基于随机模拟的设备可靠性及其寿命检测方法与流程

本发明属装备试验工程，主要用于装设备可靠性检测、试验与评估，可直接用于装设备可靠性及其寿命的估计，也可广泛用于装备试验设计与分析评估中，更具体地说是一种基于随机模拟的装设备可靠性及其寿命的估计方法。

背景技术：

1、可靠性及工作寿命的估计，是装设备研制生产、试验验收、运行保障等环节质量检验的重要内容，本质上是可靠性分布函数及其分位数的计算。此外，分布函数及其分位数的计算，也是试验工程领域基础性问题，有着广泛而重要的应用。

2、对于装设备可靠性及工作寿命的估计，现有方法是基于工程经验假定其服从某一已知类型的可靠性分布函数，通过计算该分布函数的函数值及其分位数，得到可靠性和工作寿命的估计值。现有方法主要存在两方面的问题：

3、一是，可靠性分布函数及其分位数计算极为复杂，给工程实际应用带来诸多不便。许多可靠性分布函数如正态分布、对数正态分布、伽马分布等等，其函数值及分位数计算，属复杂函数的积分运算或积分方程解算，常用的方法如牛顿-柯特斯求积法、高斯求积法，以及函数逼近法等，这些方法无一例外均属近似计算，也需要大量的迭代运算，且不同分布函数需采用不同的算法。正是由于分布函数和分位数计算的这一复杂性特点，人们将常用的一些分布函数及其分位数的值制成数学用表供人查阅使用，同时也存在某些不常用的分布函数无表可查的情况，这种查表使用方式或无表可查的情况，给装设备可靠性及工作寿命的设计、检验和评估带来诸多不便。

4、二是，在可靠性分布函数未知时，难以开展可靠性评估工作。在装备试验工程实践中，在获取某项试验数据后，常常根据以往的一些工程实践经验假定其服从某项函数分布，这种假定有时具有一定的风险性；实际上，对于某些特殊试验或实验数据，很难确定其服从分布函数的类型，这种情况下由于分布函数未知，无法开展试验统计分析工作，也就不能给出装设备可靠性及工作寿命的估计。

5、三是，现有方法不能直观展示产品的可靠性及其寿命计算过程及结果，没有搭载在载体上的程序模块实现这个过程。

6、因此，在可靠性工程领域，特别是装设备可靠性及其工作寿命估计时，需要一种简捷有效的可靠性分布函数及其分位数的计算方法以解决上述问题，并可视化展示。

技术实现思路

1、针对现有可靠性工程领域技术中的上述不足，本发明提供了一种基于随机模拟的分布函数及其分位数的计算方法，可有效解决装设备可靠性及其工作寿命估计中的复杂性计算、查表使用不便和分布函数未知时无法有效估计等诸多问题，具有计算简便易行、通用性好、适应性广等特点。鉴于分布函数及其分位数计算在试验工程领域的基础性和广泛性应用，本发明具有更为广阔的推广使用价值。

2、本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：基于随机模拟的设备可靠性及其寿命检测方法，基于大数原理采用蒙特卡洛随机模拟方法，通过大量抽取分布函数的随机数，计算所需产品分布函数的函数值和其指定分位数的值，从而对装设备产品的可靠性及工作寿命进行估计，方法包括以下步骤：

3、s1、采集产品的试验结果数据；

4、s2、根据分布参数是否已知，获取或构造分布函数，再计算分布函数，用于估计装设备的可靠性；

5、s3、计算分布函数的指定分位数，用于估计装设备的工作寿命；

6、s4、通过界面可视化估计过程数据及结果数据，直观展示产品可靠性及其寿命参数。

7、产品试验为设定次数的重复性寿命试验；

8、所述可靠性为强度，工作寿命为产品存活率或失效率；或所述可靠性为试件可靠度，工作寿命为产品循环次数。

9、若已知分布参数的分布函数，通过抽取其随机数，计算分布函数及其分位数；已知分布函数类型为正态分布、指数分布、威布尔分布、泊松分布、gamma分布中的任意一种。

10、对于类型未知分布函数，利用获取的试验数据样本作为母体，构造未知分布函数的随机数，通过抽取其随机数，计算未知分布函数及其分位数。

11、未知分布函数随机数抽取方法如下：

12、设已知观测数据x1，x2，…，xn来自总体，其分布函数f(x)未知；将x1，x2，…，xn排序，得到新的顺序样本：x(1)≤x(2)≤…≤x(n)；则未知分布函数f(x)的随机数抽样方法为：

13、产生0-1之间均匀随机数：r～u(0，1)，记p＝(n-1)r，令i＝[p]+1；

14、则xr是近似地服从分布函数f(x)的一个随机数：

15、xr＝x(i)+(p-[p])(x(i+1)-x(i))

16、所述方法直接由观测数据构造抽样法，产生随机数xr近似服从总体分布f(x)，产生的随机数取值范围为[x(1)，x(n)]。

17、若装设备可靠性服从分布函数f(x)，其函数值为：或者

18、那么，其可靠性分位数的值为：

19、所述计算分布函数如下：

20、抽取分布函数f(x)的1个随机数ri；

21、若ri≤x，则标记为将m+1赋值给m，否则，m不变；

22、重复①、②步骤n次，其中n≥10000；

23、则函数值

24、其中，若要计算将上述计算步骤②改写为：“若ri≥x，则标记为m+1赋值给m，否则，m不变”，其他计算步骤不变。

25、所述分布函数分位数为：

26、对于分布函数f(x)，其分位数表示为：其中，kp为分布函数指定概率p的分位数；

27、若待求的装设备可靠性服从某一分布函数那么，其可靠性r(t)＝p条件下的工作寿命为t＝kp；

28、所述计算方法如下：

29、抽取分布函数f(x)的n个随机数ri，i＝1，2，3，…，n；n≥10000；

30、将抽取的n个随机数由小到大进行排序，得到顺序统计量：

31、r1≤r2≤…≤rn；

32、计算分布函数f(x)的p分位数：kp＝r[n*p]为；该值为n个随机数顺序统计量中的第n*p个统计量的值。

33、是通过创建前端界面，与用户进行交互指令，控制后台进行数据采集、指标函数构造及计算产品可靠度和工作寿命，并将绘制函数曲线、标画可靠度和寿命值在前端界面展示给用户。

34、基于随机模拟的指数寿命型装设备可靠性参数指标估计系统，包括前端和后台：

35、前端，为可视化界面模块，用于采集用户指令，及可视化可靠性及其寿命估计过程及结果；

36、后台，接收前端用户输入的试验设定参数调配内部各模块进行工作；各模块包括：数据采集模块，用于采集产品的试验结果数据；指标函数模块，用于根据分布参数是否已知，获取或构造分布函数，再计算分布函数，用于估计装设备的可靠性；计算模块，计算分布函数的指定分位数，用于估计装设备的工作寿命。

37、本发明的有益效果及优点：

38、1.本发明方法简明快捷，易于操作，可避免装设备可靠性及工作寿命估计中复杂的积分运算、查表或无表可查等不利情况。

39、2.本发明方法通用性好，适用于所有不同类型的可靠性分布函数，可避免装设备可靠性及工作寿命估计中不同分布函数需采用不同计算方法的不利局面。

40、3.本发明方法解决了工程实际中可靠性分布函数未知或难以确定情况下，可靠性及工作寿命无法评估的难题。

41、4.本发明方法对于装设备可靠性及工作寿命的估计精度优于或不差于现有方法，满足工程使用要求。

42、5.本发明方法能通过界面直观展示产品的可靠性及寿命计算过程及结果，以载体为介质实现程序模块间相互调用进行产品可靠性及其寿命估计。