[發明專利]一種產品故障行為耦合建模和可靠性評估方法

在審

• 申請號: 201610857496.3
• 申請日: 2016-09-27
• 公開（公告）號: CN106650204A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 許丹;邢夢莉;尉麒棟
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司11232
• 代理人: 王順榮,唐愛華

技術領域

本發明提出了一種產品故障行為耦合建模和可靠性評估方法，特別是涉及一種基于藤-卡普拉(Vine-Copula)和加速退化試驗的產品故障行為耦合建模和可靠性評估方法，屬于可靠性技術領域中的故障行為建模。

背景技術

航天、航空、核設備、電力網絡等重大裝備的安全服役對于國民經濟發展和國防建設都具有重要意義，但其運行條件復雜、環境惡劣，容易導致惡性事故發生，因此正確認識故障、評估和預測其可靠性對于保證設備安全運行、提高經濟效益有很大的意義。由于系統復雜度的提高以及對于故障認識的深入，針對可靠性理論的研究，已逐步從面向“故障時間”轉向面向“故障過程”。基于故障過程的研究一方面是從微觀的角度出發研究故障發生機理，即故障物理學。另一方面是從宏觀角度出發，研究故障的發生發展及在系統中的傳播，即故障的行為。該發明基于Vine-Copula和加速退化試驗的產品故障行為耦合建模和可靠性評估方法是一種對具有多元變量的產品故障行為建模及可靠性評估方法。通過對現有技術的查新，國內外還沒有基于Vine-Copula和加速退化試驗對產品進行故障行為耦合建模和可靠性評估方面的研究。

發明內容

針對高可靠長壽命復雜產品具有故障機理耦合的特點，在構建宏觀故障行為模型進行可靠性評估的方面，提出了一種基于Vine-Copula和加速退化試驗的具有多元變量產品故障行為建模及可靠性評估方法。該方法一方面可以清楚描述產品多元變量耦合關系，另一方面可以在可承受時間和成本內進行產品可靠性評估。

本發明在進行產品故障行為耦合建模和可靠度評估之前，需明確組成產品的系統的故障行為描述方法，選定描述系統故障行為的表征量。由于組成系統的部件之間的故障機理相互影響會表現在部件的狀態上，一種可用的方法是采用部件的狀態向量Z(t)為表征，描述系統的故障行為，構建故障行為耦合模型,從而估計系統的可靠度。其中，Z(t)＝(D(t)，X(t)，F(t))^T，D(t)是部件損傷狀態變量，X(t)是部件響應變量，F(t)是部件承受的應力變量。對于系統而說，各部件間或者部件內部存在的機理競爭或者耦合問題可以用每個部件的狀態向量中的損傷狀態變量表示其退化損傷狀況來構建產品故障行為耦合模型；而從實際角度，損傷狀態變量一般從產品的監測參數上來反應，因此本發明從加速退化試驗下各水平的性能參數試驗數據入手，進行建模與分析，具體實施流程見附圖1。

本發明是采用以下技術方案實現的，本發明一種產品故障行為耦合建模和可靠性評估方法，即一種基于Vine-Copula和加速退化試驗的產品故障行為耦合建模和可靠性評估方法，其步驟如下：

步驟一：退化軌跡建模

產品的退化軌跡模型可表示為退化量與時間及所受環境應力的函數；在進行退化軌跡建模時，需

1.分析退化數據特點，建立退化軌跡模型Δy_t＝f(t,S)，Δy_t表示t時刻的退化量，S表示所受環境應力水平大小；

2.建立似然函數f_i表示第i個退化量測試點的概率密度函數，μ，σ表示退化軌跡模型參數；

3.代入退化數據，利用Nelder-Mead單純形法對似然函數的極大值問題進行求解，得到各應力水平下各性能參數退化軌跡模型的參數估計；

步驟二：失效機理一致性檢驗

在加速退化試驗中，為保證試驗的有效性，不同加速應力水平下的同一性能參數應符合失效機理一致性檢驗。退化軌跡建模中模型參數與失效機理不變間存在的聯系依據退化軌跡建模方法的不同而存在差別，以服從漂移布朗運動的退化軌跡建模為例：

1.確定其加速機理一致性檢驗公式其中μ_i和σ_i分別為應力水平S_i下的退化軌跡模型的漂移系數與擴散系數；

2.構建假設檢驗統計量T從自由度為n+m-2的t分布；其中：X服從均值為μ₁方差為σ²的正態分布,Y服從均值為μ₂方差為σ²的正態分布,且X₁，X₂，…X_n是來自總體X的樣本，Y₁,Y₂,…Y_m是取自總體Y的樣本，n和m分別為樣本量大小；