基于二元相关的器件级可靠性建模与剩余寿命预测研究

器件作为部件及设备的主要组成部分,其可靠性及健康状态对设备功能完好性及任务可靠性具有重大影响。本文针对复杂应力条件下单一性能退化的可靠性建模不能全面地评估器件的状态和退化,提出基于Copula函数的二元性能退化联合建模的流程和方法,将联合建模分解为边缘退化模型选择与确定和性能参数之间关联性的构建两部分。同时,基于卡尔曼滤波方法,提出二元性能退化的剩余寿命预测方法,并利用芯片试验数据进行验证,应用于基于两焊点退化的芯片可靠性建模和剩余寿命预测。

基于混杂系统的航空发动机性能退化行为建模及分析

航空发动机起飞时的排气温度裕度(EGTM)除受本身部件特性的影响外,发动机水洗、鸟击以及维修等离散事件也均能引起其突变。首先建立了发动机部件特性模型,分析了部件性能退化对EGTM的影响;然后引入支持向量回归机方法,预测了水洗事件对EGTM的影响;最后基于混杂系统模型,综合考虑了部件特性和水洗事件对EGTM的影响。通过仿真建模分析得出:与仅考虑部件性能退化相比,考虑水洗事件的发动机性能退化过程,预计可延长发动机在翼时间约1000飞行循环。基于此,可以为发动机下发决策提供参考依据。

基于加速退化试验的漏电信号调理电路性能退化及可靠性研究

在电子电路服役过程中,元器件退化会引起电路输出特性变化,降低电子电路的可靠性。漏电信号调理电路作为一种电子电路,其可靠性直接决定了漏电断路器的可靠性。以漏电信号调理电路为研究对象,首先基于灵敏度分析方法确定影响电路性能退化的关键元器件,并对漏电信号调理电路进行了以温度为加速应力、动作电流值为退化特征量的恒定应力加速退化试验;其次根据不同温度应力下的试验数据建立基于Wiener过程的漏电信号调理电路性能退化模型,并利用极大似然估计法求取退化模型的未知参数,进而得出寿命预测的概率密度函数和可靠度函数;最后利用阿伦尼斯(Arrhenius)方程外推出正常应力下漏电信号调理电路的预测寿命。相关结论可为不同电子电路的寿命预测及可靠度分析提供支撑。

船用柴油机均值模型建模及仿真研究

柴油机模型的研究是探究柴油机性能、实现虚拟仿真的基础,可缩短仿真计算时间、有效节约柴油机开发成本。本文以RK270柴油机为研究对象,使用GT-POWER软件建立稳态性能仿真模型,在此基础上,采用仿真精度高、计算速度快的平均值法,以C++语言建立柴油机平均值模型,并归纳通用的平均值模型建模标定校核流程;提出二元响应拟合的方法,解决了涡轮增压器特性参数处理困难的问题,并借助数学工具,获得了压气机主要工作区域内拟合精度较高的模型。完成模型开发后,分析了8组工况下的仿真结果,通过误差分析,验证了模型的准确性,丰富完善了柴油机建模理论和方法,可应用于实时控制模型的动态仿真或者实现与船舶动力系统的交互。

机电装备性能退化建模与健康状态评估方法

机电装备具有结构复杂、样本量少、工况多变的特点,对其进行预防性维修十分困难,因此研究其性能退化规律以及健康状态评估对预防性维修具有重要意义。以机电装备为研究对象,利用维纳过程研究性能退化建模与健康状态评估方法。建立了描述单性能退化的维纳过程模型,并给出融合多性能退化的维纳过程模型,得到了多性能退化轨迹,实现了多性能状况下的性能退化预测。利用逼近理想解法和马氏距离,根据相对贴近度划分出装备健康状态空间,并将性能退化轨迹转换到健康状态空间中,实现了对装备健康状态的评估。在数控机床进给系统试验平台上进行实验,验证了融合多性能退化的维纳过程模型和健康状态评估方法的正确性和有效性。

基于竞争失效的数控系统PCB性能退化可靠性建模技术

为全面、客观、准确地评估数控系统PCB在外部环境应力和内部线路结构作用下的可靠性水平,验证其是否满足数控系统可靠性设计的要求及其在实际工作环境中能否支持系统可靠的工作,以数控系统PCB为研究对象,从可靠性分析与评估中的核心和关键问题出发,在综述PCB失效机理和退化失效分析的基础上,提出了一种基于多失效机理竞争的数控系统PCB可靠性统计模型的构建思路,结合不同失效机理下的数控系统PCB可靠性分析模型,分析失效机理间的相关性,并通过试验数据量化各失效机理在竞争失效模型中的权重,最终建立数控系统PCB竞争失效可靠性模型,为准确地分析和预测数控系统PCB的可靠性提供了方法和途径。

基于核函数-Wiener过程的轧辊非线性退化建模与剩余寿命预测

在轧钢生产过程中,由于磨损等原因,长时间复杂工况运行下的轧辊工作性能会呈现逐步衰退的特征.考虑轧辊工作环境具有工况复杂、随机干扰强等特点,提出基于核函数-Wiener过程(KWP)退化模型,使用Wiener过程刻画轧辊退化趋势的强随机性特征,引入核函数捕捉轧辊的非线性退化路径,推导贝叶斯框架下参数估计的解析表达式,并构造轧辊可工作转动量的健康指标,进一步预测轧辊剩余寿命(RUL).结合某钢铁公司1580热轧生产线现场数据,所构建模型拟合优度达到0.989,剩余寿命预测误差低于4.7%,相较常见机器学习算法取得了更好效果,有助于提高设备运转效率与安全性并实现视情维护.

基于Kalman滤波和Wiener过程的系统性能退化数据建模方法

目前寿命预测的建模过程中很少考虑漂移系数变化产生的影响,这并不合理且不符合实际情况,为解决这个问题,建立了基于Kalman滤波和Wiener过程的系统性能退化模型,在此基础上采用Kalman滤波和EM算法实现了模参数的估计和更新,最后通过某陀螺仪的寿命预测实例验证了方法的有效性。

机电联合建模在直驱伺服系统设计中的应用

为了缩短直驱伺服系统设计周期,并保证所设计的系统的性能满足设计指标要求,提出了一种直驱伺服系统机电联合建模方法。以典型的直驱伺服系统为例,叙述了该建模方法的实现过程。建立了直驱伺服系统的动力学理论模型和基于Recurdyn和Matlab的机电联合仿真模型,在不同条件下对机电联合仿真模型进行了时域和频域仿真分析,并对仿真结果与系统实际测试结果进行了对比。结果表明:系统开环时域与频域仿真结果与实验结果基本吻合,幅频匹配度大于83%,相频匹配度大于73%,时域匹配度大于89%。得到的结果验证了提出方法的有效性和正确性,表明利用该方法可在设计过程中对设计方案进行性能预测,提高设计效率。

利用T型性能退化试验的金属化膜电容器可靠性评估

金属化膜电容器具有长寿命、高可靠性等特点,因此传统的基于大样本寿命试验数据的统计推断方法在其寿命与可靠性评估中存在困难。为了更加有效地评估金属化膜电容器的寿命与可靠性,提出了一种T型性能退化试验设计方法,该方法将性能退化试验分为若干阶段,每个阶段中参与的电容器个数依次递减,直至极少量电容器完成较长时间的性能退化试验。然后,给出了基于T型性能退化试验数据的可靠性评估方法。最后,结合激光装置能源系统的可靠性评估工作给出了一个应用实例,得到了该型电容器的寿命以及进行10000次和20000次充放电试验后电容器可靠度的点估计与区间估计。结果表明所提出的试验方法在试验样品数、试验时间和试验费用之间较好地取得了一个平衡点,更加有效地评估了金属化膜电容器的寿命与可靠性。

涡轴发动机性能退化分析与诊断

利用燃气涡轮发动机数值仿真软件(GSP)建立涡轴发动机性能仿真模型,采用退化因子方法得出部件性能退化后发动机测量参数的变化,并以此分析部件性能退化对发动机性能的影响。针对发动机单个部件性能对整机性能的影响权值难以定量的问题,提出采用随机赋权值的极限学习机(ELM)算法诊断发动机部件性能退化。仿真结果表明,运用ELM算法进行涡轴发动机部件性能退化诊断的平均精度可达97.5%,速度也明显快于BP等传统神经网络。

基于非线性Wiener过程航空发动机性能退化预测

针对基于线性随机过程航空发动机性能退化预测精度不高的问题,提出了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的方法,可以预测航空发动机的性能退化。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,推导出性能退化的概率分布。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,从而达到对个体发动机性能退化的实时预测。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运行后期性能退化预测的准确性,提供更加可靠的预防性维修决策。

贮存剖面下电连接器接触性能退化统计建模研究

针对电连接器面向任务剖面时的贮存可靠性评估问题,分析了电连接器在贮存剖面下的贮存应力及相应的接触失效机理,并建立了在温度-插拔应力下的电连接器接触性能退化统计模型;建立了基于接触对表面接触斑点与氧化腐蚀物的随机相遇机制的计算机模拟模型,以计算机模拟结果与试验结果进行比较,验证了所建模型的有效性;为了进一步检验模型,设计了6组对比试验,并对样品接触件的表面进行微观分析,试验结果表明电连接器的性能退化数据服从正态分布且与模拟结果成线性相关关系,另外插拔力对接触件表面造成损伤并加速了退化过程;解决了电连接器在温度-插拔组合应力下的性能退化建模问题,为电连接器面向任务剖面的加速退化试验方案设计及可靠性评估等进一步的研究奠定了基础。

LED照明用驱动电源性能可靠性评估

针对LED(light emitting diode)驱动电源输出特性波动,以及退化过程的随机性问题,提出一种基于Wiener过程的性能可靠性评估方法。该方法以温度为加速应力,通过在40℃、60℃和80℃3个不同温度应力条件下进行加速退化试验,来测得输出电流随时间的退化量。之后,根据退化数据,建立基于Wiener过程的加速退化模型,并采用极大似然估计方法对模型参数进行估计。最后,根据输出电流退化失效首达时间,推导了失效分布函数和可靠度函数,实现了对LED驱动电源在不同温度下可靠性的评估。结果表明,该方法简单实用,可以满足快速可靠性评估的工程需求。

电冲击加速退化试验的雷达电路板故障趋势预测方法研究

以某型雷达18V20kHz信号板为研究对象,运用性能退化可靠性理论,对雷达电路板进行了可靠性分析;利用试验数据分析得到电冲击下雷达电路板性能退化规律;针对多性能退化参数故障顶测方法模型复杂求解困难的特点,将信号处理与性能退化理论相结合,提出了基于相像系数的多性能退化参数故障趋势预测方法;从信号特征提取角度出发,利用相像系数融合多个性能参数的退化特征解决了多性能参数特征提取的难点,然后利用Wiener过程描述相像系数的退化规律,进行建模,由于模型过于复杂,采用了MCMC方法进行参数估计;最后通过雷达电路板电冲击试验验证了该方法的有效性,同时也为多性能参数下雷达板级电路故障趋势预测提供了技术支撑。

基于退化数据的贮存设备最优检测策略

性能测试是保证设备可靠性的重要手段。早期的维护模型都是围绕定期检测展开研究,不能够很好地反映设备的实际工作情况,且数据来源大都为寿命数据,数据样本少,可信度不高。针对退化过程符合Wiener过程的设备,提出了工作前检测和定期检测相结合的维护决策模型。首先,基于Wiener过程进行退化建模,建立基于Wiener过程的退化模型,然后引入变点的概念,得到设备的寿命分布。最后,结合所提维护决策模型,确定对设备进行最优检测的间隔。

退化和冲击共同作用下电容器可靠性评估方法

针对一些产品受退化与随机冲击共同作用的特点,提出了一种Wiener退化过程与Poisson冲击联合建模的可靠性分析方法,利用马尔科夫蒙特卡洛仿真的方法对模型参数进行估计,并以金属化膜电容器为实例,对比分析验证了该模型的可行性,该模型可推广应用其他产品的试验分析,更加节省时间,费用更低。

基于退化轨迹的真空玻璃寿命预测

真空玻璃是近年来兴起的一种保温材料，它多被用于建筑物的门窗，相比较于普通玻璃、中空玻璃等，它具有更好的保温性能。真空玻璃的使用寿命是真空玻璃应用的一项重要指标，由于真空玻璃出现时间较短，现阶段并没有通过实际测量得到的寿命数据。本文利用真空玻璃性能退化数据来评定真空玻璃的寿命。通过实验检测得到真空玻璃退化数据，利用退化数据对真空玻璃保温性能随时间广义变化的过程进行建模，建模过程中采用幂律退化模型，得到真空玻璃保温性能退化轨迹．并取阈值，预测得到真空玻璃寿命。实验证明，该建模预测过程准确有效，能够得到真空玻璃寿命的一个预测值.

基于改进牛顿法的燃-燃联合动力装置建模方法研究

燃-燃联合动力装置(COGAG)以其功率密度大、机动性好等优势,在船舶动力领域展现了很好的发展前景。对燃-燃联合动力装置的部件进行了模块化建模,为提高模型的计算效率和收敛性,对传统的牛顿拉普森(Newton-Rapson)迭代法进行改进,建立了COGAG稳态模型。利用四阶龙格库塔法建立动态模型,在python仿真环境下对建模方法进行了仿真验证。仿真结果表明:提出的基于改进牛顿法的燃-燃联合动力装置的建模方法可以实现系统的稳态和动态运行过程,提高了模型稳态计算的收敛速度,为联合动力装置的响应特性研究和控制器的设计提供了模型基础。

基于退化数据与marker数据综合的产品可靠性建模分析

基于性能退化数据的可靠性建模分析方法,为现代工业中长寿命、高可靠产品的可靠性研究提供了重要途径,但在破坏性测量中无法获得足够的产品性能退化数据.对此,综合利用产品性能退化数据和marker数据对产品可靠性进行建模,不仅能够提高可靠性评估的精度,还可以在产品运行过程中通过对marker的测量来预测产品剩余寿命,从而为产品维修、更换以及备件决策提供依据.采用二元Wiener过程对产品的性能参数和marker进行建模,给出模型参数的估计方法和基于marker测量数据的剩余寿命预测方法,并通过仿真示例验证所提出方法的有效性.