基于退化失效数据的环境因子问题研究

针对具有退化失效特性的高可靠性长寿命产品,在有限试验时间内难以获得大量失效数据进行环境因子研究的问题,通过对产品性能退化特性的监测和分析,研究退化失效环境因子的建模和估计方法.给出了退化失效环境因子的一般定义和数学描述;提出了复合Poisson过程退化轨道模型的退化失效环境因子模型,并给出了环境因子点估计的矩方法和区间估计的二项分布法;通过仿真实例,对方法在工程应用上的有效性进行了说明.      

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。     

基于退化模型的失效机理一致性检验方法

有效的加速试验必须保证产品的失效机理不变。针对加速退化试验(ADT)可靠性建模的特点,提出了一种基于退化模型的失效机理一致性检验方法。以基于随机过程和基于退化轨迹拟合的退化模型为例,通过加速系数的2种等效定义分别建立了模型参数与失效机理不变的内在联系,进一步推导出其参数在不同应力下须满足的关系。在合理假定检验样本服从正态分布的基础上,利用t统计量对样本的一致性进行检验。通过2个ADT实例验证了所提检验方法的合理性与可行性。     

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。     

基于性能退化数据的液体火箭发动机可靠性Bayes评定

性能退化表征的是产品的工作能力随时间逐渐降低的现象。对于液体火箭发动机等试验费用昂贵的高可靠性产品,失效时间数据难以得到,此时性能退化数据是评定其可靠性的重要信息。文章提出用线性随机过程模型来描述产品性能参数逼近临界值的过程,再根据产品的失效机理,推导出产品的失效分布函数形式。相对于传统的寿命分布模型,文中推导的失效分布函数中的参数因物理含义明确而易于通过实时跟踪测量性能参数时间序列数据估计得到。文中还通过一个数值实例说明了该方法在工程上应用的有效性。     

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。     

平台式惯性导航系统在线可靠性评估技术

平台式惯性导航系统是现代导航的重要设备,由于其所处环境和制造工艺各不相同,导致各个体之间的可靠性有着明显的差异。如果对收集到的性能误差数据进行统一处理,无法准确地反映个体之间的差异性,不利于掌握平台式惯性导航系统个体的可靠性规律。针对该问题,对平台式惯性导航系统的在线可靠性评估方法进行了重点研究。结合平台式惯性导航系统使用过程中的性能变化特点和失效机理,利用复合Poisson过程建立了其性能退化模型,并给出了性能参数评估方法。通过算例分析,说明建立的性能退化模型能够较好地描述平台式惯性导航系统的性能退化规律,有助于掌握平台式惯性导航系统的可靠性水平。     

基于随机过程的可靠性建模

基于Wiener过程、Gamma过程和逆高斯(Inverse Gaussian,IG)过程等随机过程的可靠性建模方法在装备可靠性评估中逐步得到应用.针对3类考虑随机影响的随机过程模型,分别阐述了各类模型在一元性能退化建模、二元性能退化建模、加速退化建模和竞争失效建模等情形下的应用情况,并展望了下一步研究方向.研究工作对...     

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.     

基于多性能参数的民用航空发动机 实时性能可靠性预测

以民用航空发动机为研究对象,运用性能退化可靠性理论,对发动机的性能可靠性进行了研究.通过分析发动机性能退化过程,利用状态空间方法建立了时变性能退化模型,并通过卡尔曼滤波对性能趋势进行预测;然后考虑各性能参数之间的相关性,运用随机过程理论建立了基于多性能参数的实时性能可靠性预测模型,从而对发动机的退化时间进行实时预测;最后通过实例证明该方法是有效的,并且易于工程实现,同时,也为航空公司进行发动机机队科学管理提供了基础.      

Model-driven degradation modeling approaches: Investigation and review

The second law of thermodynamics implies that any animate and inanimate systems degrade and inevitably stops functioning. It is irreversible over time that can be labeled as “the degradation arrow of time”. From perspective of products’ reliability design, it is essential to build appropriate models of describing the degradation arrow of time. The current modeling approaches mainly include the model-driven (having assumed forms based on cognitive experience of mankind) and data-driven (using data learning techniques without form hypothesis) approaches. In this paper, we just investigate and review the model-driven degradation approaches, hoping to provide suggestions of the model construction or selection for scholars or engineers. First, for the single mechanism, degradation law models and stochastic process models are classified as separately depicting the tendency and fluctuation of degradation. For the degradation law model, we propose the concept of meta-models as original types for various personal models. For the stochastic process model, two main types including the non-monotonic and monotonical types are presented. Then, four multi-mechanism degradation types are discussed, that are competitive degradation, multi-stage degradation, coexistence of degradation and impact, and coexistence of degradation and failure. Besides, for the multi-performance degradation, independent and coupling models are introduced. The forms, connotations, applicability and insufficiency of these models are described with a series of examples from the literature and our own experiences. The final explicit suggestions about the potential future work are provided for the development of new degradation models.     

一种双时间尺度函数Wiener过程性能退化模型

为通过性能退化数据评估产品的可靠性,基于广义Wiener过程提出了一种双时间尺度函数模型以描述产品退化过程。采用极大似然估计(MLE)法求解模型参数,推导了其寿命分布(FTD),进而进行可靠度分析和寿命评估。对模型进行了Monte Carlo模拟验证和实例应用,并将目前常用的混合效应Wiener过程模型作为参考方法进行了对比分析。结果表明:根据90%可靠度曲线的定义,该方法较参考方法的结果更为合理、准确。进一步的寿命评估结果表明,该方法与参考方法的平均寿命相差232.9h,90%可靠寿命结果相差109.4h,且参考方法计算结果偏于危险。      

A novel imprecise stochastic process model for time-variant or dynamic uncertainty quantification

This paper proposes a novel model named as “imprecise stochastic process model” to handle the dynamic uncertainty with insufficient sample information in real-world problems. In the imprecise stochastic process model, the imprecise probabilistic model rather than a precise probability distribution function is employed to characterize the uncertainty at each time point for a time-variant parameter, which provides an effective tool for problems with limited experimental samples. The linear correlation between variables at different time points for imprecise stochastic processes is described by defining the auto-correlation coefficient function and the cross-correlation coefficient function. For the convenience of analysis, this paper gives the definition of the P-box-based imprecise stochastic process and categorizes it into two classes: parameterized and non-parameterized P-box-based imprecise stochastic processes. Besides, a time-variant reliability analysis approach is developed based on the P-box-based imprecise stochastic process model, through which the interval of dynamic reliability for a structure under uncertain dynamic excitations or time-variant factors can be obtained. Finally, the effectiveness of the proposed method is verified by investigating three numerical examples.     

考虑两种失效竞争的多状态冷贮备系统可靠性模型

针对装备系统中多状态工作部件存在退化失效与突发失效竞争的情况，以冷贮备系统为研究对象，假设系统内3个维修台可分别提供预防性维修与两种不同类型的修复性维修，采用随机检测策略，系统性能水平在一定范围内退化时进行预防性维修，部件完全退化失效时进行退化失效修复性维修，而突发失效时进行突发失效修复性维修；利用PH （Phase-type）分布描述模型中各类随机时间变量，外部冲击的到达则采用PH更新过程描述，建立了考虑退化失效与突发失效的多状态冷贮备系统可靠性模型。最后通过算例验证了模型的适用性，演示了预防性维修阈值以及三类维修速率对系统可靠性的影响。     

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。