[发明专利]动态环境下考虑性能指标聚类的退化建模与寿命预测方法

说明书

本发明涉及一种动态环境下考虑性能指标聚类的退化建模与寿命预测方法，属于退化建模及寿命预测技术领域。首先收集试验数据，然后建立性能指标退化模型，并估计模型中的未知参数，最后进行寿命与可靠度预测。具体步骤为：步骤一：收集试验数据；步骤二：建立退化模型；步骤三：参数估计，并对模型进行实时更新；步骤四：寿命与可靠性预测。对于多性能指标产品各指标因受到公共潜在因素的影响而表现出“聚类”的现象，进行了数学建模，使得针对具有这种现象的产品的退化建模更加符合实际，且对指标间相关性的由来具有更好的解释性。

技术领域

本发明涉及一种动态环境下考虑性能指标聚类的退化建模与寿命预测方法，属于退化建 模及寿命预测技术领域。

背景技术

随着科技的发展，许多产品被设计得具有较高的可靠性和较长的寿命，导致进行寿命试 验并获取产品失效数据变得困难，因此传统的基于失效数据的可靠性建模及寿命预测方法变 得难以适应现实需求。传感器技术水平的提高及故障预测与健康管理技术的兴起，使得产品 的性能退化相关数据大量获取成为可能，而基于退化数据的产品退化建模及寿命预测技术也 因此受到了广泛关注和研究。

目前，大多数退化建模的方法仅针对产品具有一个性能指标的情况，而实际上有的产品 具有两个或多个关键的性能指标，考虑到这些性能指标间可能存在相关关系，现有的多性能 指标退化建模方法主要有以下三类：1)，用常用的多维分布函数来描述各指标退化量或退化 增量的联合分布2)，用Copula函数来连接各指标退化量或者退化增量的边缘分布函数，得 到联合分布函数3)，尝试建立一种能够直接描述各指标间关系的模型。

在介绍本发明前，我们先对多性能指标产品退化建模国内外的研究现状做一个综述：

a)常用多维分布函数法

该方法旨在用常用的多维分布来作为产品各性能指标的退化量或退化增量的联合分布。 其中用的最多的多维分布是多元正态分布函数，因为其联合分布形式容易获得，使得可靠度 表达式也容易求得。Wang et al.[Wang P,Coit DW.Reliability predictionbased on degradation modeling for systems with multiple degradation measures[C].Annual Symposium Reliability and Maintainability,2004–RAMS,Los Angeles,CA,USA,2004.]研究了由多个组件构成的系统的 退化建模问题，用时变多元正态分布描述不同时间点下，各指标退化量的联合分布，进而进 行可靠性评估。他们的研究结果表明，当多个性能指标间存在相关关系时，不正确的独立性 假设会低估系统的可靠性。Pan et al.[Pan J,Wang XY,Chen WH,Xu SW,Qian P,Liu HJ. Statistical Analysis onAccelerated Degradation Test Data Based on Multiple Performance Parameters[J].Advanced Materials Research 2012,430-432.]对加速退化试验数据进行建模分析时，采用多元正态分布来描述产品的各个性能指标退化量在不同观测时间点的联合分布。Jin 等[Jin G,Matthews D.Measurement plan optimization for degradation testdesign based on the bivariate Wiener process[C].Quality and ReliabilityEngineering International 2014；30: 1215-1231.]用二元维纳过程对具有两个性能指标的产品进行退化建模，他们假设两个性能指 标的独立增量服从二元正态分布。Pan等[Pan Z,Balakrishnan N.Reliability modeling of degradation of products withmultiple performance characteristics based on gamma processes[J]. ReliabilityEngineeringSystem Safety 2011；96(8):949-957.]利用二元伽马过程建模具有两 个指标的产品的退化，并用二元正态分布来近似各指标的独立增量和的分布。利用多维分布 来描述产品的性能指标退化过程存在以下局限性：(1)要求各性能指标满足同样的退化规律，即各指标单独的退化模型一致；(2)要求各指标的退化量或退化增量服从相同的分布。但实际上，很多情况下产品的多个性能指标并不一定遵循相同的退化规律，导致它们的退化量或 退化增量无法被同一种分布所描述，此时，很难用这种方法对所有性能指标的退化过程进行 描述，可以采用Copula函数来进行退化建模。