动态概率模型跟踪性能退化的实时可靠性评估方法

针对实时可靠性评估中先验信息难以获取、分布假设不符合实际情况的问题,提出一种基于动态概率模型的实时可靠性评估方法.采用Parzen核密度估计构造滑动概率神经网络,使用滑移时间窗进行统计样本的动态选择,以非参数方式实时估计性能退化数据的条件概率分布,将超过失效阈值的分布函数值作为可靠性指标,来实现个体设备无先验信息条件下的可靠性评估.通过对高压水除鳞泵和加热炉风机失效过程数据的分析,验证了该方法的可行性和实用性.     

相关K分布杂波中扩展目标积累检测性能分析

针对时空相关K分布(C-KD)杂波背景中扩展目标的滑窗积累检测(SWAD)与顺序统计-滑窗积累检测(OS-SWAD)的性能分析问题,采用广义K分布拟合、矩匹配、相关数据中的有效样本尺寸估计以及分数阶顺序统计等方法,获得了零假设条件下检验统计量的概率分布函数的拟合表达式,建立了虚警概率、恒虚警检测门限以及杂波参数之间的关系方程,并通过蒙特卡罗仿真实验对各种概率分布函数的拟合精度以及给定检测门限下的虚警控制精度进行了评估.理论分析与仿真实验表明本文提出的方法是合理和有效的.     

基于Copula函数选择的多元退化产品可靠性模型

针对含有多个退化量的产品可靠性评估问题,提出了一种基于Copula函数选择的可靠性建模方法。首先,采用Anderson-Darling统计量对退化量进行拟合优度检验,选择其最优分布函数;其次,绘制退化量分布函数中的分布参数随测量时间的变化曲线,判断其与时间和应力的相关性;再次,给出一种选择Copula函数的综合方法,该方法结合了三种常用的选择方法;同时,采用两步似然估计法对未知参数进行了评估;最后,通过硫化丁腈橡胶O型密封圈进行恒定应力加速退化试验对方法的正确性进行了实例验证,并且与二维正态分布模型、形状参数为常数时的可靠性评估结果进行了对比分析。分析结果表明,给出的方法具有更好的实用性和更广泛的应用。     

基于支持向量回归与Bayesian理论的性能退化产品可靠性分析

为提高小样本非线性下的性能退化产品可靠性评估准确性,提出一种融合性能退化数据与寿命数据的可靠性评估方法.首先选定产品的性能退化变量并记录下与时间相关的退化数据,随后利用支持向量回归(Support Vector Regression,SVR)理论对性能退化轨迹进行拟合建模,再通过首达阈值的概念推算出产品伪失效寿命数据.假设产品寿命服从特定的概率分布,则可求得产品的可靠性解析表达式.为了充分利用可得到的多种信息,增加评估的可信度,结合Bayesian理论,融合可得的真实寿命数据,一旦得到新的失效寿命数据,便可更新迭代模型参数提高评估准确性.最后通过数值仿真与陀螺仪退化数据的实例验证所提方法的可行性.结果表明,本研究有效地解决了小样本非线性情形下性能退化产品可靠性分析不精确的难题.     

西部地区混凝土基于Weibull分布的寿命预测研究

对混凝土试件进行了模拟特殊自然环境条件下的加速失效试验,并得到了加速寿命数据.首先,结合寿命数据采用Weibull分布函数对其退化过程进行建模;其次,应用不同参数估计方法得到了基于Weibull分布参数的估计值;最后,建立了服役寿命的可靠度函数及概率密度函数.结果表明:Weibull分布函数可以有效地描述混凝土试件的加速耐久性能退化过程,建立的混凝土加速寿命可靠度函数能够直观地反映试件的服役寿命,并且与试验结果较一致;在参数估计方法的适用性方面,最小二乘法以及极大似然估计法比较适合小样本完全寿命数据的情况,这为混凝土加速失效试验的寿命预测及可靠性评估提供了直接而有效的参数估计方法.     

高速电主轴系统的极小子样试验评估方法研究

针对数控机床这类高可靠性产品的寿命实验数据极少的情况,为了提高数控机床高速电主轴系统的可靠性寿命评估精度,基于性能退化可靠性评估的理论对高速电主轴系统进行了机械应力仿真加载试验.对高速电主轴的退化数据,借助MATLAB软件利用最小二乘法对样本的退化模型参数进行估计,得出一次伪失效寿命.应用虚拟增广法和半经验评估法相结合的可靠性评估方法对高速电主轴系统进行了可靠性评估,得出了高速电主轴系统的平均无故障寿命均值的置信区间.与单纯地采用以往的半经验评估法进行可靠性评估的结果对比,进一步提高了高速电主轴系统在试验样本极小的情况下的试验寿命评估精度,为高速电主轴系统的可靠性研究提供了更加合理有效的评估方法.     

高速冲床传动系统性能退化分析与可靠性评估

针对高速冲床传动系统寿命较长、可靠性试验成本较高的特点,研究了基于性能退化数据的传动系统可靠性评估方法.根据传动系统的工作特性选择了下死点动态精度作为衡量性能退化的特征参数,搭建了相应的测试系统.对退化机理进行了分析,在此基础上利用漂移布朗运动模型对传动系统动态精度退化量进行建模,基于退化数据估计模型中的参数,进而利用所建模型评估得到传动系统寿命和可靠性指标.采用实测数据对所提出的方法进行验证,结果表明:该方法在没有寿命数据的情况下评估得到了高速冲床传动系统的寿命和可靠性指标,可节约试验经费和时间.     

基于多阶段退化建模的谐波减速器实时可靠性评估与寿命预测

谐波减速器是工业机器人的关键核心部件,其可靠性的实时评估和剩余寿命预测对于提升工业机器人的工作性能和健康监管具有重要意义.作为一种复杂的高精度机械部件,其退化过程表现出明显的多阶段性特点.因此,针对谐波减速器的退化特性,提出基于Gamma过程的多阶段退化模型对谐波减速器性能退化过程进行精确描述.首先,根据谐波减速器退化趋势的变化,进行多阶段退化过程的划分;然后采用历史性能指标数据,基于最大皮尔逊相关系数准则估计模型先验分布的超参数,建立基于Gamma过程的多阶段退化模型.在此基础上,针对在役设备的实际运行特点和工程现场中性能指标数据获取困难的问题,提出采用振动特征来建立高斯过程回归模型,对性能指标值进行精准预测以实现对退化模型后验分布参数的实时更新.最后在此基础上对谐波减速器进行实时可靠性评估和剩余寿命预测.通过对谐波减速器可靠性实验数据的分析表明,所提出的方法能够实现可靠性的实时评估,并且与单一阶段退化模型相比,该方法对剩余寿命的预测精度更高.     

考虑随机失效阈值的退化数据建模分析方法

针对退化过程中随机失效阈值分布难以确定,无法直接引入到退化数据建模分析过程的难题,提出一种将失效阈值的随机性转移到易于获得分布参数变量中的建模分析方法,给出退化试验数据和加速退化试验数据的建模分析步骤.结合实例分析表明:将失效阈值随机性转移到易于获得分布参数变量中的建模分析方法可行,避免了复杂的数值计算;同时,该方法能够为高可靠长寿命产品提供更符合实际的可靠性评估结果.     

融合内外场退化数据的可靠性评估方法

针对性能退化过程服从Wiener过程的产品,文章运用贝叶斯统计推断法,提出了一种融合内场加速退化试验(accelerated degradation test,ADT)与外场退化信息的可靠性评估方法。考虑到内外场应力环境差异,提出了基于修正系数的Wiener过程双参数修正模型;建立了退化数据模型,得到各应力下分布参数估计值;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;构建了外场退化数据下未知参数的后验分布函数,采用马尔科夫链蒙特卡洛(Markov chain Monte Carlo,MCMC)方法,得到参数的后验分布均值。实例分析结果验证了该文方法的正确性。     

变形广义极值分布的参数估计及实例分析

本文通过对广义极值(GEV)分布运用二次秩变形映射导出变形的广义极值(TGEV)分布的概率分布函数和概率密度函数,并对TGEV分布的参数进行了MLE和矩估计.用R语言中的optim函数对TGEV分布的参数做了MLE估计,并对此估计方法的偏差和均方误差做了模拟,说明对于TGEV分布来说,MLE估计方法效果很好.最后对变形广义极值分布进行实例分析,给出了TGEV分布拟合的结果,得到分位数及其置信区间的估计,并讨论了所得结果的实际意义.     

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。     

基于改进广义极值分布的核管道最大腐蚀深度预测

针对核管道腐蚀的环境复杂性和过程随机性问题以及极值分布模型选择不当所引起的拟合误差问题,采用广义极值分布模型预测核管道腐蚀深度的发展规律,并提出基于免疫遗传算法参数优化的核管道最大腐蚀深度预测及评估方法:对核管道取样管段上腐蚀深度进行统计分析,计算相应的累计概率;利用免疫遗传算法优化广义极值分布函数的统计参数,得到核管道最大腐蚀深度的概率分布函数;由小样本腐蚀深度预测整条管道的最大腐蚀深度ydi,并评估超过最大腐蚀深度ydi的概率.利用不同核管道腐蚀深度进行计算机预测仿真.研究结果表明:改进后的广义极值分布模型不会受限于样本极值数据的具体分布,具有较好的通用性,且模型参数寻优过程收敛速度快,拟合效果较理想.     

竞争失效下多元退化建模的航空发动机可靠性分析

为了解决航空发动机的竞争失效下多元退化系统可靠性评估问题,提出一种多元退化失效和突发失效之间相关竞争失效的可靠性评估方法.以具有随机效应的非线性Wiener过程与Gamma过程描述退化失效过程,选择合适的Copula函数对多元退化失效相关性进行建模,通过马尔科夫链蒙特卡洛方法进行多元退化系统相关失效模型参数估计;引入Weibull分布描述突发失效时间,采用比例危险模型构建关于性能退化量的突发失效率函数,利用两步极大似然估计法识别模型参数.结合航空发动机的性能退化数据实现了竞争失效下多元退化系统可靠性评估,通过分析结果验证了模型的有效性与准确性.     

基于多应力综合加速模型的产品可靠性评估方法

提出一种基于多应力综合加速模型的产品可靠性评估方法,主要通过利用加速退化数据或加速寿命数据以及加速模型对产品进行寿命加速模型建模与参数估计,进而进行产品可靠性评估。首先基于加速退化试验数据,外推产品伪寿命数据或基于加速寿命试验获取产品寿命数据;并对寿命数据进行分布拟合优度检验确定寿命最优分布。其次结合工程中常用加速模型,选取合适多应力综合加速模型来描述分布参数与应力水平的关系。采用整体推断方法,将所有寿命数据信息作为整体进行统计分析,给出模型参数的极大似然估计。然后对产品进行可靠性评估以及可靠寿命估计。最终以某型电表为例验证了所提出的方法适用性和有效性。     

Wiener过程性能退化产品可靠性评估新Bayes方法

针对Wiener过程性能退化产品的可靠性评估问题,通过分析先验分布和损失函数两个因素,提出一种新的Bayes方法.假定Wiener过程参数服从共轭先验分布,对求解参数的后验分布进行理论分析;基于平方损失、绝对损失、0-1损失3种损失函数,分别求得Bayes估计结果;对航空发动机可靠性评估进行了实例分析.相对于已有方法,该方法在求解参数的后验分布时具有更广泛的适用性,并且运算过程更简单.对于民航发动机可靠性评估这一特定应用,3种损失函数中选取绝对损失函数时参数估计的拟合程度最优.     

竞争失效场合恒定应力加速退化试验统计分析

为了解决恒定应力加速退化试验中突发与退化同时存在的竞争失效可靠性评估问题,针对产品的退化过程,采用退化量分布函数进行刻画,弥补伪失效寿命建模方法的缺陷.同时考虑到突发失效与性能退化和应力水平的相关性,提出基于比例危险的突发失效模型,并用线性回归和极大似然估计(MLE)模型中的参数,实现对竞争失效场合恒定应力加速退化问题的建模分析.最后应用算例验证该方法的有效性.     

基于埃尔米特转换高斯模型的波浪统计分析

基于南海浅水海域三组不同有义波高下的海浪时域实测的数据,通过埃尔米特模型这一转换高斯过程模型,进行了波浪参数的概率统计分析.对三组数据的周期、波高和局部极值进行了概率分布计算并得到了波浪参数的边缘和联合概率分布函数图.还就埃尔米特模型的计算结果与高斯过程的理论值以及实测数据的分布情况进行了对比,结果显示:相比高斯过程,埃尔米特模型计算得到的波浪参数的概率分布与真实海浪的分布情况更为相符.     

基于性能退化数据的数控转台单子样可靠性分析

针对数控转台可靠性高、寿命长、失效样本数据少的情况,采用基于性能退化数据的可靠性评估方法进行研究。在试验过程中通过测量转台不同角度回转精度的性能退化量扩充试验数据,根据试验数据计算得出数控转台的伪失效寿命值。为了提高转台可靠性评估结果的准确率,采用虚拟增广原理扩展试验数据,再对扩展试验数据采用数学方法进行分析。结果表明:该方法可对数控转台的可靠性进行评估,得到数控转台的可靠度、失效分布密度函数和预期平均寿命等可靠性指标。该方法节省了试验成本与时间。     

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。