[发明专利]两阶段退化产品的剩余寿命预测方法

说明书

本发明公开了一种两阶段退化产品的剩余寿命预测方法，属于预测与健康管理中剩余寿命预测领域，本发明主要包括：退化过程建模、模型参数估计及剩余寿命预测；其中退化过程建模是利用非线性Wiener过程建立两阶段退化模型；模型参数估计包括：历史退化数据收集；基于单元极大似然估计方法的模型参数估计；随机参数分布的统计分析；剩余寿命预测包括：首达时间分布的获取；状态转移概率函数的推导；基于估计的参数对产品进行剩余寿命预测。本发明可以有效的预测两阶段退化产品的剩余寿命，有利于确保产品的运行可靠性，减少维修费用和避免安全事故。

技术领域

本发明属于预测与健康管理领域，涉及一种两阶段退化产品的剩余寿命预测方法。

背景技术

剩余寿命预测是预测与健康管理技术的核心内容，其是指当前时刻产品距离丧失规定功能所剩的有效时间间隔，是反映产品可靠性的重要指标，对于切实保障产品的运行安全性、可靠性与经济性具有重要的意义。

近十年来，剩余寿命预测得到广泛关注与深入研究。其中，由于Wiener过程可以描述非单调退化轨迹且具有良好的数学特性，而得到了长足的发展。但值得注意的是，大多数基于Wiener过程的寿命预测方法中，退化速率通常是固定的，并且不会随时间而变化。然而，在实际工程中，由外部操作条件和内部机制的变化，许多产品的退化轨迹通常存在显着的退化率变化，呈现出如图2所示的两阶段退化现象，如高性能电容器、LCD、液体耦合器件、发光二极管、电池和轴承等。对于这类两阶段退化产品，传统的寿命预测方法预测准确度不高。

为了提高预测准确度，许多研究学者对此提出了两阶段退化模型，但现有方法主要关注于变点是否随机或是否考虑个体差异性，而忽视了每个阶段的退化非线性和寿命的解析解的推导。现有退化模型每个阶段是线性Wiener过程，而根据图2可以看出，在实际中，由负载，内部状态，外部环境的变化，各阶段的退化过程呈现出非线性特征。因此，基于非线性Wiener过程来研究两阶段退化产品的剩余寿命预测方法更加合理。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种新的两阶段退化产品的剩余寿命预测方法，该方法弥补了现有技术的不足，能有效实现两阶段退化产品的剩余寿命预测。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种两阶段退化产品的剩余寿命预测方法，包括退化过程建模、模型参数估计及剩余寿命预测三部分内容，具体包括以下步骤：步骤一：退化过程建模，从退化变点处进行分段，利用非线性Wiener过程模型建立两阶段退化模型；步骤二：模型参数估计，通过收集历史退化数据，利用两阶段单元MLE方法进行模型未知参数估计；步骤三：剩余寿命预测，基于步骤一所得的两阶段退化模型，利用时空变换，可推导出首达时间分布的近似解析解；步骤四：以步骤三所得首达时间分布结果为基础，考虑各阶段的退化速率为随机变量，基于总概率定律，可得到考虑个体差异性的首达时间分布函数；步骤五：在变点未出现的情况下，根据Wiener过程特性，可推导出从初始退化状态转移到变点退化状态的转移概率密度函数，进而，基于总概率定律，得到考虑个体差异的状态转移密度函数；步骤六：以步骤四和步骤五所得结果为基础，基于总概率定律和高斯分布的性质，可推导出两阶段退化模型的首达时间概念下的寿命概率密度函数；通过将步骤二获得的模型参数估计值代入寿命概率密度函数，从而实现两阶段退化产品的寿命预测。

进一步，步骤一中，从变化点处进行分段，每个阶段利用非线性Wiener过程进行退化建模，所构建的两阶段退化模型为：

其中：X(t)表示产品的性能退化量，X(0)和X(τ)分别表示初始时刻和变点处的退化状态，和是各阶段的漂移函数，σ₁和σ₂是各阶段的扩散系数，B(t)是标准的布朗运动；