隨著高新技術的不斷發(fā)展和新材料、新工藝的不斷應用,產品(或系統(tǒng))的高集成化、高智能化以及復雜性日益增強,傳統(tǒng)的基于失效數(shù)據的可靠性評估方法在工程實踐中面臨著小子樣、長壽命、無失效和復雜相關性等一系列新的現(xiàn)實難題�；谛阅芡嘶目煽啃越Ｅc評估技術作為高可靠性和長壽命產品可靠性設計、試驗與評估的關鍵技術,是當前可靠性工程領域的研究重點和熱點。與失效數(shù)據相比,性能退化數(shù)據可在產品任務階段實時測量獲取,其更加接近產品失效機理,蘊含著物理量與性能、壽命之間的對應關系,為可靠性評估工作提供了豐富的信息源。本文針對工程實踐中的具體問題,聚焦動態(tài)閾值系統(tǒng)、單階段可校正系統(tǒng)和多階段可校正系統(tǒng),采用隨機過程的基礎理論和方法開展了系統(tǒng)退化過程建模研究,提出了基于性能退化的可靠性評估方法。本論文的研究工作主要有以下幾個方面:第一,構建了線性閾值、區(qū)域閾值和隨機閾值三種動態(tài)閾值情形下基于Wiener擴散過程的系統(tǒng)退化模型,提出了相應的可靠性評估方法和相關指標的求解方法。其中,線性閾值情形下給出并證明了直線型和曲線型閾值可靠性求解的重要引理;區(qū)域閾值情形下針對圓形、矩形、橢圓和多維立體等特殊失效區(qū)域,提出了基于蒙特卡羅模擬的可靠性評估方法和步驟;隨機閾值情形下,根據漂移參數(shù)?和失效閾值D的不確定性,基于蒙特卡羅模擬給出了兩種可靠性求解方法。第二,構建了基于Wiener擴散過程的單階段可校正系統(tǒng)退化過程模型,提出了系統(tǒng)可靠性評估方法。依據經典的Kijima模型建立了兩種退化模型,并證明了模型之間的轉化關系;構建光滑函數(shù)解決了系統(tǒng)校正行為導致的漂移函數(shù)不連續(xù)性問題,給出了基于FPT(First Passage Time,首次到達時)分布求解系統(tǒng)可靠性的新方法和基于偏微分方程的傳統(tǒng)求解方法;建立了間接觀測信號與系統(tǒng)直接狀態(tài)之間的函數(shù)關系,解決了間接觀測數(shù)據下可校正系統(tǒng)退化可靠性建模與評估難題。第三,構建了確定型閾值和隨機型閾值兩種情形下多階段可校正系統(tǒng)退化數(shù)據模型和過程模型,提出了基于貝葉斯的多階段可校正系統(tǒng)可靠性評估方法。基于性能退化數(shù)據,采用MLE(Maximum Likelihood Estimation,極大似然估計)和貝葉斯方法求解系統(tǒng)運行各階段模型參數(shù)的估計值和后驗分布,證明了共軛先驗分布、模型參數(shù)方差單調遞減等定理;針對隨機型失效閾值,提出了基于蒙特卡羅模擬的多階段可校正系統(tǒng)可靠性評估方法,并通過比較兩種情形下的可靠性評估結果驗證了隨機性對系統(tǒng)退化可靠性的影響規(guī)律。第四,開展了基于OAT(One at A Time,一次一個)和基于概率密度分布的系統(tǒng)退化可靠性評估敏感性分析研究。以單階段可校正系統(tǒng)退化模型為例,采用OAT方法分別對校正度、漂移參數(shù)、初始退化量和擴散系數(shù)的可靠性評估敏感性進行了分析;分別以均勻分布和貝塔分布為例,分析了初始退化量服從不同概率密度分布情形下的可靠性評估敏感性。第五,開展了工程應用案例研究。以某型水面艦艇平臺式慣性導航系統(tǒng)為例,應用多階段可校正系統(tǒng)可靠性建模與評估方法,建立了系統(tǒng)退化過程模型,并對特性形成階段、交付階段和服役階段平臺式慣性導航系統(tǒng)的可靠性進行了評估,有效驗證了模型方法的正確性和實用性。本研究具有重要的理論和實踐意義,相關結論可用于解決動態(tài)閾值系統(tǒng)、單階段可校正系統(tǒng)和多階段可校正系統(tǒng)等工程實際中相關復雜系統(tǒng)的可靠性評估難題,完善了系統(tǒng)退化過程模型體系,豐富了基于性能退化的可靠性評估理論方法體系,具有較強的工程應用價值和廣闊的推廣前景。
【學位單位】：北京理工大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2016
【中圖分類】：F224
【文章目錄】：
摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景、目的與意義
    1.2 研究內容與論文結構
    1.3 主要創(chuàng)新點
第2章 國內外研究現(xiàn)狀及理論基礎
    2.1 系統(tǒng)退化建模與可靠性評估研究現(xiàn)狀
        2.1.1 系統(tǒng)退化過程模型研究現(xiàn)狀
        2.1.2 其它相關問題研究現(xiàn)狀
    2.2 基于性能退化的可靠性評估理論基礎
        2.2.1 基于退化的可靠性評估基本過程
        2.2.2 失效機理與模式分析
        2.2.3 退化數(shù)據分析處理
        2.2.4 失效閾值確定
        2.2.5 壽命分布建模與計算
    2.3 相關概念與理論基礎
        2.3.1 退化建模中常用的隨機過程
        2.3.2 維修度與Kijima模型
        2.3.3 常用分布、定理及基本概念
第3章 動態(tài)閾值系統(tǒng)退化可靠性建模與評估方法
    3.1 引言
    3.2 線性閾值情形下系統(tǒng)退化可靠性建模與評估方法
        3.2.1 系統(tǒng)退化建模
        3.2.2 系統(tǒng)可靠性評估方法
        3.2.3 數(shù)值算例
    3.3 區(qū)域閾值情形下系統(tǒng)退化可靠性建模與評估方法
        3.3.1 系統(tǒng)退化建模
        3.3.2 系統(tǒng)可靠性評估方法
        3.3.3 數(shù)值算例
    3.4 隨機閾值情形下系統(tǒng)退化可靠性建模與評估方法
        3.4.1 系統(tǒng)退化建模
        3.4.2 系統(tǒng)可靠性評估方法
        3.4.3 數(shù)值算例
    3.5 本章小結
第4章 單階段可校正系統(tǒng)退化可靠性建模與評估方法
    4.1 引言
    4.2 單階段可校正系統(tǒng)退化過程建模
        4.2.1 系統(tǒng)建模與模型假設
        4.2.2 兩個模型的相關結論
    4.3 單階段可校正系統(tǒng)退化可靠性評估方法
        4.3.1 系統(tǒng)可靠度求解方法
        4.3.2 其它相關指標的求解方法
    4.4 退化模型與可靠性評估方法的擴展應用
    4.5 數(shù)值算例
    4.6 本章小結
第5章 多階段可校正系統(tǒng)退化可靠性建模與評估方法
    5.1 引言
    5.2 確定型閾值情形下多階段可校正系統(tǒng)退化可靠性建模
        5.2.1 模型假設
        5.2.2 退化路徑和數(shù)據模型
        5.2.3 多階段可校正系統(tǒng)退化可靠性模型
    5.3 模型參數(shù)估計
        5.3.1 參數(shù)?的估計及后驗分布
        5.3.2 參數(shù)?的方差及相關結論
        5.3.3 參數(shù)?的估計及后驗分布
    5.4 確定型閾值情形下多階段可校正系統(tǒng)退化可靠性評估方法
    5.5 隨機型閾值情形下多階段可校正系統(tǒng)退化可靠性評估方法
    5.6 數(shù)值算例
        5.6.1 確定型閾值情形下可靠性評估算例
        5.6.2 隨機型閾值情形下可靠性評估算例
    5.7 本章小結
第6章 系統(tǒng)退化可靠性評估的敏感性分析
    6.1 引言
    6.2 基于OAT的退化可靠性評估敏感性分析
        6.2.1 校正度?的敏感性分析
        6.2.2 漂移參數(shù)c的敏感性分析
        6.2.3 初始退化量x的敏感性分析
        6.2.4 擴散系數(shù)?的敏感性分析
    6.3 基于概率密度分布的退化可靠性評估敏感性分析
        6.3.1 均勻分布下初始退化量的敏感性分析
        6.3.2 貝塔分布下初始退化量的敏感性分析
    6.4 本章小結
第7章 工程應用案例
    7.1 引言
    7.2 平臺式慣性導航系統(tǒng)概述
        7.2.1 系統(tǒng)組成及工作原理
        7.2.2 系統(tǒng)失效機理及性能指標
        7.2.3 系統(tǒng)工作模式
    7.3 系統(tǒng)退化可靠性建模
        7.3.1 系統(tǒng)退化過程模型
        7.3.2 系統(tǒng)可靠性評估模型
    7.4 系統(tǒng)可靠性評估
    7.5 本章小結
結論與展望
參考文獻
攻讀學位期間發(fā)表論文與研究成果清單
致謝
作者簡介

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本文編號：2851405