机电整机产品贮存寿命建模方法
【专利摘要】本发明公开了一种机电整机产品贮存寿命建模方法，包括：基于竞争失效模型，建立整机产品的可靠度模型；令威布尔寿命分布作为机电整机产品的寿命分布，得到机电整机产品的各部件的失效率函数；将各部件的失效率函数带入所述整机产品的可靠度模型，得到所述机电整机产品的基于竞争失效模型的可靠度函数；结合所述基于竞争失效模型的可靠度函数与基于威布尔寿命分布的可靠度函数，得到所述机电整机产品的特征寿命函数；结合所述机电整机产品的多个主要部件的寿命分布及所述机电整机产品的特征寿命函数，得到所述机电整机产品的寿命分布模型。本发明提出的机电整机产品贮存寿命建模方法，能够实现机电整机产品贮存寿命的准确评价。
【专利说明】
机电整机产品贮存寿命建模方法
技术领域
[0001] 本发明涉及可靠性试验与评估技术领域，特别是指一种机电整机产品贮存寿命建 模方法。
【背景技术】
[0002] 贮存寿命是装备合同（或任务书)规定的一项重要的战技指标。为了定量分配、预 计和评价整机产品的贮存寿命指标，首选需要确定其寿命分布模型及参数估计。由于整机 产品十分昂贵，增大样本量的潜力不大，在小样本情况下，传统的利用寿命试验的数据进行 寿命分布拟合及参数评估难以实现整机产品贮存寿命的准确评价。
【发明内容】
[0003] 有鉴于此，本发明的目的在于提出一种机电整机产品贮存寿命建模方法，能够实 现机电整机产品贮存寿命的准确评价。
[0004] 基于上述目的本发明提供的机电整机产品贮存寿命建模方法，包括：
[0005] 基于竞争失效模型，建立整机产品的可靠度模型；
[0006] 令威布尔寿命分布作为机电整机产品的寿命分布，得到机电整机产品的各部件的 失效率函数；
[0007] 将各部件的失效率函数带入所述整机产品的可靠度模型，得到所述机电整机产品 的基于竞争失效模型的可靠度函数；
[0008] 结合所述机电整机产品的基于竞争失效模型的可靠度函数与基于威布尔寿命分 布的所述机电整机产品的可靠度函数，得到所述机电整机产品的特征寿命函数；
[0009] 结合所述机电整机产品的多个主要部件的寿命分布及所述机电整机产品的特征 寿命函数，得到所述机电整机产品的寿命分布模型。
[0010] 在一些实施方式中，所述基于竞争失效模型，建立整机产品的可靠度模型的步骤 包括：
[0011] 竞争性故障模型定义为:如果整机产品有n种失效因素，而每一种失效因素都独立 的作用于所述整机产品，且都对应一定的失效时间，其中任何一种失效因素都会引起整机 产品失效，在所有的失效因素中，最早产生的那种失效因素出现时，将导致整机产品失效， 即整机产品失效时间为：
[0012] T=min{Ti,T2,...,Tn},
[0013] 其中，T为整机产品失效时间，1^为任意失效因素的失效时间，n为大于等于1的任 意自然数；
[0014] 假设Fdt)是任意失效因素的失效时间的累计失效分布函数，则整机产品的累计 失效分布函数为：
[0015] 尸⑴：1-[.丨-6(,)] ，
[0016] 其中，Fdt)为不同或相同的分布，但上式要求这n个分布必须是独立的，当它们之 间不独立时，即一种失效因素会引起另一种失效因素的情况下，则必须考虑各失效因素之 间的相互影响，需要对上式进行修正：
[0017] 任一失效因素起作用时，其对应的可靠度为：
[0018] /??卜厂(，）
[0019] 其中，h(t)是对应第i个失效因素的失效率，当n个因素同时起作用时，整机产品 的可靠度模型将是：
[0020] 耶:)=行 e - U ⑴也=e 二客'（ .〇
[0021 ]在一些实施方式中，所述令威布尔寿命分布作为机电整机产品的寿命分布，得到 机电整机产品的各部件的失效率函数的步骤包括：
[0022] 对于机电整机产品，令威布尔寿命分布作为其组件或部件的寿命分布；
[0023] 设任一组件或部件的参数为mi，ru，则其失效率函数为：
[0024] /L; 广.1 ,
[0025] 其中，mi为任一组件或部件的形状寿命参数，ru为任一组件或部件的特征寿命参 数。
[0026] 在一些实施方式中，所述机电整机产品的基于竞争失效模型的可靠度函数为：
[0027] RU) = ek^ 、' 6
[0028] 在一些实施方式中，所述结合所述机电整机产品的基于竞争失效模型的可靠度函 数与基于威布尔寿命分布的所述机电整机产品的可靠度函数，得到所述机电整机产品的特 征寿命函数的步骤包括：
[0029] 在各组件或部件具有相同的形状寿命参数的情况下，令nu = m，则所述机电整机产 品的基于竞争失效模型的可靠度函数表示为：
[0030] ⑴=
[0031]所述基于威布尔寿命分布的所述机电整机产品的可靠度函数为：
[0033] 令所述机电整机产品的基于竞争失效模型的可靠度函数与基于威布尔寿命分布 的所述机电整机产品的可靠度函数相等，得到所述机电整机产品的特征寿命函数： n
[0034] equipmeni () r=I ：〇
[0035] 在一些实施方式中，所述结合所述机电整机产品的基于竞争失效模型的可靠度函 数与基于威布尔寿命分布的所述机电整机产品的可靠度函数，得到所述机电整机产品的特 征寿命函数的步骤包括：
[0036] 在工程实际中，机电整机产品的各组件或部件的形状参数通常是不相等的，但在 许多情况下，能够知道机电整机产品各个部件的形状寿命参数大于或等于某一已知的形状 寿命常数mL，因此，令各组件或部件的形状寿命参数大于或等于某一已知的形状寿命常数 mL，将其作为形状寿命参数下限；
[0037] 在工程实际中，取机电整机产品各组件或部件的形状寿命参数等于形状寿命参数 下限，则所述机电整机产品的基于竞争失效模型的可靠度函数表示为：
[0039]所述基于威布尔寿命分布的所述机电整机产品的可靠度函数为：
[0041 ]得到机电整机产品的特征寿命的下限值的特征寿命函数： H
[0042] ^equipment = 1 ) ' 〇
[0043] 从上面所述可以看出，本发明提供的机电整机产品贮存寿命建模方法，将竞争失 效模型应用到机电整机产品贮存寿命建模中来，在已知部件、器件的寿命分布及其参数的 情况下，应用竞争失效的方法综合底层信息来评估整机产品寿命分布及其参数;相比较传 统的利用寿命试验的数据进行寿命分布拟合及参数评估的方法，具有的如下优点：1)节省 经费，整机产品十分昂贵，增大样本量的成本太高；2)可以充分利用底层材料、元器件及部 组件的信息，寿命评估置信度更高。
【附图说明】
[0044] 图1为本发明提供的机电整机产品贮存寿命建模方法实施例的流程示意图。
【具体实施方式】
[0045] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本发明进一步详细说明。
[0046]需要说明的是，本发明实施例中所有使用"第一"和"第二"的表述均是为了区分两 个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见"第一" "第二"仅为了表述的方便，不应 理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
[0047] 如图1所示，为本发明提供的机电整机产品贮存寿命建模方法实施例的流程示意 图。
[0048] 所述机电整机产品贮存寿命建模方法，包括以下步骤：
[0049] 步骤101:基于竞争失效模型，建立整机产品的可靠度模型；
[0050] 竞争失效是产品的一种重要失效模式。在可靠性理论中，产品丧失所规定的功能 称为失效。对于大型产品，由于其内部结构及其外界工作环境的复杂性，引起产品失效的物 理、化学原因往往有多种，若发生任何一种原因均导致产品失效，称此产品为竞争失效产品 (Competing Failure Modes)。导致产品失效的原因称为产品的失效机理（Failure Mechanism)。例如，在电缆线的寿命试验中，导致电缆失效的原因有：电缆线被击穿、漏电流 指标超过规定临界点及人为断开等，其中任何一种原因均称为产品的失效机理。
[0051 ]具体的，在一些可选实施方式中，上述步骤可进一步包括以下步骤：
[0052]竞争性故障模型定义为:如果整机产品有n种失效因素，而每一种失效因素都独立 的作用于所述整机产品，且都对应一定的失效时间，其中任何一种失效因素都会引起整机 产品失效，在所有的失效因素中，最早产生的那种失效因素出现时，将导致整机产品失效， 即整机产品失效时间为：
[0053] T=min{Ti，T2, ? ? ?，Tn} (1)
[0054]其中，T为整机产品失效时间，1\为任意失效因素的失效时间，n为大于等于1的任 意自然数；
[0055]假设Fdt)是任意失效因素的失效时间的累计失效分布函数，则整机产品的累计 失效分布函数为：
[0056]仰)：i-fin-，)] (2)
[0057]其中，Fdt)可以为不同或相同的分布，但上式（2)要求这n个分布必须是独立的， 当它们之间不独立时，即一种失效因素会引起另一种失效因素的情况下，则必须考虑各失 效因素之间的相互影响，因此，需要对上式(2)进行修正：
[0058]任一失效因素起作用时，其对应的可靠度为：
[0059] /?,.(〇= e
[0060] 其中，Ajt)是对应第i个失效因素的失效率，当n个因素同时起作用时，整机产品 的可靠度模型将是：
[0061 ] ^(0 = j \e =e 广1 (4)；
[0062] 整机产品的总失效率将是对应时刻t的n个独立的失效率之和，即：
[0063] 入⑴=入i(t)+入2(t) + . ? ? +入n(t) (5)
[0064] 将式(5)称为竞争失效产品失效率的加法准则。
[0065] 步骤102:令威布尔寿命分布作为机电整机产品的寿命分布，得到机电整机产品的 各部件的失效率函数；
[0066] 具体的，在一些可选实施方式中，上述步骤可进一步包括以下步骤：
[0067] 对于机电整机产品，可以认为其组件或部件的寿命分布为威布尔分布(Weibull distribution)：
[0069] 式中:m称为形状参数;n成为特征寿命或真尺度参数。
[0070] 因此，令威布尔寿命分布作为其组件或部件的寿命分布;设任一组件或部件寿命 分布的参数为mi，ni，则其失效率函数为：
[0071] 為，、mrl (6)
[0072] 其中，mi为任一组件或部件的形状寿命参数，ru为任一组件或部件的特征寿命参 数。
[0073] 步骤103:将各部件的失效率函数带入所述整机产品的可靠度模型，得到所述机电 整机产品的基于竞争失效模型的可靠度函数：
[0074] m = ek^ (7),
[0075] 进一步处理后得到以下公式：
[0076] /?(〇 = e 客、）（8)。
[0077] 步骤104:结合所述机电整机产品的基于竞争失效模型的可靠度函数与基于威布 尔寿命分布的所述机电整机产品的可靠度函数，得到所述机电整机产品的特征寿命函数；
[0078] 具体的，在一些可选实施方式中，上述步骤可进一步包括以下步骤：
[0079] 在各组件或部件具有相同的形状寿命参数的情况下，令nu = m，则所述机电整机产 品的基于竞争失效模型的可靠度函数表示为： -广1>，
[0080] R(t)=e (9)
[0081] 所述基于威布尔寿命分布的所述机电整机产品的可靠度函数为：
[0083] 令所述机电整机产品的基于竞争失效模型的可靠度函数与基于威布尔寿命分布 的所述机电整机产品的可靠度函数相等，得到所述机电整机产品的特征寿命函数： n. _ -广、^ -m v-1; m
[0084] ^1-equipmew - ^ / j li ，-丨 (11)；
[0085] 这说明，若n个组件或部件具有相同的形状寿命参数m，特征寿命参数ru不同，那么 机电整机产品将具有形状寿命参数m和特征寿命参数的威布尔分布。在分析一 个机电整机产品的失效时，当找出各个主要部件的失效分布后，应用该模型即可得到机电 整机产品的失效分布。
[0086] 而在工程实际中，机电整机产品的各组件或部件的形状参数通常是不相等的，因 此无法根据式（11)对机电设备的寿命进行建模;但在许多情况下，能够知道机电整机产品 各个部件的形状寿命参数大于或等于某一已知的形状寿命常数m L，因此，令各组件或部件 的形状寿命参数大于或等于某一已知的形状寿命常数mL，这在工程上是可以实现的，因此 将其作为形状寿命参数下限；
[0087] 可以证明，当： 时，Hequipment是HI的非减函数。所
(12) 以对于m>mL，贝丨J:
[0088] 心，)-- i=l (13)
[0089] 因此，在工程实际中，取机电整机产品各组件或部件的形状寿命参数等于形状寿 命参数下限，则所述机电整机产品的基于竞争失效模型的可靠度函数表示为：
[0090] m-e - (14)
[0091] 所述基于威布尔寿命分布的所述机电整机产品的可靠度函数为：
[0093] 得到机电整机产品的特征寿命的下限值的特征寿命函数： n _ /'K 1 -mL \-1/
[0094] v. quipmem vX ili / (15)。
[0095]下面给出简单证明：
[0096]对(11)式进行对数变换，并取关于m的偏导，可得：
[0098]由此可知，当：
[0100] 成立时，nequipment为形状参数m的单调增函数，因此，当m彡mL时有：
[0101] %auim- .= (，) 仁 1 M (16)
[0102] 证明完毕！
[0103] 步骤105:结合所述机电整机产品的多个主要部件的寿命分布及所述机电整机产 品的特征寿命函数，得到所述机电整机产品的寿命分布模型;具体地针对步骤104中的不同 情况，可分别得到所述机电整机产品的寿命分布模型。
[0104] 从上述实施例可以看出，本发明提供的机电整机产品贮存寿命建模方法，将竞争 失效模型应用到机电整机产品贮存寿命建模中来，在已知部件、器件的寿命分布及其参数 的情况下，应用竞争失效的方法综合底层信息来评估整机产品寿命分布及其参数;相比较 传统的利用寿命试验的数据进行寿命分布拟合及参数评估的方法，具有的如下优点：1)节 省经费，整机产品十分昂贵，增大样本量的成本太高；2)可以充分利用底层材料、元器件及 部组件的信息，寿命评估置信度更高。
[0105]所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非 旨在暗示本公开的范围（包括权利要求)被限于这些例子;在本发明的思路下，以上实施例 或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明的不同方面 的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明的精神和原则之内， 所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种机电整机产品贮存寿命建模方法，其特征在于，包括： 基于竞争失效模型，建立整机产品的可靠度模型； 令威布尔寿命分布作为机电整机产品的寿命分布，得到机电整机产品的各部件的失效 率函数； 将各部件的失效率函数带入所述整机产品的可靠度模型，得到所述机电整机产品的基 于竞争失效模型的可靠度函数； 结合所述机电整机产品的基于竞争失效模型的可靠度函数与基于威布尔寿命分布的 所述机电整机产品的可靠度函数，得到所述机电整机产品的特征寿命函数； 结合所述机电整机产品的多个主要部件的寿命分布及所述机电整机产品的特征寿命 函数，得到所述机电整机产品的寿命分布模型。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于竞争失效模型，建立整机产品的 可靠度模型的步骤包括： 竞争性故障模型定义为:如果整机产品有η种失效因素，而每一种失效因素都独立的作 用于所述整机产品，且都对应一定的失效时间，其中任何一种失效因素都会引起整机产品 失效，在所有的失效因素中，最早产生的那种失效因素出现时，将导致整机产品失效，即整 机产品失效时间为： T=min{Ti，T2, · · ·，Τη}， 其中，Τ为整机广品失效时间，Ti为任意失效因素的失效时间，η为大于等于1的任意自然 数； 假设FKt)是任意失效因素的失效时间的累计失效分布函数，则整机产品的累计失效分 布函数为：其中，Fdt)为不同或相同的分布，但上式要求这η个分布必须是独立的，当它们之间不 独立时，即一种失效因素会引起另一种失效因素的情况下，则必须考虑各失效因素之间的 相互影响，需要对上式进行修正： 任一失效因素起作用时，其对应的可靠度为：其中，M(t)是对应第i个失效因素的失效率，当η个因素同时起作用时，整机产品的可靠 度模型将是：3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述令威布尔寿命分布作为机电整机产品 的寿命分布，得到机电整机产品的各部件的失效率函数的步骤包括： 对于机电整机产品，令威布尔寿命分布作为其组件或部件的寿命分布； 设任一组件或部件的参数为ΠΗ，ru，则其失效率函数为：其中，ΠΗ为任一组件或部件的形状寿命参数，ru为任一组件或部件的特征寿命参数。4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述机电整机产品的基于竞争失效模型的 可靠度函数为：5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述结合所述机电整机产品的基于竞争失 效模型的可靠度函数与基于威布尔寿命分布的所述机电整机产品的可靠度函数，得到所述 机电整机产品的特征寿命函数的步骤包括： 在各组件或部件具有相同的形状寿命参数的情况下，令nu = m，则所述机电整机产品的 基于竞争失效模型的可靠度函数表示为：所述基于威布尔寿命分布的所述机电整机产品的可靠度函数为：令所述机电整机产品的基于竞争失效模型的可靠度函数与基于威布尔寿命分布的所 述机电整机产品的可靠度函数相等，得到所述机电整机产品的特征寿命函数：6. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述结合所述机电整机产品的基于竞争失 效模型的可靠度函数与基于威布尔寿命分布的所述机电整机产品的可靠度函数，得到所述 机电整机产品的特征寿命函数的步骤包括： 在工程实际中，机电整机产品的各组件或部件的形状参数通常是不相等的，但在许多 情况下，能够知道机电整机产品各个部件的形状寿命参数大于或等于某一已知的形状寿命 常数mL，因此，令各组件或部件的形状寿命参数大于或等于某一已知的形状寿命常数m L，将 其作为形状寿命参数下限； 在工程实际中，取机电整机产品各组件或部件的形状寿命参数等于形状寿命参数下 限，则所述机电整机产品的基于竞争失效模型的可靠度函数表示为：所述基于威布尔寿命分布的所述机电整机产品的可靠度函数为：得到机电整机产品的特征寿命的下限值的特征寿命函数：
【文档编号】G06F19/00GK105930632SQ201610118915
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年3月2日
【发明人】张生鹏, 李宏民, 张文伟
【申请人】航天科工防御技术研究试验中心