基于Wiener和Copula函数性能退化模型的减推力起飞可靠性收益评估研究

从精细化、规范化管理使用发动机的角度出发,针对航空发动机减推力起飞在可靠性和安全收益指标的贡献度量化评估问题,提出了一种基于性能退化分析的可靠性收益评估方法。建立了单个性能参数Wiener退化量模型,并利用Copula函数进行二元相关性能参数退化量建模,提出了基于Copula函数和Wiener退化过程的二元相关性能可靠性模型。将模型应用于实例分析,通过发动机执行减推力和未执行减推力时的性能退化数据,定量地分析了执行减推力起飞技术对可靠性和在役寿命方面的贡献度,并将文中提出的方法与基于单参数的性能可靠度函数以及二元独立性能参数的性能可靠度函数进行对比分析。结果表明,执行减推力起飞技术的发动机在运行中有更高的安全裕度,在役寿命平均延长了23%左右。     

基于加速退化数据的某型电连接器可靠性评估

某型电连接器属于高可靠性、长寿命产品,在短时间内很难获取其失效数据。为了评估其可靠性,在分析其失效机理的基础上设计了步进加速退化试验,通过分析加速退化数据外推出产品在正常工作应力水平下的可靠度函数。试验中以电连接器的接触电阻作为性能参量,选取温度作为加速应力。数据分析时,利用Wiener随机过程对样品退化进行建模。为了提高模型参数的估计精度,采用极大似然法对所有性能退化数据进行整体统计推断。外推其在工作温度下的可靠度时,针对工作温度不恒定的情况利用等效温度表示温度对该产品的综合作用效果。结果表明,提出的基于加速退化数据分析的方法实用、有效,成功实现了某型电连接器的可靠性评估,并可为其他高可靠性产品的可靠性评估工作提供借鉴。     

基于 Wiener过程的弹用电连接器温湿应力加速建模

为利用加速退化试验数据,开展可靠性评估。基于某弹用电连接器性能退化符合 Wiener过程特点进行分析,在给出电连接器性能退化模型和寿命分布函数的基础上,建立了基于 Wiener过程的弹用电连接器温湿应力加速模型,并利用 MATLAB软件给出了两步极大似然估计模型参数估计方法。为降低加速模型的复杂度,基于加速因子不变原则对加速模型的参数进行了简化。为了对模型进行检验,利用相关实例的加速试验数据,完成了参数估计并绘制了与实例进行比较的可靠度和概率密度曲线。通过对比分析,验证了所建模型的合理性,由于参数估计时考虑了 Wiener过程扩散系数及时间函数的非线性因素,计算得出的电连接器平均寿命值更为安全可靠。     

基于性能退化数据的可靠性建模分析

针对传统可靠性评估方法难以解决高可靠度、长寿命产品的可靠性评估问题,本文在使用失效时间数据的基础上,提出了使用产品的性能退化数据的方法。在很多情况下,退化过程中的性能退化数据比失效时间数据更有价值。文章介绍了退化数据的优点,提出了对产品退化的一般轨迹模型;针对高可靠度的产品提出了基于退化轨迹和退化量分布的两种评估方法,并用实例分别对两种评估方法进行展开应用,验证了方法的有效性。     

基于Wiener过程的民用航空发动机性能可靠性预测

通过对民用航空发动机性能退化数据的分析,提出了一种有效融合先验退化数据和现场退化数据的性能可靠性评估和剩余寿命预测方法.首先在先验退化数据的基础上确定Wiener过程参数的先验分布,然后利用贝叶斯方法融合新增的现场数据,对Wiener过程参数进行更新,并在此基础上对单台发动机进行性能可靠性评估和剩余寿命预测.该方法能根据现场退化数据不断地对可靠性和剩余寿命进行更新.最后通过某航空公司发动机性能退化数据验证文中提出的方法,结果表明41号发动机在2000循环和3000循环时预测的剩余寿命相对误差分别为0.060和0.018,可以满足航空公司发动机下发计划制定的实际需要.      

基于Wiener过程的航空燃油泵寿命预测

基于数据驱动的寿命预测是目前故障预测与健康管理(PHM)技术寿命预测环节的主流方法。通过对燃油泵出口压力数据进行分析,建立了基于随机效应维纳(Wiener)过程状态退化模型,采用贝叶斯(Bayes)方法对模型进行在线更新,应用最大期望(EM)算法实现模型的超参数估计,得到燃油泵剩余寿命在线预测信息。结果显示,其预测均值路径与实际退化情况基本吻合,寿命预测区间控制在40.62~20.57h,在接近寿命阈值阶段其预测不确定率保持在10%左右。本文所采用的分析方法与仿真得出的结果对于基于PHM技术下的维修保障活动具有一定的指导意义。     

基于风扇退化的涡扇发动机寿命衰减双参数评估方法研究

由于涡扇发动机不同单元体之间存在耦合性,采用单一性能退化参数预测发动机剩余寿命明显是不全面的。本文根据风扇故障导致涡扇发动机退化机理,引入Frank Copula函数描述二元性能参数之间的相关性,并且采用二元非线性Wiener过程来构建性能退化模型,然后基于MCMC (Markov Chain Monte Carlo)方法进行模型参数估计,实现涡扇发动机剩余寿命预测。最终,通过涡扇发动机的仿真数据集来验证该方法的适用性。证明基于Copula函数的二元非线性Wiener过程建模为发动机剩余寿命预测提供了理论基础和技术支持。     

加速退化模型及外推结果准确度的定量验证方法

加速退化试验本质上是牺牲可靠度评估精度换取可靠度评估效率,外推出的可靠度结果通常会与真实值存在一定的偏差,因此,验证加速退化模型与外推结果的准确度是非常必要的。根据可靠性建模的步骤设计了验证加速退化模型及外推结果的技术流程,结合Wiener-Arrhenius加速退化模型构建了验证技术框架。采用了基于假设检验的模型验证方法,利用Kolmogorov-Smirnov检验法、Anderson-Darling检验法分别验证Wiener退化模型、加速退化模型及外推的可靠度模型是否合理。提出了具有工程实用性的基于面积比的外推结果验证方法,利用蒙特卡罗仿真解决复杂可靠度函数积分问题,用于定量表征外推结果的准确度,通过面积比阈值判定是否接受外推结果。通过惯导系统伺服电路实例应用说明了技术框架的可行性与有效性,研究工作为解决加速退化试验中的验证难题做出了有益的探索,所提出的各种定量验证方法具有较好的工程应用价值。     

基于加速退化模型的卫星组件寿命与可靠性评估方法

针对卫星产品长寿命、高可靠性的特点,提出了使用加速退化试验的方法来评估卫星用微波接收机的寿命与可靠性指标.首先,在确定微波接收机关键模块与相应失效机理的基础上,选择了适用的加速模型.然后,通过分析产品性能的实际退化过程,选择漂移布朗运动对此进行拟合,并结合漂移布朗运动首达时(first passage time)服从逆高斯分布的特点,建立了产品的可靠性模型.最后,采用极大似然结合最小二乘的评估方法,对该关键模块的恒定应力加速退化试验的蒙特卡罗仿真结果,进行了产品的寿命与可靠性评估并且得到了合理的结果,从而验证了本文方法的正确性.     

基于贮存退化机理的长贮产品序贯检测方法

为了确定发动机等长贮产品满足一定贮存可靠度要求的最优检测方式,提出了基于贮存退化机理的序贯检测方法.分析了长贮产品贮存寿命的退化机理,即不可修部件的自然老化和可修部件的检测均可能造成贮存寿命的退化;然后基于贮存退化机理给出了Weibull分布产品贮存可靠度模型及模型参数估计的最小二乘方法;进一步,根据贮存可靠度要求,给...     

基于退化失效与突发失效竞争的导弹剩余寿命预测

为了提高导弹剩余寿命预测结果的准确性,本文综合利用导弹的性能退化数据和突发失效时间数据,提出了基于退化失效和突发失效竞争的剩余寿命预测方法。在引入状态空间模型评估出整弹退化程度的基础上,采用Gamma过程建立退化失效模型;在假定突发失效概率与整弹性能退化程度相关的前提下,采用Weibull分布建立突发失效模型;进而建立退化失效与突发失效竞争模式下的导弹可靠度模型。案例应用证明了所提方法的有效性,对准确预测导弹剩余寿命,有效开展视情维修具有一定的工程价值。     

非恒定温度场合弹上性能退化型部件贮存可靠性评估

导弹在贮存期内要反复经历运输、存放、检测、维修和战备值班等过程,其环境温度并不恒定,而是在一定范围内发生动态变化。对性能参数有变化趋势的弹上部件而言,有必要考虑环境温度变化对其可靠性的影响,因此提出一种非恒定温度剖面下的贮存可靠性评估方法。首先,分析产品实际性能退化的特点,选择带有非线性漂移项的Wiener过程描述产品的退化性能,推导出试验环境下产品的寿命分布。然后,采用Gamma分布拟合贮存期间的弹内温度分布。进而利用比例风险模型描述温度变化对产品可靠性的影响,推导弹上性能退化型部件在非恒定温度剖面下的无条件寿命分布,并给出模型参数的极大似然估计。算例表明本方法实际可行。     

Gamma过程退化失效可靠性分析

退化型失效产品,可通过退化失效分析对其进行可靠性统计推断。性能退化一般是一个随机过程,并且是单调变化的,为描述产品的退化,给出了一个随机Gamma过程模型,通过求解该过程的首达时分布即可获得产品的失效分布。由于解析方法求解存在很大的难度,给出了一种基于仿真的求解方法。利用所得模型对强激光装置所用的某型金属化膜脉冲电容器进行了可靠性分析,说明了模型的适用性。     

基于非线性Wiener过程航空发动机性能退化预测

针对线性随机过程航空发动机剩余使用寿命预测精度不高的问题,提出一种漂移系数为指数形式的非线性Wiener过程发动机性能退化建模,进而预测航空发动机的剩余寿命。基于直接监测发动机性能退化数据,构建发动机性能退化模型,根据Wiener过程首达阈值时间的数学性质,推导出剩余寿命的概率分布。通过极大似然估计构建退化模型中未知参数的似然函数,利用遗传算法得到发动机总体模型参数的离线估计值。考虑到不同发动机个体间的差异性,采用贝叶斯公式,结合发动机的实时监测数据与总体模型参数的先验分布对模型中随机参数进行实时更新,从而对个体发动机的剩余寿命实时预测。最后,选择商用航空发动机仿真数据集(C-MAPSS)进行实验,结果表明：针对个体发动机基于非线性随机过程方法,实时更新非线性Wiener方法能够提高航空发动机循环中期剩余寿命预测的准确性,提供更加可靠的预防性维修决策。     

Comparison of two reliability models for performance degradation analysis

In order to investigate the general reliability assessment methods based on performance degradation data, two commonly used stochastic process approaches, bilinear process method and random-effect model were studied. Analyzing procedure and effectiveness of these two methodologies were studied and compared. Meanwhile, the two approaches were illustrated through practical applications. The residual plots and the 10th percentile curves of the two methods were presented to demonstrate the comparative results. The random-effect model yielded more volatile residuals and a lower and unsafe 10th percentile curve. Consequently the bilinear process model can be concluded to derive more reasonable results due to its one-stage estimation property.     

试飞阶段可靠性评估方法及试验方案设计

提出将基于2参数威布尔分布的小子样零故障寿命试验方法用于航空发动机等高可靠性航空武器装备设计定型试飞阶段平均故障间隔时间评估以及可靠性专项试飞/地面试验设计,通过计算给出可靠性评估及试验设计系数用表;同时采用Matlab对航空发动机历史试验数据进行拟合,得到对应的形状参数;在此基础上,以某航空发动机为例对该方法工程应用的适用性和有效性进行验证。结果表明:该方法具有较强的工程应用性,可用于解决试飞阶段航空发动机等高可靠性产品可靠性评估及试验设计问题。     

随机环境应力冲击下基于多参数相关退化的导弹部件寿命预测

为了解决某型导弹部件的贮存寿命预测问题,提出了一种随机环境应力冲击下基于多参数相关退化的寿命预测方法。针对产品存在退化失效与突发失效两种失效模式,利用Wiener、Gamma及Inverse Gaussian等随机过程模型拟合各性能参数的退化数据,并采用Copula函数进行相关性退化失效建模;利用随机环境应力冲击解释突发失效的机理,并采用非均匀泊松过程对突发失效建模;进而建立退化失效与突发失效竞争的贮存寿命预测模型。实例应用说明所提方法能够反映出导弹部件的失效规律,比传统预测方法具有更高的预测准确性,具有较好的工程应用价值。