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。     

基于退化特征相似性的航空发动机寿命预测

针对航空发动机结构复杂、性能退化参数众多、寿命预测精度低等问题,提出了一种基于退化特征相似性的寿命预测方法。首先通过基于Relief算法的退化特征筛选、基于主成分分析(principal component analysis,PCA)的特征提取和基于核函数的特征平滑,提取低维正交多变量退化特征;然后进行特征的相似性匹配,寻找与当前样本特征片段最相似的一组历史样本中的特征片段集合,将这些片段对应的RUL信息融合并采用密度加权方法得到当前样本的寿命预测估计值;最后通〖JP2〗过美国国家航空航天局(national aeronautics and space administration,NASA)提供的航空涡轮扇发动机仿真数据集验证了该方法的有效性,其寿命预测性能高于现有几种代表性方法。     

基于改进相似性的装备部件剩余寿命预测及经济性储备策略

针对传统基于相似性的剩余寿命(remaining useful lifetime, RUL)预测方法未考虑运行条件差异, 从而影响预测准确性及部件储备策略科学性的问题, 提出一种基于改进相似性的装备部件RUL预测及经济性储备策略。基于提出的改进相似性方法, 区分装备部件的运行条件类别, 通过各类别内服役部件和参考部件的性能状态相似性, 预测服役部件的RUL; 基于RUL预测结果, 以装备部件维修储备总费用最低为目标, 以资源利用率为约束, 建立经济性储备策略决策模型; 采用差分进化算法对模型寻优求解, 得到最优装备部件储备策略。实例分析表明, 所提方法能够有效提升RUL预测的准确性和部件储备策略的科学性, 具备工程应用价值。     

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。     

基于LSTM-DBN的航空发动机剩余寿命预测

针对航空发动机剩余寿命(remaining useful life, RUL)预测中多传感器监测数据维度高、规模大以及时间序列信息考虑不充分等问题,提出一种融合长短时记忆(long short-term memory, LSTM)网络和深度置信网络(deep belief network, DBN)的RUL预测方法。首先,利用LSTM分别对单一传感器进行时间序列预测。其次,将预测结果整合输入到DBN进行健康指标提取。再次,结合健康指标预测曲线和失效阈值得到RUL预测结果。最后,利用商用模块化航空推进系统仿真数据集开展实验,并与已有方法进行对比分析,验证了该方法的可行性和有效性。     

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。     

基于时间序列数据扩增和BLSTM的滚动轴承剩余寿命预测方法

针对滚动轴承全寿命周期监测数据不足导致剩余寿命预测精度不高的问题,提出一种基于时间序列数据扩增和双向长短时记忆(bidirectional long-short term memory, BLSTM)网络的剩余寿命预测方法。首先,采集训练用滚动轴承全寿命周期振动加速度和测试轴承振动加速度数据。其次,对采集得到的原始数据预处理后提取健康因子,将训练用数据和测试数据分别构成参考数据集和目标数据集。然后,以参考数据集为基础,利用动态时间规整算法扩增目标数据集数据。最后,使用数据扩增后的测试数据训练BLSTM网络,利用训练好的BLSTM网络预测滚动轴承性能退化趋势和剩余寿命。实验结果表明,基于动态时间规整算法的数据扩增模型能够根据已有全寿命周期数据,扩增性能退化过程相似的滚动轴承运行数据,利用扩增数据训练BLSTM网络,能够有效提高性能退化趋势预测能力,进而提高剩余寿命预测精度。     

基于多源信息融合与HMM的剩余寿命预测

针对设备剩余使用寿命预测问题, 提出一种基于多源信息融合与隐马尔可夫模型的预测方法。首先, 针对发动机结构复杂、监控数据参数多等问题, 提出一种基于传感器信噪比和主成分分析(principal component analysis, PCA)降维的多源传感器数据融合方法。在此基础上, 利用样本数据训练高斯混合隐马尔可夫模型, 同时为降低模型偏差并避免过拟合风险, 提出一种“定制”策略训练方法, 训练后的模型可用于系统健康状态识别和剩余使用寿命预测。最后, 通过美国国家航空航天局公开的航空发动机仿真数据集对所提方法进行了验证, 并与几种具有代表性且预测精度较高的文献方法进行了比较分析, 验证了方法的有效性。     

Degradation data-driven approach for remaining useful life estimation

Remaining useful life (RUL) estimation is termed as one of the key issues in prognostics and health management (PHM). To achieve RUL estimation for individual equipment, we present a degradation data-driven RUL estimation approach under the collaboration between Bayesian updating and expectation maximization (EM) algorithm. Firstly, we utilize an exponential-like degradation model to describe equipment degradation process and update stochastic parameters in the model via Bayesian approach. Based on the Bayesian updating results, both probability distribution of the RUL and its point estimation can be derived. Secondly, based on the monitored degradation data to date, we give a parameter estimation approach for non-stochastic parameters in the degradation model and prove that the obtained estimation is unique and optimal in each iteration. Finally, a numerical example and a practical case study for global positioning system (GPS) receiver are provided to show that the presented approach can model degradation process and achieve RUL estimation effectively and generate better results than a previously reported approach in literature.     

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.     

Health management based on fusion prognostics for avionics systems

Health management permits the reliability of a system and plays a increasingly important role for achieving efficient system-level maintenance.It has been used for remaining useful life(RUL) prognostics of electronics-rich system including avionics.Prognostics and health management(PHM) have become highly desirable to provide avionics with system level health management.This paper presents a health management and fusion prognostic model for avionics system,combining three baseline prognostic approaches that are model-based,data-driven and knowledge-based approaches,and integrates merits as well as eliminates some limitations of each single approach to achieve fusion prognostics and improved prognostic performance of RUL estimation.A fusion model built upon an optimal linear combination forecast model is then utilized to fuse single prognostic algorithm representing the three baseline approaches correspondingly,and the presented case study shows that the fusion prognostics can provide RUL estimation more accurate and more robust than either algorithm alone.     

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。     

云边端架构的装备精确维修平行仿真系统

针对装备精确维修需求,在前期装备平行仿真相关研究成果基础上,优化完善了装备剩余寿命预测平行仿真算法,提出并设计了“云–边–端”架构的装备精确维修平行仿真系统。该系统在装备现场采集装备状态数据,边缘设备进行预处理,进而在云端由与实装平行运行的仿真模型,动态预测装备剩余寿命,并将预测结果应用于装备维修方案的制定与推演,为装备精确维修提供支撑。     

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...     

基于磨耗数据驱动模型的轮对镟修策略优化和剩余寿命预报

基于广州地铁车辆轮对的磨耗实测数据, 首先针对踏面直径和轮缘厚度两个型面参数以及镟修比例系数, 给出了一种轮对磨耗的数据驱动模型. 根据轮对应用要求, 提出一种轮对镟修的控制限策略. 在前述轮对磨耗模型的基础上, 给出了该镟修策略的蒙特卡罗仿真步骤. 然后应用蒙特卡罗仿真方法, 实现以期望费用率最小为目标的轮对镟修策略优化, 并给出轮对剩余寿命仿真预报. 研究结果表明: 当轮缘厚度减少到27 mm至27.5 mm时, 通过镟修将轮缘厚度恢复到29mm至30mm, 这样的镟修策略能降低轮对镟修期望费用率, 并延长轮对期望使用寿命; 提出的轮对剩余寿命仿真预报法能够给出某时刻轮对剩余寿命的概率密度分布.     

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.     

设备故障评估新指标及基于ARMA的预测系统

设备故障停机时间受生产调度的影响较大,不能真实反映设备的自身性能,且具有很强的随机性和波动性,不适于直接用来进行自回归移动平均(auto-regressive moving average,ARMA)建模.针对此问题,提出一种设备故障评估指标--设备不可用度,将设备故障停机时间转换为设备不可用度,通过异常点替代和数据平...     

基于灰色模型与LSTM网络的旋转机械轴承寿命预测

大型机械设备中旋转机械占到总量的80%, 为及时掌握其工作状态, 开展如何旋转机械轴承的寿命预测精度的仿真研究。首先, 通过可靠性数值(confidential value, CV)量化评估工作状态; 然后, 利用数据变换和累加积分的方法优化数据平滑性与背景值来改进灰色模型; 并与长短时记忆网络结合为新预测模型来预测系统工作状态; 最后, 将平均绝对百分比误差等3种性能指标与单一模型对比, 将预测失效时刻与全卷积层神经网络算法和无迹粒子滤波算法对比。结果表明, 组合模型预测退化趋势3种指标的平均值优于3种单一模型; 组合模型预测的失效时刻相比于另外两种改进算法更准确。