基于復(fù)雜性能退化模型的產(chǎn)品壽命預(yù)測(cè)方法
定 價(jià)：80 元
- 作者：劉天宇
- 出版時(shí)間：2024/5/1
- ISBN：9787121478789
- 出 版 社：電子工業(yè)出版社
- 中圖法分類：F273.2
- 頁(yè)碼：212
- 紙張：
- 版次：01
- 開(kāi)本：16開(kāi)
性能退化理論是開(kāi)展高可靠、長(zhǎng)壽命產(chǎn)品壽命預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)壽命預(yù)測(cè)方法，包括可靠性評(píng)估與剩余壽命預(yù)測(cè)，多基于簡(jiǎn)單性能退化模型展開(kāi)，較適用于實(shí)驗(yàn)室條件下獲取的理想規(guī)律退化數(shù)據(jù)。然而，產(chǎn)品在實(shí)際工況下，退化過(guò)程往往存在應(yīng)力時(shí)變、退化特征多元、退化趨勢(shì)非線性等復(fù)雜特征，須結(jié)合工程實(shí)際對(duì)簡(jiǎn)單退化模型做出適當(dāng)改進(jìn)。本書(shū)以工程中常見(jiàn)的幾類復(fù)雜退化現(xiàn)象為例，在其基礎(chǔ)上探討退化建模與壽命預(yù)測(cè)中涉及的關(guān)鍵技術(shù)，包括退化模型構(gòu)建與參數(shù)估計(jì)、產(chǎn)品總體可靠性評(píng)估與壽命分布估計(jì)、產(chǎn)品個(gè)體在線模型更新與剩余壽命預(yù)測(cè)等，旨在為產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)、改進(jìn)升級(jí)、運(yùn)維管理等提供決策支持。
劉天宇，國(guó)防科技大學(xué)副教授，湖南省優(yōu)秀博士論文獲得者，主要研究方向裝備試驗(yàn)鑒定、復(fù)雜系統(tǒng)狀態(tài)感知與健康管理，主持或參與國(guó)家自然科學(xué)基金、裝備技術(shù)基礎(chǔ)、裝備綜合研究、裝備預(yù)研等項(xiàng)目十余項(xiàng)，入選湖南省芙蓉計(jì)劃湖湘青年英才計(jì)劃，近五年獲軍隊(duì)科技進(jìn)步二、三等獎(jiǎng)各1項(xiàng)，湖南省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)。
目 錄
第1章 緒論 001
1.1 引言 002
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 009
1.2.1 性能退化建模與可靠性評(píng)估方法綜述 010
1.2.2 數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的剩余壽命預(yù)測(cè)方法綜述 016
1.3 本書(shū)內(nèi)容安排 024
1.3.1 存在的問(wèn)題 024
1.3.2 本書(shū)章節(jié)安排 026
第2章 基礎(chǔ)知識(shí) 029
2.1 引言 030
2.1 壽命預(yù)測(cè)概述 030
2.1.1 壽命與剩余壽命 031
2.1.2 壽命與可靠度 032
2.1.3 壽命預(yù)測(cè)、可靠性評(píng)估與剩余壽命預(yù)測(cè) 033
2.2 常見(jiàn)退化模型 034
2.2.1 退化軌道模型 037
2.2.2 退化量分布模型 039
2.2.3 失效物理模型 040
2.2.4 隨機(jī)過(guò)程模型 041
2.3 加速試驗(yàn)理論 043
2.3.1 加速試驗(yàn)介紹 043
2.3.2 加速應(yīng)力類型 044
2.3.3 加速模型 045
第3章 復(fù)雜應(yīng)力剖面下退化軌道建模及壽命預(yù)測(cè) 049
3.1 引言 050
3.2 退化軌道模型 052
3.2.1 研究動(dòng)機(jī) 052
3.2.2 傳統(tǒng)退化軌道模型 053
3.2.3 改進(jìn)的退化軌道模型 055
3.3 可靠性評(píng)估 058
3.3.1 壽命分布估計(jì) 058
3.3.2 可靠性指標(biāo)估計(jì) 060
3.4 實(shí)例分析 061
3.4.1 基礎(chǔ)知識(shí) 061
3.4.2 試驗(yàn)介紹 063
3.4.3 退化建模 066
3.4.4 可靠性評(píng)估 069
3.5 本章小結(jié) 072
第4章 考慮應(yīng)力加速的Wiener過(guò)程建模及壽命預(yù)測(cè) 075
4.1 引言 076
4.2 考慮應(yīng)力加速效應(yīng)的Wiener過(guò)程模型 077
4.3 模型初始參數(shù)估計(jì) 079
4.4 基于貝葉斯公式的模型參數(shù)在線更新 080
4.5 剩余壽命預(yù)測(cè) 084
4.5.1 未來(lái)恒定應(yīng)力剖面下剩余壽命預(yù)測(cè) 084
4.5.2 未來(lái)時(shí)變應(yīng)力剖面下剩余壽命預(yù)測(cè) 086
4.6 案例分析 088
4.6.1 背景介紹 088
4.6.2 仿真設(shè)計(jì) 093
4.6.3 結(jié)果與討論 096
4.7 本章小結(jié) 107
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第5章 考慮應(yīng)力加速—補(bǔ)償?shù)腤iener過(guò)程建模及壽命預(yù)測(cè) 109
5.1 引言 110
5.2 考慮應(yīng)力加速—補(bǔ)償效應(yīng)的Wiener過(guò)程建模 110
5.2.1 改進(jìn)Wiener過(guò)程模型 110
5.2.2 考慮復(fù)合應(yīng)力的鋰離子電池容量退化建模與可靠性評(píng)估 112
5.3 退化模型初始參數(shù)估計(jì) 115
5.4 基于貝葉斯公式的模型參數(shù)在線更新 117
5.5 剩余壽命預(yù)測(cè) 119
5.5.1 未來(lái)恒定應(yīng)力剖面下剩余壽命預(yù)測(cè) 119
5.5.2 未來(lái)時(shí)變應(yīng)力剖面下剩余壽命預(yù)測(cè) 123
5.6 案例分析 124
5.6.1 背景介紹 124
5.6.2 初始參數(shù)估計(jì)與模型驗(yàn)證 125
5.6.3 結(jié)果與討論 126
5.7 本章小結(jié) 130
第6章 基于二元Wiener過(guò)程的退化建模及壽命預(yù)測(cè) 133
6.1 引言 134
6.2 基于二元Wiener過(guò)程的退化建模 136
6.2.1 二元Wiener過(guò)程基本性質(zhì) 136
6.2.2 二元Wiener過(guò)程首達(dá)時(shí)分布 137
6.3 二元Wiener過(guò)程模型初始參數(shù)估計(jì) 138
6.4 基于貝葉斯公式的模型參數(shù)在線更新 141
6.5 剩余壽命預(yù)測(cè) 143
6.6 仿真案例 145
6.6.1 仿真設(shè)計(jì) 145
6.6.2 參數(shù)更新 147
6.6.3 剩余壽命預(yù)測(cè) 150
6.7 應(yīng)用實(shí)例 153
6.8 本章小結(jié) 160
第7章 基于Copula函數(shù)的二元退化建模及壽命預(yù)測(cè) 163
7.1 引言 164
7.2 基于Copula函數(shù)的多元退化建模 165
7.2.1 一元Wiener過(guò)程退化建模 165
7.2.2 Copula函數(shù)介紹 166
7.2.3 多元退化建模 168
7.3 初始參數(shù)估計(jì) 169
7.4 可靠性評(píng)估 170
7.5 剩余壽命預(yù)測(cè) 171
7.5.1 粒子濾波算法介紹 171
7.5.2 在線參數(shù)更新與剩余壽命預(yù)測(cè) 173
7.6 仿真案例 174
7.6.1 仿真1 174
7.6.2 仿真2 176
7.6.3 仿真3 179
7.7 本章小結(jié) 181
參考文獻(xiàn) 182
表目錄
表2.1 常見(jiàn)退化軌道函數(shù) 037
表3.1 常見(jiàn)加速退化模型 056
表3.2 鋰離子電池容量退化軌道模型參數(shù)估計(jì) 068
表3.3 不同溫度下鋰離子電池偽壽命 069
表3.4 鋰離子電池可靠性指標(biāo)點(diǎn)估計(jì)結(jié)果與80%置信區(qū)間估計(jì)結(jié)果 071
表4.1 鋰離子電池容量退化模型初始參數(shù)估計(jì)結(jié)果 093
表4.2 四種應(yīng)力剖面下鋰離子電池剩余壽命預(yù)測(cè)結(jié)果 101
表5.1 各單體電池參數(shù)估計(jì)值 125
表6.1 固定效應(yīng)參數(shù)敏感性分析結(jié)果 151
表7.1 τ與α對(duì)應(yīng)關(guān)系表 175
圖目錄
圖1.1 基于性能退化的可靠性評(píng)估方法示意圖 004
圖1.2 基于性能退化的剩余壽命預(yù)測(cè)方法示意圖 005
圖1.3 應(yīng)力對(duì)產(chǎn)品退化過(guò)程影響示意圖 008
圖1.4 雙性能參數(shù)退化過(guò)程示意圖 009
圖1.5 本書(shū)各章節(jié)關(guān)系圖 028
圖2.1 不同類型產(chǎn)品的壽命單位 031
圖2.2 壽命與剩余壽命關(guān)系示意圖 031
圖2.3 剩余預(yù)測(cè)方法體系及思路圖 034
圖2.4 基于失效數(shù)據(jù)的壽命分布估計(jì)與可靠性評(píng)估 035
圖2.5 基于退化數(shù)據(jù)的壽命分布估計(jì)與可靠性評(píng)估 036
圖2.6 首達(dá)時(shí)與非首達(dá)時(shí)示意圖 036
圖2.7 偽壽命法示意圖 038
圖2.8 解析法示意圖 039
圖2.9 退化量分布模型示意圖 040
圖2.10 Gamma過(guò)程示意圖 042
圖2.11 Gamma分布示意圖 043
圖2.12 典型加速應(yīng)力剖面 045
圖3.1 復(fù)雜溫度應(yīng)力剖面下鋰離子電池容量退化曲線 053
圖3.2 利用偽壽命法推斷產(chǎn)品壽命分布示意圖 055
圖3.3 鋰離子電池充放電原理圖 062
圖3.4 復(fù)雜溫度應(yīng)力剖面下某型號(hào)鋰離子電池容量退化曲線 064
圖3.5 鋰離子電池通用退化軌道模型擬合效果圖 065
圖3.6 復(fù)雜溫度應(yīng)力剖面下通用退化軌道模型擬合誤差與溫度對(duì)比圖 066
圖3.7 改進(jìn)后的退化軌道模型擬合效果圖 068
圖3.8 Cell 1在各溫度應(yīng)力等級(jí)下的偽壽命外推示意圖 070
圖3.9 不同溫度應(yīng)力等級(jí)下鋰離子電池可靠度曲線 070
圖3.10 壽命分布位置參數(shù) 與溫度擬合圖 071
圖3.11 鋰離子電池可靠度隨循環(huán)次數(shù)和溫度變化圖 072
圖4.1 三種充放電倍率下鋰離子電池容量退化曲線 090
圖4.2 漂移系數(shù)與應(yīng)力線性擬合結(jié)果 091
圖4.3 參數(shù)a的先驗(yàn)分布 092
圖4.4 參數(shù)b的先驗(yàn)分布 092
圖4.5 仿真過(guò)程中用到的四種應(yīng)力剖面 094
圖4.6 應(yīng)力剖面1下容量退化仿真結(jié)果 095
圖4.7 應(yīng)力剖面2下容量退化仿真結(jié)果 095
圖4.8 應(yīng)力剖面3下容量退化仿真結(jié)果 096
圖4.9 應(yīng)力剖面4下容量退化仿真結(jié)果 096
圖4.10 應(yīng)力剖面1下RL概率密度曲線 097
圖4.11 應(yīng)力剖面1下RL特征量 098
圖4.12 應(yīng)力剖面2下RL概率密度曲線 098
圖4.13 應(yīng)力剖面2下RL特征量 098
圖4.14 應(yīng)力剖面3下RL概率密度曲線 099
圖4.15 應(yīng)力剖面3下RL特征量 099
圖4.16 應(yīng)力剖面4下RL特征量 099
圖4.17 應(yīng)力剖面4下基于仿真得到的剩余壽命直方圖 100
圖4.18 本章方法與傳統(tǒng)剩余壽命預(yù)測(cè)方法結(jié)果對(duì)比圖（應(yīng)力剖面1） 103
圖4.19 本章方法與傳統(tǒng)剩余壽命預(yù)測(cè)方法結(jié)果對(duì)比圖（應(yīng)力剖面2） 103
圖4.20 本章方法與傳統(tǒng)剩余壽命預(yù)測(cè)方法結(jié)果對(duì)比圖（應(yīng)力剖面3） 104
圖4.21 本章方法與傳統(tǒng)剩余壽命預(yù)測(cè)方法結(jié)果對(duì)比圖（應(yīng)力剖面4） 104
圖4.22 本章方法與傳統(tǒng)方法相對(duì)預(yù)測(cè)誤差對(duì)比圖（應(yīng)力剖面1） 105
圖4.23 本章方法與傳統(tǒng)方法相對(duì)預(yù)測(cè)誤差對(duì)比圖（應(yīng)力剖面2） 105
圖4.24 本章方法與傳統(tǒng)方法相對(duì)預(yù)測(cè)誤差對(duì)比圖（應(yīng)力剖面3） 106
圖4.25 本章方法與傳統(tǒng)方法相對(duì)預(yù)測(cè)誤差對(duì)比圖（應(yīng)力剖面4） 106
圖5.1 LiFePO4鋰離子電池容量隨溫度變化曲線[142] 112
圖5.2 鋰離子電池容量退化軌跡 124
圖5.3 Cell 3電池退化模型結(jié)果 126
圖5.4 22℃下電池容量退化軌跡仿真結(jié)果（第50次循環(huán)之后） 127
圖5.5 常應(yīng)力下RL預(yù)測(cè)結(jié)果 128
圖5.6 不同方法RL預(yù)測(cè)誤差對(duì)比 128
圖5.7 非恒定應(yīng)力下剩余壽命預(yù)測(cè)結(jié)果 129
圖5.8 非恒定應(yīng)力下不同方法RL預(yù)測(cè)誤差對(duì)比 130
圖6.1 二元退化型產(chǎn)品剩余壽命預(yù)測(cè)總體思路 135
圖6.2 基于二元Wiener過(guò)程仿真得到的雙參數(shù)退化軌道樣本 146
圖6.3 某個(gè)體樣本退化軌道預(yù)測(cè)結(jié)果 147
圖6.4 仿真案例中超參數(shù) 逐步更新曲線 148
圖6.5 仿真案例中超參數(shù) 逐步更新曲線 149
圖6.6 仿真案例中超參數(shù) 逐步更新曲線 149
圖6.7 仿真案例中超參數(shù) 逐步更新曲線 149
圖6.8 仿真案例中超參數(shù) 逐步更新曲線 150
圖6.9 仿真案例樣本的剩余壽命預(yù)測(cè)結(jié)果 151
圖6.10 本章方法與Gebraeel方法剩余壽命平均預(yù)測(cè)誤差對(duì)比圖 152
圖6.11 鋰離子電池容量—能量二元退化過(guò)程 154
圖6.12 鋰離子電池退化模型超參數(shù) 逐步更新曲線 155
圖6.13 鋰離子電池退化模型超參數(shù) 逐步更新曲線 155
圖6.14 鋰離子電池退化模型超參數(shù) 逐步更新曲線 156
圖6.15 鋰離子電池退化模型超參數(shù) 逐步更新曲線 156
圖6.16 鋰離子電池退化模型超參數(shù) 逐步更新曲線 156
圖6.17 基于二元Wiener過(guò)程的鋰離子電池剩余壽命預(yù)測(cè)結(jié)果 157
圖6.18 時(shí)刻鋰離子電池剩余壽命分布 157
圖6.19 時(shí)刻鋰離子電池剩余壽命分布 158
圖6.20 時(shí)刻鋰離子電池剩余壽命分布 158
圖6.21 時(shí)刻鋰離子電池剩余壽命分布 159
圖6.22 本章方法與傳統(tǒng)單一性能參數(shù)剩余壽命預(yù)測(cè)方法預(yù)測(cè)誤差對(duì)比圖 160
圖6.23 本章方法與傳統(tǒng)忽略相關(guān)性剩余壽命預(yù)測(cè)方法預(yù)測(cè)誤差對(duì)比圖 160
圖7.1 考慮/忽略退化特征量相關(guān)性對(duì)壽命分布預(yù)測(cè)結(jié)果的影響 176
圖7.2 存在一定相關(guān)性下的二元退化軌跡仿真圖（ ） 177
圖7.3 二元退化模型隨機(jī)效應(yīng)參數(shù)更新過(guò)程（ ， ， ） 177
圖7.3 二元退化模型隨機(jī)效應(yīng)參數(shù)更新過(guò)程（ ， ， ） 178
圖7.4 剩余壽命預(yù)測(cè)結(jié)果（ ， ， ） 178
圖7.5 相關(guān)性較低情形下的二元退化軌跡仿真圖（ ） 179
圖7.6 二元退化模型隨機(jī)效應(yīng)參數(shù)更新過(guò)程（ ， ， ） 180
圖7.7 剩余壽命預(yù)測(cè)結(jié)果（ ， ， ） 180
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