基于退化数据的产品可靠性建模与剩余寿命预测方法研究

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1、分类号学号D201077530学校代码10487密级博士学位论文基于退化数据的产品可靠性建模与剩余寿命预测方法研究学位申请人：潘东辉学科专业：控制科学与工程指导教师：李红教授答辩日期：2014年5月19日万方数据AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinEngineeringResearchonMethodsforReliabilityModelingandRemainingUsefulLifePredictionUsingDegrad

2、ationDataPh.D.Candidate:PanDonghuiMajor:ControlScienceandEngineeringSupervisor:Prof.LiHongHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay,2014万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已标明引用的内容外，本论文不包含任何其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全

3、意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密。√（请在以上方框内打“”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日万方数据华中科技大学博士学位论文摘要高可靠长寿命产品广泛存在于航空航天、电子

4、工业、军事等可靠性和安全性要求较高的领域，由于其成本高、批量小以及失效机理复杂等特点，如何评估这类产品的可靠性和剩余寿命成为一个亟待解决的难题。随着传感器和信息技术的发展，对于具有退化型失效的高可靠长寿命产品，可以通过监测其性能退化过程中的关键特征参数获得退化数据，进而利用退化数据来实现产品的可靠性建模和剩余寿命预测的目的。退化数据不仅能够提供丰富的寿命信息，弥补了高可靠长寿命产品可靠性信息量不足的问题，而且其变化往往能够反映动态环境对产品的影响。因此，开展基于退化数据的可靠性建模和剩余寿命预测技术研究具有十分重要的理论意义和实际应用价值。本文主要采用随机过程与稀

5、疏贝叶斯学习理论展开研究，主要研究内容如下：(1)提出了一种基于期望最大化算法和Wiener过程的退化建模及寿命估计方法。该方法通过将Wiener过程中的漂移参数视为服从正态分布的随机变量来刻画一批产品个体之间的异质性，进而在首达时意义下给出了随机效应约束下对应的可靠度函数的表达式，然后采用期望最大化算法有效地解决了隐变量情况下的最大似然估计问题，最后通过数值仿真和在卫星用动量轮上的应用研究验证了所提出方法的有效性。(2)针对具有线性单调退化过程的产品，提出了一种基于逆高斯过程的退化建模和剩余寿命预测方法。考虑到实时监测的退化数据不断变化的特点，设计了一种有效的基

6、于Bayesian更新与期望最大化算法的参数估计方法，其中采用Bayesian方法来更新随机参数，进而利用期望最大化算法来估计模型中的非随机参数。该方法能够利用实时监测的退化数据通过不断更新来追踪产品的最新状态，并且可以获得剩余寿命分布函数的表达式，最后数值仿真和实例研究表明了该方法能够有效地对单个产品的退化过程进行建模，获得了较精确的剩余寿命估计结果。(3)针对具有非线性退化过程的产品，从时间序列分析的角度提出了一种基于均熵和稀疏贝叶斯学习的剩余寿命预测方法。该方法首先利用小波阈值降噪的方法对监测的退化数据进行预处理，从而降低了噪声对预测结果的影响，其次为了实现

7、正确的时间序列重构的目的，采用基于均熵的方法来确定最优的嵌入维，然后利用相关向量I万方数据华中科技大学博士学位论文机预测未来的退化数据，通过结合失效阈值获得了剩余寿命的概率分布函数，有效地量化了剩余寿命预测的不确定性。最后通过在锂离子电池上的应用研究说明了所提出方法的有效性，取得了较精确的剩余寿命预测结果。关键词：退化数据，剩余寿命，可靠性建模，Wiener过程，逆高斯过程，稀疏贝叶斯学习，相关向量机II万方数据华中科技大学博士学位论文AbstractThehigh-reliabilityandlong-lifetimeproductshavebeenwidely

8、exist