考虑测量误差和随机效应的设备剩余寿命预测#br#

针对非线性退化设备的剩余寿命预测问题,尚未系统研究考虑测量误差和随机效应的退化建模、先验参数估计及相应的剩余寿命预测方法。首先建立考虑测量误差和随机效应的非线性Wiener退化模型;利用同类设备历史监测数据,基于期望最大化算法估计出退化模型中固定系数和随机系数先验分布;采用状态空间模型描述目标设备当前监测状态,基于Kalman滤波算法迭代估计出随机系数后验分布和当前真实退化状态;利用全概率公式,推导出考虑隐含状态估计不确定性的设备剩余寿命的概率密度函数;仿真实例分析表明,所提方法较现有方法在参数估计误差和剩余寿命预测精度上具有一定优势。     

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。     

基于一致性检验的航空发动机剩余寿命预测

针对目前没有将退化的多阶段性和维修前的退化数据用于维修后的剩余寿命预测问题,提出了一种基于多阶段Wiener过程的正态总体均值和变异系数一致性检验的剩余寿命预测方法。首先选用Wiener过程构建多阶段的退化模型;然后根据维修前后的退化监测数据,提出了正态总体均值的一致性检验方法,在检验结果的基础上根据变异系数的倒数构造H随机变量,提出了一种基于概率分布的数据一致性检验方法。最后,根据维修前后的退化数据的一致性检验结果,融合维修前后的退化数据进行剩余寿命的预测,通过预测误差对比结果证实了所提检验方法的有效性。     

基于核自构建-高斯过程回归的锂离子电池剩余使用寿命预测

高斯过程回归是锂离子电池剩余使用寿命的有效预测方法之一，其中核函数的选择对预测结果有着重要影响。对此，提出了一种自回归核自构建高斯过程回归的锂离子电池剩余寿命预测框架，可结合同型号电池的历史容量退化规律，自动构建出合适的组合核函数。通过与不同的机器学习方法及不同核函数比较，所提方法可在电池退化早期做出长期且准确的电池健康状态退化趋势预测，预测寿命均方根误差小于1%,相对误差小于6%,置信区间也更为集中，证明了所提方法能够有效提高电池剩余使用寿命的长期预测精度。     

基于比例加速退化建模的单台机载设备剩余寿命自适应预测

针对现有机载设备剩余寿命(remaining useful lifetime, RUL)预测方法在新研单一样本条件下, 无法应用于加速退化试验场景的问题, 本文基于比例关系模型提出了一种加速退化场景下适用于单个试验样本的自适应RUL预测方法。首先, 依据加速退化环境下Wiener过程存在的漂移/扩散系数比例关系, 构建考虑设备个体差异与测量误差的非线性随机退化模型; 其次, 针对加速退化试验存在单一受试样本的情况, 提出了基于期望最大和卡尔曼滤波联合算法的参数自适应估计方法; 然后, 基于卡尔曼滤波原理在线更新目标设备的退化状态, 并推导出设备剩余寿命的概率密度函数; 最后, 通过对单台行波管加速退化实测数据进行分析, 验证了方法的正确性和优势。     

随机冲击影响的非线性退化设备剩余寿命预测

退化设备的剩余寿命(remaining useful life, RUL)预测是当前可靠性领域研究的一个热点问题。基于Wiener过程,提出一种考虑随机冲击影响的非线性退化设备RUL预测方法。首先,设备连续退化过程用一个非线性Wiener过程描述,而冲击导致退化水平突变的影响由一个复合泊松过程刻画;其次,基于所建立的退化模型和首达时间概念,推导出剩余寿命概率密度函数及其近似解析解,极大地减少了数值计算时间,并提出一种基于期望最大化算法的模型参数估计方法。数值仿真和航天锂电池实例验证表明,所提方法提高了RUL预测的准确性,对于解决存在随机冲击影响的设备RUL预测问题具有一定的理论指导意义。     

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...     

考虑随机失效阈值的设备剩余寿命在线预测

退化失效阈值是影响设备剩余寿命预测的重要因素。针对现有剩余寿命预测方法忽略失效阈值随机性影响的问题,提出考虑随机失效阈值的设备剩余寿命在线预测方法。首先,基于带测量误差与随机效应的非线性Wiener过程构建设备退化模型;其次,采用极大似然估计(maximum likelihood estimation, MLE)算法估计退化模型参数与随机失效阈值分布系数;然后,在考虑随机失效阈值的基础上推导出设备剩余寿命的概率密度函数(probability density function, PDF),并基于Bayesian原理实时更新退化模型参数,实现对剩余寿命的在线预测。最后,将该方法应用于陀螺仪剩余寿命在线预测分析,结果表明该方法能够有效提高剩余寿命预测的精度与准确性。     

不完全维修下海底腐蚀管道剩余寿命预测

本文提出了一种在考虑不完全维护影响下的腐蚀管道分阶段退化模型和剩余寿命预测方法.首先,设其全寿命周期内进行3次不完全维护,则退化过程为4个阶段;其次,在维护活动干预下的非线性分阶段随机扩散过程框架下,对其退化规律进行建模,推导首达时间意义下剩余寿命概率分布,实现实时剩余寿命估计;然后,利用状态监测数据和维护数据对模型参数进行极大似然估计和贝叶斯更新;最后通过实例验证所提参数估计和寿命预测方法的有效性.结果表明:该模型能很好地描述不完全维修下腐蚀管道分阶段退化过程,能够给出可信的可靠性评估结果,使得腐蚀管道具有较高的安全运营等级,克服了传统方法过维修或欠维修带来的不利影响,降低了维修成本.     

基于退化数据的贮存设备最优检测策略

性能测试是保证设备可靠性的重要手段。早期的维护模型都是围绕定期检测展开研究，不能够很好地反映设备的实际工作情况，且数据来源大都为寿命数据，数据样本少，可信度不高。针对退化过程符合Wiener过程的设备，提出了工作前检测和定期检测相结合的维护决策模型。首先，基于Wiener过程进行退化建模，建立基于Wiener过程的退化模型,然后引入变点的概念，得到设备的寿命分布。最后，结合所提维护决策模型，确定对设备进行最优检测的间隔。     

基于RCNN-ABiLSTM的机械设备剩余寿命预测方法

针对机械设备的关键退化信息易淹没在非线性、多维度、长时间、大规模监测数据中的问题，提出了一种基于残差卷积神经网络和注意力双向长短时记忆网络融合(residual convolutional neural network-attentional bidirectional long short-term memory network, RCNN-ABiLSTM)的机械设备剩余寿命预测方法。首先通过训练RCNN提取监测数据的深度空间特征；然后通过引入注意力机制，优化双向长短时记忆网络提取时间相关特征的权重参数，加强关键退化信息对剩余寿命预测的表达；最后通过航空发动机数据集验证了方法的有效性。分析结果表明，对于运行条件复杂和故障模式多变的多维监测数据，所提方法能够准确寻找退化时间点，有效提高长时间运行设备的剩余寿命预测准确度。     

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。     

基于退化与寿命数据融合的产品剩余寿命预测

产品的剩余寿命预测是其维修、更换和备件策略制定的重要依据。目前的寿命预测方法一般仅利用产品自身的性能退化数据,当性能退化数据较少时,剩余寿命预测结果精度难以保证。针对性能退化过程为具有随机效果的Wiener过程的产品,对其进行寿命预测时,采用Bayes方法融合产品的历史寿命信息和该产品自身的性能退化信息,得到性能退化参数的Bayes估计,进而得到该产品的剩余寿命分布,从而提高剩余寿命分布的预测精度。金属化膜脉冲电容器剩余寿命预测分析实例表明了该方法的有效性。     

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。     

航天长寿命产品可靠性建模与评估的Bayes信息融合方法

针对航天长寿命产品在研制、生产、试验和使用过程中, 存在大量的性能退化数据和少量寿命数据的特点, 给出了融合性能退化数据和寿命数据获取其寿命分布的一种Bayes方法, 以及利用其性能退化参数来进行可靠性评估的方法. 首先, 根据Fisher信息量确定维纳过程漂移参数和扩散参数的无信息验前分布; 然后, 利用性能退化数据结合其性能退化的独立高斯增量特点, 获取参数的第一次验后分布, 利用寿命数据结合其寿命的逆高斯分布获取参数的第二次验后分布; 最后, 利用漂移参数和扩散参数的验后分布, 对产品进行了可靠性评估. 本文模型充分利用了性能数据和寿命数据, 在很大程度上提高了评估的精度.     

基于Copula函数的齿轮箱剩余寿命预测方法

齿轮箱是风力发电机组的关键部件,对风力发电机的整体寿命有直接影响.针对齿轮箱的剩余寿命,提出了一种多退化量下的剩余寿命预测方法.首先,在分析齿轮箱寿命的影响因素基础上,选取齿轮箱的振动加速度和噪声作为退化量;其次,采用基于核估计和随机滤波理论的方法分别对齿轮箱的振动加速度和噪声进行建模,从而获得齿轮箱的剩余寿命概率密度函数,进而得到其边缘分布函数;再利用Copula函数表示齿轮箱的振动加速度和噪声之间的随机相关性,求得齿轮箱剩余寿命的联合分布函数,从而得到齿轮箱剩余寿命的联合概率密度函数,得到齿轮箱剩余寿命预测值;最后,提出基于赤池信息准则模型评价的Copula函数选择方法.通过齿轮箱的试验验证了该方法的有效性.     

维纳过程寿命预测的一种自助法

针对传统的维纳过程寿命预测方法未能有效考虑产品总体和个体之间的差异问题, 提出了解决该问题的一种自助法. 首先, 利用正态分布来描述产品总体维纳过程退化模型 的漂移参数和扩散参数; 然后, 对个体的性能退化参数进行自助估计并得到多组自助样本; 最后, 根据个体退化参数的自助样本对总体退化参数的分布进行估计, 获取其多组自助样本 并对总体的寿命进行预测. 通过对某航天长寿命产品的实例分析验证了该方法的有效性.     

基于Copula函数的齿轮箱剩余寿命预测方法

齿轮箱是风力发电机组的关键部件，对风力发电机的整体寿命有直接影响.针对齿轮箱的剩余寿命，提出了一种多退化量下的剩余寿命预测方法.首先，在分析齿轮箱寿命的影响因素基础上，选取齿轮箱的振动加速度和噪声作为退化量；其次，采用基于核估计和随机滤波理论的方法分别对齿轮箱的振动加速度和噪声进行建模，从而获得齿轮箱的剩余寿命概率密度函数，进而得到其边缘分布函数；再利用Copula函数表示齿轮箱的振动加速度和噪声之间的随机相关性，求得齿轮箱剩余寿命的联合分布函数，从而得到齿轮箱剩余寿命的联合概率密度函数，得到齿轮箱剩余寿命预测值；最后，提出基于赤池信息准则模型评价的Copula函数选择方法.通过齿轮箱的试验验证了该方法的有效性.     

二元相关退化系统可靠性分析及剩余寿命预测

退化相关性和个体差异对二元退化系统可靠性有直接影响,针对该问题,在退化过程模型基础上,建立了相应的系统可靠度和剩余寿命预测模型。首先同时考虑个体退化过程和相关性差异,采用随机参数的Gamma过程和Copula函数建立系统二元相关退化模型,为提高模型适用性,随机参数采用非共轭先验分布假设。在此基础上,分析随机参数对系统可靠度影响,提出基于贝叶斯理论的剩余寿命预测方法。利用马尔可夫链蒙特卡罗(Markov Chain Monte Carlo, MCMC)方法对模型未知参数进行估计。案例分析结果说明了在此类系统可靠性估计时考虑个体差异的必要性,也验证了该剩余寿命预测方法的精确性。     

二元相关退化系统可靠性分析及剩余寿命预测

退化相关性和个体差异对二元退化系统可靠性有直接影响,针对该问题,在退化过程模型基础上,建立了相应的系统可靠度和剩余寿命预测模型。首先同时考虑个体退化过程和相关性差异,采用随机参数的Gamma过程和Copula函数建立系统二元相关退化模型,为提高模型适用性,随机参数采用非共轭先验分布假设。在此基础上,分析随机参数对系统可靠度影响,提出基于贝叶斯理论的剩余寿命预测方法。利用马尔可夫链蒙特卡罗(Markov Chain Monte Carlo, MCMC)方法对模型未知参数进行估计。案例分析结果说明了在此类系统可靠性估计时考虑个体差异的必要性,也验证了该剩余寿命预测方法的精确性。