵算法.首先引入状态概率矩阵的概念,对常用操作符导出基于矩阵的定量计算公式;然后针对系统中共有信号的修正,提出了对任意多状态共有信号均适用的新算式;最后通过两个算例的可靠性计算,证明了所提算法的有效性.新算法不仅便于分析操作符状态和信号流状态之间的组合关系,而且算式直观、计算简单、易于编程,尤其在多输入多状态系统的可靠性计算上具有更大的优势.     

复杂情境下的核电系统可靠性

为提高复杂情境下的核电系统可靠性,保证核电系统安全运行,采用证据网络(evidence network,EN)对核电不确定信息问题进行分析、建模、推理和评估,有效地处理和表达专家语言变量,同时解决非布尔逻辑关系和多状态变量的问题,建立核电系统可靠性模型.提出一种将语言数据转换成基本信度指派函数的方法,对于在故障树映射到证据网络中存在的非布尔逻辑关系,建立一种新的条件信度表,解决复杂情境下的核电系统可靠性问题.研究结果表明,实验结果符合预期,建立的可靠性模型对研究核电系统可靠性有一定的借鉴作用.     

在位置和方向均不确定的线源地震作用下生命线网络的可靠性分析

本文发展了Masond Moghtaderizadeh等于1981年提出的生命线网络地震可靠性的分析方法,把地震源作为位置和方向均不确定的线源,使问题更具有普遍性;用穷举排除和改进的回溯方法计算多态有向网络的可靠度;在计算网络的地震可靠度时采用空间和震级都进行离散的方法,对特殊情况进行了简化处理。最后作了具体的算例,说明该方法的使用。     

基于相关性分析的载荷-强度干涉模型

传统载荷-强度干涉模型适用于零件及系统的静态可靠性分析,并且模型中假设载荷与强度是相互独立的.因为当考虑强度退化时,零件的剩余强度是载荷大小及载荷作用次数的函数,所以传统的载荷-强度干涉模型不能用于分析强度退化时零件和系统的可靠性.通过定义次数等效系数和参考载荷,提出考虑载荷和强度相关的载荷-强度干涉模型,用于分析随机载荷作用下强度退化时零件及系统的可靠性.此外,由于承受共同的随机载荷而产生的共因失效对于系统的可靠性分析具有较大影响,因此建立了考虑共因失效的系统可靠度计算模型.最后通过算例证明提出模型的可用性和合理性.     

矿用自卸车轮边减速器传动系统动态可靠性研究

轮边减速器传动系统作为轮毂驱动系统的核心部件,其可靠性直接影响轮毂驱动系统乃至整车的运行可靠性和工作寿命.针对现有轮边减速器传动系统可靠性评估只考虑单一齿面失效或齿根失效的不足,提出考虑二者失效相关的动态可靠度计算方法.首先,在考虑齿轮材料强度退化的前提下分别建立齿面、齿根强度退化随机模型;然后,基于应力-强度干涉理论并采用Monte Carlo方法计算得到2种失效形式下考虑强度退化的齿轮动态可靠度曲线;其次,根据Copula理论建立同时考虑2种失效形式相关性的单一齿轮动态可靠度数学模型;最后,应用Sklar定理对零件失效过程的相关性进行描述,建立轮边减速器传动系统动态可靠度数学模型.通过算例验证结果表明:该方法能够揭示多失效形式和多因素相关条件下系统疲劳寿命与各零部件疲劳寿命之间的关系,可以为轮边减速器传动系统的可靠性评估和预测提供理论依据.