[發明專利]兩階段退化產品的剩余壽命預測方法

在審

• 申請號: 201911296295.0
• 申請日: 2019-12-16
• 公開（公告）號: CN111046564A
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 林景棟;陳敏;林正;王靜靜
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06Q10/04;G06F119/04
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司 11228
• 代理人: 武君

本發明公開了一種兩階段退化產品的剩余壽命預測方法，屬于預測與健康管理中剩余壽命預測領域，本發明主要包括：退化過程建模、模型參數估計及剩余壽命預測；其中退化過程建模是利用非線性Wiener過程建立兩階段退化模型；模型參數估計包括：歷史退化數據收集；基于單元極大似然估計方法的模型參數估計；隨機參數分布的統計分析；剩余壽命預測包括：首達時間分布的獲取；狀態轉移概率函數的推導；基于估計的參數對產品進行剩余壽命預測。本發明可以有效的預測兩階段退化產品的剩余壽命，有利于確保產品的運行可靠性，減少維修費用和避免安全事故。

技術領域

本發明屬于預測與健康管理領域，涉及一種兩階段退化產品的剩余壽命預測方法。

背景技術

剩余壽命預測是預測與健康管理技術的核心內容，其是指當前時刻產品距離喪失規定功能所剩的有效時間間隔，是反映產品可靠性的重要指標，對于切實保障產品的運行安全性、可靠性與經濟性具有重要的意義。

近十年來，剩余壽命預測得到廣泛關注與深入研究。其中，由于Wiener過程可以描述非單調退化軌跡且具有良好的數學特性，而得到了長足的發展。但值得注意的是，大多數基于Wiener過程的壽命預測方法中，退化速率通常是固定的，并且不會隨時間而變化。然而，在實際工程中，由外部操作條件和內部機制的變化，許多產品的退化軌跡通常存在顯著的退化率變化，呈現出如圖2所示的兩階段退化現象，如高性能電容器、LCD、液體耦合器件、發光二極管、電池和軸承等。對于這類兩階段退化產品，傳統的壽命預測方法預測準確度不高。

為了提高預測準確度，許多研究學者對此提出了兩階段退化模型，但現有方法主要關注于變點是否隨機或是否考慮個體差異性，而忽視了每個階段的退化非線性和壽命的解析解的推導。現有退化模型每個階段是線性Wiener過程，而根據圖2可以看出，在實際中，由負載，內部狀態，外部環境的變化，各階段的退化過程呈現出非線性特征。因此，基于非線性Wiener過程來研究兩階段退化產品的剩余壽命預測方法更加合理。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種新的兩階段退化產品的剩余壽命預測方法，該方法彌補了現有技術的不足，能有效實現兩階段退化產品的剩余壽命預測。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種兩階段退化產品的剩余壽命預測方法，包括退化過程建模、模型參數估計及剩余壽命預測三部分內容，具體包括以下步驟：步驟一：退化過程建模，從退化變點處進行分段，利用非線性Wiener過程模型建立兩階段退化模型；步驟二：模型參數估計，通過收集歷史退化數據，利用兩階段單元MLE方法進行模型未知參數估計；步驟三：剩余壽命預測，基于步驟一所得的兩階段退化模型，利用時空變換，可推導出首達時間分布的近似解析解；步驟四：以步驟三所得首達時間分布結果為基礎，考慮各階段的退化速率為隨機變量，基于總概率定律，可得到考慮個體差異性的首達時間分布函數；步驟五：在變點未出現的情況下，根據Wiener過程特性，可推導出從初始退化狀態轉移到變點退化狀態的轉移概率密度函數，進而，基于總概率定律，得到考慮個體差異的狀態轉移密度函數；步驟六：以步驟四和步驟五所得結果為基礎，基于總概率定律和高斯分布的性質，可推導出兩階段退化模型的首達時間概念下的壽命概率密度函數；通過將步驟二獲得的模型參數估計值代入壽命概率密度函數，從而實現兩階段退化產品的壽命預測。

進一步，步驟一中，從變化點處進行分段，每個階段利用非線性Wiener過程進行退化建模，所構建的兩階段退化模型為：

其中：X(t)表示產品的性能退化量，X(0)和X(τ)分別表示初始時刻和變點處的退化狀態，和是各階段的漂移函數，σ₁和σ₂是各階段的擴散系數，B(t)是標準的布朗運動；