基于退化的可靠性技术 模型、方法及应用

第1章 绪论 1

1.1 评价可靠性——基于退化还是基于失效 1

1.1.1 基于失效的可靠性建模方法 1

1.1.2 基于退化的可靠性建模方法 4

1.1.3 基于退化的可靠性技术回顾 6

1.2 基于退化的可靠性建模与分析过程 8

1.2.1 失效机理分析 9

1.2.2 退化量确定 11

1.2.3 退化试验设计与分析 12

1.2.4 退化数据收集与处理 14

1.2.5 退化过程模型确定 16

1.2.6 退化过程模型辨识 19

1.2.7 失效阈值确定 21

1.2.8 失效概率计算 22

1.2.9 寿命分布计算 24

参考文献 27

第2章 退化轨道模型 29

2.1 退化轨道模型确定 30

2.1.1 确定退化轨道模型类型 30

2.1.2 确定退化轨道模型参数类型 33

2.2 退化轨道建模的两阶段法 35

2.2.1 两阶段法的描述 35

2.2.2 某产品退化失效规律研究 36

2.2.3 不同经验性方法的比较 40

2.3 线性效应退化轨道模型 44

2.3.1 截面似然估计 45

2.3.2 似然函数求解的分解算法 49

2.3.3 限制似然估计 52

2.3.4 优化算法实现问题 53

2.3.5 个体寿命预测问题 54

2.4 核电厂碳合金管道退化建模 55

2.4.1 简单线性回归模型 56

2.4.2 线性效应退化轨道模型 58

参考文献 60

第3章 Wiener退化过程模型 63

3.1 Wiener退化过程定义 63

3.1.1 标准Wiener过程 63

3.1.2 带漂移的一元Wiener过程 66

3.1.3 多元Wiener过程 69

3.2 基于Wiener退化过程的寿命分布建模 70

3.2.1 一元线性Wiener过程 70

3.2.2 含随机效应情形 73

3.2.3 一元非线性Wiener过程 74

3.2.4 二元线性Wiener过程 77

3.3 一元Wiener退化过程参数估计 78

3.3.1 简单情形 78

3.3.2 多应力和动态环境情形 80

3.3.3 含随机效应情形 82

3.3.4 有测量误差情形 83

3.3.5 非线性退化情形 86

3.4 二元Wiener退化过程参数估计 88

3.4.1 平衡测量情形 88

3.4.2 固定间隔非平衡测量情形 90

3.4.3 一般非平衡测量方案 93

3.4.4 一般二元退化过程的考虑 100

3.5 案例分析 100

3.5.1 锂离子电池退化过程建模 100

3.5.2 动量轮润滑剂消耗过程建模 104

3.5.3 INS漂移的非线性退化过程建模 108

参考文献 111

第4章 Gamma退化过程模型 115

4.1 Gamma退化过程及其寿命分布 115

4.1.1 平稳Gamma过程 115

4.1.2 不平稳Gamma过程 122

4.1.3 混合尺度Gamma过程 123

4.1.4 多元Gamma过程 126

4.2 Gamma退化过程参数估计 127

4.2.1 平稳Gamma过程参数估计 127

4.2.2 含协变量影响及随机效应情形 131

4.2.3 有测量误差情形 134

4.2.4 二元Gamma过程参数估计 137

4.3 案例分析 141

4.3.1 CANDU堆进料管流动加速腐蚀建模 141

4.3.2 核反应堆压力管蠕变变形建模 152

4.3.3 裂纹生长数据的随机效应模型 154

参考文献 157

第5章 累积损伤退化模型 161

5.1 冲击过程模型 162

5.1.1 冲击过程的一般模型 162

5.1.2 Poisson过程模型 164

5.1.3 冲击模型的应用 165

5.2 累积损伤过程模型 166

5.2.1 标准累积损伤模型 166

5.2.2 改进的累积损伤模型 169

5.3 齐次复合Poisson过程 172

5.3.1 模型定义 172

5.3.2 参数估计 175

5.4 非齐次复合Poisson过程 178

5.4.1 模型定义 178

5.4.2 参数估计 179

5.4.3 仿真案例 181

5.5 随机效应模型 187

5.5.1 模型描述 187

5.5.2 参数估计 194

5.6 二元复合Poisson过程 201

5.6.1 二元复合Poisson过程 201

5.6.2 参数估计 204

5.6.3 案例分析 209

参考文献 215

第6章 退化过程建模的其他问题 218

6.1 复合（叠合）退化过程模型 218

6.1.1 泊松冲击下的线性退化模型 218

6.1.2 基于Lévy过程的退化过程建模 220

6.2 多阶段退化过程模型 224

6.2.1 两阶段退化过程的似然函数 226

6.2.2 极大似然估计的EM算法 227

6.2.3 协方差矩阵估计 229

6.2.4 典型两阶段退化过程模型 230

6.3 突发与退化竞争模型 235

6.3.1 Wiener退化过程与Weibull突发失效竞争模型 236

6.3.2 退化-阈值-冲击模型 242

6.4 寿命与退化数据联合估计方法 251

6.4.1 基于寿命与退化数据联合估计的Wiener退化过程建模 252

6.4.2 基于寿命与退化数据联合估计的Gamma退化过程建模 254

6.4.3 联合估计方法在Wiener退化型产品寿命预测中的应用 260

6.5 基于标记的建模方法 265

6.5.1 标记数据与寿命数据的联合建模 265

6.5.2 模型参数估计 268

6.5.3 多元标记数据的情形 269

6.5.4 仿真示例 271

参考文献 274

第7章 基于退化的可靠性验证方法 279

7.1 基于退化量分布的可靠性验证方法 279

7.1.1 退化量分布模型 279

7.1.2 可靠性验证方案 280

7.2 一元Wiener退化产品寿命验证方法 284

7.2.1 似然比检验 285

7.2.2 序贯概率比检验 290

7.2.3 序贯Bayes决策方法 292

7.3 基于标记的寿命验证方法 295

7.3.1 似然比检验 295

7.3.2 序贯Bayes决策方法 299

7.3.3 关于二元退化过程的讨论 300

参考文献 300

第8章 基于退化的可靠性试验方案设计 302

8.1 概述 302

8.1.1 加速退化试验 302

8.1.2 退化试验方案设计 305

8.2 加速退化试验方案设计 308

8.2.1 费用分析 310

8.2.2 应力规划和试验单元分配 310

8.2.3 测量方案设计 314

8.2.4 基于仿真的方案评价与优化 315

8.2.5 仿真示例 316

8.3 多元退化试验测量方案设计 318

8.3.1 基于标记的可靠性评估试验方案设计 319

8.3.2 基于标记的可靠性验证试验方案设计 325

8.4 基于退化的老炼试验设计 331

8.4.1 最优截止点 332

8.4.2 最优老炼时间 334

8.4.3 案例分析 335

参考文献 337

附录 341

附录1 极大似然估计 341

附录2 贝叶斯估计 343

附录3 自助法 345

附录4 连接函数 348