退化型產(chǎn)品的剩余壽命預(yù)測(cè)與健康管理方法研究.pdf

1、隨著我國(guó)航空航天、高速軌道交通、海洋裝備、重型機(jī)床等行業(yè)復(fù)雜裝備的發(fā)展，其中退化型產(chǎn)品的可靠性關(guān)乎我國(guó)國(guó)防力量、社會(huì)民生等各個(gè)方面，這就需要對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的可靠性研究。在產(chǎn)品全壽命周期內(nèi)，亟需監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)故障并提供相關(guān)維修資源等以保障產(chǎn)品健康狀態(tài)。因此，本文將重點(diǎn)研究退化型產(chǎn)品的剩余壽命預(yù)測(cè)與健康管理方法。產(chǎn)品呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)失效過程、維修資源準(zhǔn)備和調(diào)度周期長(zhǎng)、維修費(fèi)用高昂和失效聚集等特征。本文首先研究基于退化與沖擊過程的剩余壽命

2、預(yù)測(cè)方法，其次提出基于疲勞裂紋擴(kuò)展有限元模型和改進(jìn)粒子濾波的剩余壽命預(yù)測(cè)方法，再根據(jù)預(yù)測(cè)的結(jié)果構(gòu)建基于調(diào)度閾值與維修閾值的在線維修決策框架，并提出基于近極值理論的失效聚集性評(píng)估方法。
　　本文主要研究?jī)?nèi)容如下：
　?。?）針對(duì)受到退化與沖擊過程的系統(tǒng)提出一種預(yù)測(cè)剩余壽命的方法。將退化過程與沖擊過程描述為“元素過程”，沖擊損害是一種由于沖擊過程作用造成的，作用于軟失效過程中的損傷。退化損害是一種由于退化過程作用造成的，作用于硬

3、失效過程中的損傷。損害在本文將特殊用于代表一個(gè)元素過程對(duì)另一個(gè)復(fù)合過程的影響。軟失效過程包括退化過程與沖擊損害，硬失效過程包括沖擊過程與退化損害。軟失效過程與硬失效過程屬于復(fù)合過程，競(jìng)爭(zhēng)系統(tǒng)失效。構(gòu)建基于退化與沖擊模型的剩余壽命預(yù)測(cè)框架，使用粒子濾波在考慮和不考慮測(cè)量噪音兩種情況下，進(jìn)行系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)，預(yù)測(cè)在線剩余使用壽命。
　?。?）機(jī)械結(jié)構(gòu)的疲勞裂紋擴(kuò)展是退化型產(chǎn)品的一種重要失效形式。通過結(jié)合高性能疲勞力學(xué)與濾波算法，研究機(jī)械結(jié)

4、構(gòu)裂紋擴(kuò)展相關(guān)的故障診斷與預(yù)測(cè)方法。通過使用有限元替換算法計(jì)算應(yīng)力強(qiáng)度因子，同時(shí)使用移動(dòng)最小二乘法計(jì)算疲勞裂紋擴(kuò)展速率，完成對(duì)疲勞裂紋擴(kuò)展實(shí)施快捷和精確地確定性分析。擴(kuò)展卡爾曼濾波和粒子濾波均用于估計(jì)裂紋長(zhǎng)度。依據(jù)估計(jì)的裂紋長(zhǎng)度，預(yù)測(cè)基于疲勞裂紋擴(kuò)展的剩余使用壽命，并改進(jìn)粒子濾波以達(dá)到顯著減輕計(jì)算量的目的。
　?。?）考慮維修資源準(zhǔn)備的提前期，建立基于預(yù)測(cè)的最優(yōu)維修策略。引入一個(gè)調(diào)度閾值表示開始準(zhǔn)備各項(xiàng)維修資源。調(diào)度閾值、維修閾值

5、和失效閾值三者構(gòu)成一個(gè)基于三閾值的維修管理框架。使用該框架，供貨商可在系統(tǒng)狀態(tài)到達(dá)調(diào)度閾值時(shí)，開始準(zhǔn)備維修資源；在系統(tǒng)狀態(tài)到達(dá)維修閾值時(shí)，執(zhí)行維修。期望總維修費(fèi)用率為最優(yōu)維修策略優(yōu)化目標(biāo)，其中維修費(fèi)用依據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)確定，并考慮了供貨商與客戶等待時(shí)間費(fèi)用。最后在預(yù)測(cè)與健康管理框架下動(dòng)態(tài)更新最優(yōu)維修策略。
　　（4）在用戶使用一批次產(chǎn)品時(shí)，如果產(chǎn)品的失效時(shí)間聚集，其危害性遠(yuǎn)大于單一產(chǎn)品失效。如果致力于研發(fā)可靠和安全的產(chǎn)品，亟需避免在短時(shí)