基于产品性能退化轨迹的可靠性研究

为了解决高可靠和长寿命产品的可靠性评估问题,采用性能退化试验方法,基于产品性能退化量的退化轨迹,得出了线性、指数型性能退化轨迹绝对失效标准和相对失效标准下的首达时间分布定理,并分别得到了随机参数服从正态、Weibull和指数分布下的几个推论.研究结果表明:根据产品性能退化随机过程和退化轨迹、失效标准计算首达时间来评估其可靠性是一条有效的途径.该成果对产品的可靠度等指标的评估具有一定的参考价值和实际意义.     

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。     

基于多阶段-随机维纳退化过程的产品剩余寿命预测方法

针对退化失效型产品的剩余寿命预测是开展其视情维修的关键前提。考虑到一些产品性能退化过程具有多阶段非单调的特点,提出基于多阶段-随机维纳退化过程的产品剩余寿命预测方法。针对产品退化过程的每一阶段,主要考虑以高应力加速退化试验数据为先验信息,不预先给予Wiener过程参数的假定分布,而利用加速因子将高应力下的参数估计值折算到正常应力下的参数值;再通过使用Anderson-Darling方法确定参数的最优分布,作为参数的先验分布;然后通过Bayes方法利用产品正常应力下实时退化数据对参数先验分布进行更新,得到参数后验分布,进而对产品的剩余寿命进行预测;最后以某型加速度计为实例验证了所提出的方法适用性和有效性。     

基于冲击衰减的竞争失效可靠性分析模型

针对经受竞争失效的机械产品其突发失效过程中冲击存在衰减的现象,根据冲击信号的衰减特性,提出了基于衰减冲击模型的竞争失效可靠性分析计算方法.该方法首先考察具有周期性和随机性特点的两类衰减冲击过程,利用指数函数描述其衰减规律,探讨冲击作用时所产生的冲量.在此基础上构建冲击所造成的损伤与冲量之间的量化模型,通过Wiener过程对连续退化进行描述,进一步推导产品在失效相关模式下的竞争失效可靠性分析模型.最后通过算例比较研究了考虑冲击衰减与否对可靠性评估的差异,为产品可靠性设计提供参考.     

基于马氏距离的竞争失效可靠性分析

为了解决产品退化失效与冲击失效共存的竞争失效下可靠性评估,提出了一种基于马氏距离的评估方法.引入马氏距离将多元退化数据降至一元马氏距离,采用具有随机影响的Wiener过程进行退化建模.研究了泊松过程以及固定时间发生的两类极端冲击过程,建立了同时考虑变阈值和最小冲击幅值的相关竞争失效模型.采用裂纹增长案例验证了所提方法的有效性,敏感性分析评估了模型参数对产品可靠性的影响.结果表明泊松过程冲击和固定时间冲击都对产品可靠性水平的分析值产生影响.      

基于B-S分布的加速退化模型

对长寿命高可靠性产品,加速退化方法是获取其性能退化信息的有效手段。因此,建立科学合理的加速退化模型尤为重要。分析一般退化模型的基础上,利用B-S(Birnbaum-Saunders)分布对布朗运动、几何布朗运动和Gamma过程等几种随机过程退化轨道建立形式统一的加速退化模型,并采用极大似然方法估计模型参数。最后针对某型自控温伴热电缆,利用所建模型进行加速退化分析,有效地验证了模型的正确性和合理性。     

考虑随机退化和信息融合的剩余寿命预测方法

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,提出了一种融合产品现场实测性能退化数据与同类产品常规退化试验信息、历史寿命信息的个体剩余寿命预测方法.建立了基于Wiener过程的产品剩余寿命模型;考虑到个体之间的性能退化差异性,假定Wiener过程参数服从随机分布模型,建立了个体现场实测退化数据下分布参数的贝叶斯估计模型,给出了超参数后验估计公式;分别建立了退化数据和寿命数据下的完全似然函数,构建了基于最大期望算法的超参数先验估计模型;通过实例分析验证了所提方法的正确性和优势,结果表明本方法可有效处理个体现场实测退化信息与同类产品先验信息之间的剩余寿命预测问题.     

Wiener过程在非线性退化建模中的应用

针对Wiener过程为线性随机过程而产品性能退化为非线性的情况,提出一种时间尺度转换方法,首先通过时间尺度转换把非线性退化数据转换成线性退化数据,采用Wiener过程对其进行建模分析,然后通过时间尺度逆转换实现产品在原有时间尺度下的可靠性评估。给出了Wiener过程参数估计的步骤和方法,并以某型导弹电连接器的加速退化数据为例,阐述了基于时间尺度转换的Wiener过程在非线性退化建模中的应用。结果表明,时间尺度转换方法成功实现了电连接器的可靠性评估,从而拓展了Wiener过程的应用范围,为非线性退化建模提供了一种有效途径,并为退化型产品的可靠性评估提供了可行的思路。     

Wiener过程在非线性退化建模中的应用

 针对Wiener过程为线性随机过程而产品性能退化为非线性的情况,提出一种时间尺度转换方法,首先通过时间尺度转换把非线性退化数据转换成线性退化数据,采用Wiener过程对其进行建模分析,然后通过时间尺度逆转换实现产品在原有时间尺度下的可靠性评估。给出了Wiener 过程参数估计的步骤和方法,并以某型导弹电连接器的加速退化数据为例,阐述了基于时间尺度转换的Wiener过程在非线性退化建模中的应用。结果表明,时间尺度转换方法成功实现了电连接器的可靠性评估,从而拓展了Wiener过程的应用范围,为非线性退化建模提供了一种有效途径,并为退化型产品的可靠性评估提供了可行的思路。     

随机失效门限下指数退化轨道模型的分析与应用

目前在退化试验中,通常是将产品的性能降低或升高到某一固定门限值定义为产品失效,即单点型退化.虽然该定义被广泛应用,但却不够合理,不能够完全描述产品退化失效问题.本文对单点型退化标准进行改进,将固定门限推广为某一区间的随机值,构建区间型退化模型.主要研究当退化轨道是指数型函数时,讨论各种情况下区间型退化寿命分布.本文利用数值积分和蒙特卡罗法对区间退化模型和单点退化模型的寿命分布进行模拟对比分析,揭示区间型退化和单点型退化的关系.最后通过模拟结果说明采用区间型退化更合理有效.     

基于变动失效阈值和退化速率的系统可靠性模型

为对同时存在退化过程和冲击过程的系统进行可靠性分析,建立了突发型失效与退化型失效共存的系统可靠性模型.考虑退化过程和冲击过程的相关性,通过退化过程和冲击过程的分布函数,基于变动失效阈值,建立系统可靠性模型的一般形式.进一步用线性退化路径描述系统的退化过程,考虑退化速率的改变,建立系统可靠性模型的具体形式.通过具体算例,对所建立模型的有效性与合理性进行了验证与分析.     

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.     

重复过流冲击下IGBT的性能退化研究

实际应用中,功率变流器经常会发生过流,重复的过流冲击会造成其功率器件绝缘栅型双极性晶体管(IGBT)的性能退化,并形成累积损伤,最终导致失效,而突然的失效会带来经济损失和安全问题,故需对重复过流冲击下IGBT的性能退化进行研究,建立相应的在线监测方法.针对目前对IGBT在重复过流下性能退化的研究较欠缺,搭建了过流冲击的实验平台来实现IGBT的重复过流冲击实验;采集重复过流冲击过程中IGBT外部端子的电气量,并提出相应的新的性能退化指标——导通电阻.结果表明:重复过流冲击会造成IGBT的性能退化,影响其外部电气特性;提出的退化指标——导通电阻明显地表征了IGBT内部累积损伤的程度.     

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.     

结构对多次随机冲击响应分析

本文提供了两方面内容:(1)推出了单自由度系统对多次随机冲击响应的计算公式,冲击波形是指数振荡衰减型。(2)提出了振动系统对“结构冲击波”响应的分析方法。很多重要的仪器设备所处的随机冲击环境不是一种简单的冲击形状,为了对随机冲击的描述更接近实际情况,提出了“结构冲击波”的概念。如何从实验数据中具体确定“结构冲击波“的参数,本文也提出了具体的意见,并利用了单自由度系统对指数振荡衰减型随机冲击响应的计算结果,讨论振动系统对“结构冲击波”的响应分析方法。     

基于Ⅱ型广义logistic分布和粒子群优化的退化可靠性建模

广义概率分布能够更加准确地描述性能退化数据的特性,降低奇异点和概率分布选择错误时带来的影响,为此,文中引入Ⅱ型广义logistic分布(Ⅱ-GLD)进行退化可靠性评估.通过加入位置参数和尺度参数对时变退化量建模,根据各时刻分布的分位数和对应试验数据之间的均方误差建立目标函数,结合粒子群优化(PSO)算法实现对目标函数中多个参数的同时估计.运用所提方法对实例进行退化可靠性评估、验证和对比,结果表明:该模型计算得到的退化数据均值和标准差与实际值的相对误差在8%以内,不同失效阈值下的可靠性评估结果与试验数据吻合良好;对比分析表明,与正态分布和威布尔分布相比,Ⅱ-GLD能够有效挖掘退化数据的尾部特性,真实反映产品的初期退化.     

考虑退化特性相关性的航空电连接器可靠性分析方法

采用带随机效应的Wiener退化过程模型,对航空电连接器进行温度和振动综合应力下加速特性退化过程建模,推导其退化量及可靠度,并采用基于Bayesian更新的EM算法估计模型中的未知参数.针对电连接器在综合应力下表现出多种特性同时退化且特性间呈现相关性的问题,进一步利用Copula函数进行相关性建模,推导其多退化特性相关条件下的系统可靠度.最后以某型航空电连接器为算例,对提出的模型和方法进行说明和验证,结果表明,考虑退化特性相关性时的可靠度低于考虑各单独退化特性时的可靠度.     

基于改进比例失效率模型的设备剩余寿命预测

产品的剩余寿命预测能够为产品的维修和更换提供重要的决策依据.传统的比例失效模型方法在剩余寿命预测中得到了广泛的应用,然而此方法没有充分利用产品的历史寿命信息,对产品的退化过程也没有很好地描述.针对此问题,提出了一种融合退化过程与失效率建模的产品剩余寿命预测方法.该方法首先利用线性过程对产品的退化过程建模,然后利用比例失效模型融合退化过程对失效率的影响,达到充分利用产品历史信息的目的.此外,与传统比例失效模型方法不同,模型中的比例参数分为两部分,分别将产品退化的初始信息和产品的退化增量联系起来,进一步利用产品的当前退化信息对产品的参数进行Bayes更新,基于此进行剩余寿命预测,从而实现产品历史数据和当前退化数据的有效融合.通过激光发生器的退化数据验证了所提方法的有效性.     

融合寿命数据和退化数据的防喷阀剩余寿命预测

为了解决目前利用Wiener过程对产品进行寿命预测时,由于考虑个体差异至少需要对模型的三个参数进行估计从而导致计算量较大的问题,提出了利用个体方差和总体方差的相关关系以减少待估计参数个数的寿命预测方法。利用历史寿命数据和实时退化数据,采用Bayes估计和EM(expectation maximization)算法得到性能退化信息的参数值,从而得出防喷阀的剩余寿命的概率密度函数及相关分布。仿真结果表明所提方法不仅减少了待估计参数的个数,使计算过程更简单有效,而且有效提高了剩余寿命的预测精度。     

面向一类混合退化装备RUL预测的平行仿真技术

针对一类带离散冲击的混合退化装备剩余寿命预测问题,研究了面向混合退化装备剩余寿命预测的平行仿真技术.提出以混合Wiener状态空间模型为基础仿真模型,以泊松冲击到达为模型选择判据,在实时退化数据驱动下,实现仿真模型在线选择,利用强跟踪滤波和期望最大化算法进行仿真模型数据同化和未知参数在线估计,从而实现仿真模型演化,提高仿真模型逼真度.在此基础上,实现了基于平行仿真的剩余寿命实时预测.利用某轴承性能退化数据对平行仿真方法进行了实例验证,仿真结果表明平行仿真方法能有效仿真轴承的性能退化过程,剩余寿命预测的不确定性小、精度高.