[發明專利]一種基于抽樣的冷備系統剩余壽命預測方法

在審

• 申請號: 201811431119.9
• 申請日: 2018-11-28
• 公開（公告）號: CN109146341A
• 公開（公告）日: 2019-01-04
• 發明（設計）人: 賈祥;程志君;郭波
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q10/04;G06F17/18
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 邱軼

本發明公開一種基于抽樣的冷備系統剩余壽命預測方法，包括：冷備系統包括n個部件，各部件壽命服從概率密度函數，根據由抽樣算法生成一組樣本量為n的部件壽命樣本；根據遞歸函數計算n中取k冷備系統的壽命；將作為n中取k的冷備系統壽命的樣本；以與正常運行時間段的差值為剩余壽命樣本；若生成冷備系統剩余壽命的樣本量為N，則重復步驟1和2共N次，以生成n中取k冷備系統時刻后剩余壽命的N個樣本，獲得n中取k冷備系統時刻后剩余壽命的預測值。該方案解決了部件壽命的概率密度函數比較復雜時n中取k冷備系統剩余壽命的預測難題，計算過程簡便，運算效率很高，可為冷備系統的運行提供技術保障。

技術領域

本發明涉及可靠性評估技術領域，尤其是一種基于抽樣的冷備系統剩余壽命預測方法。

背景技術

可靠性是產品質量特性的體現，是在產品的研制和運行過程中必須要考慮的因素。壽命和剩余壽命是產品可靠性的重要指標，其中壽命代表產品從開始運行到出現故障的時間長度，而剩余壽命指的是產品正常運行一段時間后，從當前時刻到出現故障的時間長度。壽命和剩余壽命這兩個指標各有側重，其中壽命指標一般用在產品投入運行前衡量其可靠性水平，而剩余壽命指標則用于產品運行過程中考察產品的可靠性水平。

在可靠性領域，壽命和剩余壽命通常被視為隨機變量。根據數理統計理論，通常用概率密度函數來描述隨機變量的規律。記產品壽命的概率密度函數為，則在時刻后產品剩余壽命的概率密度函數為：

（1）

因此壽命和剩余壽命兩個指標之間有一定的相關性。

在可靠性工程實踐中常常要對產品的壽命和剩余壽命進行估計。根據數理統計理論，一般取壽命和剩余壽命的期望作為各自的點估計。如對于壽命，可根據壽命的概率密度函數，利用下式中的積分：

（2）

計算的期望并作為的點估計。對于剩余壽命，也可根據式（1）中剩余壽命的概率密度函數，利用上式（2）獲得剩余壽命的期望值。

可靠性工程中經常采用冗余技術來提高產品的可靠性，冷備是其中常見的一種方式。對于由個相同部件組成的中取冷備系統，任意時刻必須有個部件工作，整個冷備系統才能正常工作，而剩余的部件則作為備份。當個工作部件中有故障部件時，備份的部件立即頂替故障部件，直到有個部件全部故障后，冷備系統才會故障。

對于n中取k冷備系統，在可靠性工程中常常要求預測其剩余壽命。根據式（2），需要首先給出冷備系統剩余壽命的概率密度函數。當部件壽命所服從的概率密度函數的數學形式比較復雜時，如部件壽命服從威布爾分布，此時很難給出冷備系統壽命的概率密度函數，繼而也無法利用式（1）給出冷備系統剩余壽命的概率密度函數。由于n中取k冷備系統剩余壽命的概率密度函數未知，無法再根據式（2）預測冷備系統的剩余壽命。

針對這一問題，可嘗試生成n中取k冷備系統剩余壽命的樣本，記這些樣本為，取這些樣本的平均值，可得n中取k冷備系統剩余壽命的估計值，即

（3）