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Remaining useful life prediction of aero-engines based on random-coefficient regression model considering random failure threshold 被引量:1
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作者 WANG Fengfei TANG Shengjin +3 位作者 LI Liang SUN Xiaoyan YU Chuanqiang si xiaosheng 《Journal of Systems Engineering and Electronics》 SCIE EI CSCD 2023年第2期530-542,共13页
Remaining useful life(RUL)prediction is one of the most crucial components in prognostics and health management(PHM)of aero-engines.This paper proposes an RUL prediction method of aero-engines considering the randomne... Remaining useful life(RUL)prediction is one of the most crucial components in prognostics and health management(PHM)of aero-engines.This paper proposes an RUL prediction method of aero-engines considering the randomness of failure threshold.Firstly,a random-coefficient regression(RCR)model is used to model the degradation process of aeroengines.Then,the RUL distribution based on fixed failure threshold is derived.The prior parameters of the degradation model are calculated by a two-step maximum likelihood estimation(MLE)method and the random coefficient is updated in real time under the Bayesian framework.The failure threshold in this paper is defined by the actual degradation process of aeroengines.After that,a expectation maximization(EM)algorithm is proposed to estimate the underlying failure threshold of aeroengines.In addition,the conditional probability is used to satisfy the limitation of failure threshold.Then,based on above results,an analytical expression of RUL distribution of aero-engines based on the RCR model considering random failure threshold(RFT)is derived in a closed-form.Finally,a case study of turbofan engine is used to demonstrate the effectiveness and superiority of the RUL prediction method and the parameters estimation method of failure threshold proposed. 展开更多
关键词 AERO-ENGINE remaining useful life(RUL) random failure threshold(RFT) random-coefficient regression(RCR) parameters estimation
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Remaining useful life prediction based on nonlinear random coefficient regression model with fusing failure time data 被引量:1
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作者 WANG Fengfei TANG Shengjin +3 位作者 SUN Xiaoyan LI Liang YU Chuanqiang si xiaosheng 《Journal of Systems Engineering and Electronics》 SCIE EI CSCD 2023年第1期247-258,共12页
Remaining useful life(RUL) prediction is one of the most crucial elements in prognostics and health management(PHM). Aiming at the imperfect prior information, this paper proposes an RUL prediction method based on a n... Remaining useful life(RUL) prediction is one of the most crucial elements in prognostics and health management(PHM). Aiming at the imperfect prior information, this paper proposes an RUL prediction method based on a nonlinear random coefficient regression(RCR) model with fusing failure time data.Firstly, some interesting natures of parameters estimation based on the nonlinear RCR model are given. Based on these natures,the failure time data can be fused as the prior information reasonably. Specifically, the fixed parameters are calculated by the field degradation data of the evaluated equipment and the prior information of random coefficient is estimated with fusing the failure time data of congeneric equipment. Then, the prior information of the random coefficient is updated online under the Bayesian framework, the probability density function(PDF) of the RUL with considering the limitation of the failure threshold is performed. Finally, two case studies are used for experimental verification. Compared with the traditional Bayesian method, the proposed method can effectively reduce the influence of imperfect prior information and improve the accuracy of RUL prediction. 展开更多
关键词 remaining useful life(RUL)prediction imperfect prior information failure time data NONLINEAR random coefficient regression(RCR)model
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采用滑动窗口与克里金插值算法的复杂系统可靠性评估方法 被引量:1
3
作者 叶爽怡 扈晓翔 +1 位作者 司小胜 袁勃 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期171-179,共9页
针对传统的状态权重分配方法造成历史时刻权重过大的问题,提出一种采用滑动窗口与克里金插值算法的复杂系统可靠性评估方法。利用滑动窗口模型,基于任何给定的窗口大小的移动平均误差都会随着接近时间序列的实际窗口大小而减小的思想,... 针对传统的状态权重分配方法造成历史时刻权重过大的问题,提出一种采用滑动窗口与克里金插值算法的复杂系统可靠性评估方法。利用滑动窗口模型,基于任何给定的窗口大小的移动平均误差都会随着接近时间序列的实际窗口大小而减小的思想,确定最优的滑动窗口大小,对状态权重在线更新;借助Kriging的思想,对滑动窗口内安全性状态的权重进行重新自适应调整;使用证据推理算法融合滑动窗口内安全性状态的自适应权重获取复杂系统整体的可靠性评估结果。采用轴承的退化数据进行验证,实验结果表明:与提取水平方向和竖直方向有效值的方法进行对比,所提方法得到了更加综合直观的结果;传统的状态权重分配方法均方误差为0.0281,所提方法的均方误差为0.0167,均方误差更小,所提方法更有效。 展开更多
关键词 复杂系统 滑动窗口 克里金插值 证据推理 可靠性评估
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融合多源数据的非线性退化建模与剩余寿命预测 被引量:13
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作者 任子强 司小胜 +2 位作者 胡昌华 王玺 裴洪 《中国测试》 CAS 北大核心 2020年第2期1-8,共8页
针对目前基于单个传感器剩余寿命预测方法存在预测精度不高的问题,该文提出一种融合多源传感器数据的非线性退化建模与剩余寿命预测方法。该方法包括复合健康指标的构建、模型参数的估计和传感器融合系数的确定,在确定融合系数后,结合... 针对目前基于单个传感器剩余寿命预测方法存在预测精度不高的问题,该文提出一种融合多源传感器数据的非线性退化建模与剩余寿命预测方法。该方法包括复合健康指标的构建、模型参数的估计和传感器融合系数的确定,在确定融合系数后,结合设备历史寿命数据与实时监测数据,利用Bayesian参数更新公式推导出设备的剩余寿命概率分布,实现设备的剩余寿命在线预测。最后通过由商用模块化航空推进系统仿真生成的发动机退化数据集进行仿真实验,结果表明该文所提方法能够有效提高设备剩余寿命预测的准确性。 展开更多
关键词 复合健康指标 非线性退化模型 贝叶斯参数更新 剩余寿命预测
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基于MSCNN-LSTM的滚动轴承剩余寿命预测方法 被引量:11
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作者 胡城豪 胡昌华 +2 位作者 司小胜 杜党波 高旭东 《中国测试》 CAS 北大核心 2020年第9期103-110,共8页
针对现有卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)与长短时记忆网络(long short-term memory,LSTM)堆叠的寿命预测方法忽略低层次信息的问题,引入多尺度技术,提出一种多尺度卷积长短时记忆网络模型(multi-scale CNN-LSTM,MSCNN-... 针对现有卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)与长短时记忆网络(long short-term memory,LSTM)堆叠的寿命预测方法忽略低层次信息的问题,引入多尺度技术,提出一种多尺度卷积长短时记忆网络模型(multi-scale CNN-LSTM,MSCNN-LSTM)。将CNN的输出由单一尺度转换为多尺度,以充分学习CNN模块提取到的不同层次退化特征。首先采用小波变换获取退化信号的时频信息,并根据初始时刻标准差划分健康阶段;而后利用退化阶段监测数据训练所构建的多尺度网络;最后使用该网络预测旋转机械剩余寿命。在PHM 2012轴承数据集上的验证结果表明,所提MSCNN-LSTM模型能够同时学习退化数据中的低层次和高层次信息,有效提高轴承的剩余寿命预测精度。 展开更多
关键词 轴承 CNN LSTM 剩余寿命预测 多尺度技术
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采用残差网络与卷积注意力机制的设备剩余使用寿命预测方法 被引量:8
6
作者 莫仁鹏 李天梅 +1 位作者 司小胜 朱旭 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期194-202,共9页
针对以往剩余使用寿命(RUL)预测方法均等对待深层特征中具有不同重要性的空间域和通道域特征,导致大量的计算资源浪费在不重要的特征上,进而造成RUL预测值偏差过大、不能对失效设备进行及时的维护以避免潜在的安全隐患的问题,提出一种... 针对以往剩余使用寿命(RUL)预测方法均等对待深层特征中具有不同重要性的空间域和通道域特征,导致大量的计算资源浪费在不重要的特征上,进而造成RUL预测值偏差过大、不能对失效设备进行及时的维护以避免潜在的安全隐患的问题,提出一种采用残差网络与卷积注意力机制的端到端的RUL预测方法。该方法以卷积层和池化层对原始监测信号进行浅层特征提取与压缩;利用堆叠残差模块在学习深层特征的同时,缓解梯度弥散以及网络退化现象的发生;由卷积注意力模块对设备的深层退化特征进行加权赋值,分别在其空间维度上和通道维度上强化更重要的特征并抑制相对不重要的特征,使网络的注意力集中在对RUL预测任务更关键的信息上;将加权后的特征输入到全连接网络中映射得到RUL预测值。通过PHM2012轴承数据集进行了实验验证,实验结果表明,卷积注意力和残差结构皆对改善模型的预测性能有着积极的作用,所提方法在测试轴承上的均方根误差和平均绝对误差分别为0.1079和0.0831,远低于其他对比方法。 展开更多
关键词 剩余使用寿命 残差网络 卷积注意力 端到端
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随机冲击影响的非线性退化设备剩余寿命预测 被引量:7
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作者 白灿 胡昌华 +3 位作者 司小胜 李洪鹏 张正新 裴洪 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2018年第12期2729-2735,共7页
退化设备的剩余寿命(remaining useful life,RUL)预测是当前可靠性领域研究的一个热点问题。基于Wiener过程,提出一种考虑随机冲击影响的非线性退化设备RUL预测方法。首先,设备连续退化过程用一个非线性Wiener过程描述,而冲击导致退化... 退化设备的剩余寿命(remaining useful life,RUL)预测是当前可靠性领域研究的一个热点问题。基于Wiener过程,提出一种考虑随机冲击影响的非线性退化设备RUL预测方法。首先,设备连续退化过程用一个非线性Wiener过程描述,而冲击导致退化水平突变的影响由一个复合泊松过程刻画;其次,基于所建立的退化模型和首达时间概念,推导出剩余寿命概率密度函数及其近似解析解,极大地减少了数值计算时间,并提出一种基于期望最大化算法的模型参数估计方法。数值仿真和航天锂电池实例验证表明,所提方法提高了RUL预测的准确性,对于解决存在随机冲击影响的设备RUL预测问题具有一定的理论指导意义。 展开更多
关键词 随机冲击 非线性退化 寿命预测 期望最大化算法
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基于随机退化建模的共载系统寿命预测方法 被引量:4
8
作者 杜党波 司小胜 +2 位作者 胡昌华 张建勋 裴洪 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第8期53-62,共10页
针对共载系统在部件服从退化失效情况下的系统寿命预测问题,在首达时间的意义下,提出了一种基于随机退化建模的共载系统寿命预测方法。采用Wiener过程对部件退化的各个阶段进行建模,并将模型中退化速率分为固有退化速率和载荷影响两部分... 针对共载系统在部件服从退化失效情况下的系统寿命预测问题,在首达时间的意义下,提出了一种基于随机退化建模的共载系统寿命预测方法。采用Wiener过程对部件退化的各个阶段进行建模,并将模型中退化速率分为固有退化速率和载荷影响两部分,给出了相应的参数估计方法。而后将系统寿命分布推导看作其反问题,通过研究系统中各部件逐一失效下的系统可靠性以推导出系统的寿命分布,同时推导了相应的剩余寿命预测方法。在部件可靠性计算时,不同于传统的将有部件失效后,新的退化阶段初值用其均值代替的方法,而是考虑了此初值在首达时间意义下的概率分布,使得部件的可靠性更符合实际。最后通过数值例子和实例研究验证了所提参数估计和寿命预测方法的有效性。 展开更多
关键词 共载系统 寿命预测 可靠性 首达时间 退化过程建模
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基于半随机滤波的线性退化设备剩余寿命预测 被引量:2
9
作者 朱旭 司小胜 +1 位作者 胡昌华 莫仁鹏 《电光与控制》 CSCD 北大核心 2022年第5期97-101,共5页
剩余寿命(RUL)预测是当前设备健康管理技术研究的核心。在现有的剩余寿命预测方法中,半随机滤波方法具有能够充分利用历史监测信息的优势,因而得到了广泛应用。然而,在现有的基于半随机滤波的剩余寿命预测研究中,半随机滤波模型需要的... 剩余寿命(RUL)预测是当前设备健康管理技术研究的核心。在现有的剩余寿命预测方法中,半随机滤波方法具有能够充分利用历史监测信息的优势,因而得到了广泛应用。然而,在现有的基于半随机滤波的剩余寿命预测研究中,半随机滤波模型需要的初始寿命分布主要依赖数据拟合的方法获得,没有充分利用寿命数据和设备退化的先验知识。为解决该问题,提出了一种考虑设备退化先验知识的基于半随机滤波的线性随机退化设备剩余寿命预测方法。该方法依据线性随机退化设备的退化失效特点,采用逆高斯分布描述设备的寿命分布,利用半随机滤波技术预测设备的剩余寿命,其中,模型参数基于历史监测数据通过极大似然方法估计得到。最后,基于疲劳裂纹增长数据进行了验证,结果表明,所提方法能够有效提高剩余寿命预测精度。 展开更多
关键词 剩余寿命预测 半随机滤波 性能退化 逆高斯分布
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基于多粗粒度与注意力网络的轴承剩余寿命预测 被引量:2
10
作者 莫仁鹏 司小胜 +2 位作者 李天梅 朱旭 胡昌华 《中国测试》 CAS 北大核心 2021年第10期1-6,共6页
考虑到轴承的振动信号往往分布在多个时间尺度上,该文提出一种基于多粗粒度与注意力网络的轴承剩余寿命(RUL)预测方法。首先采用多尺度粗粒度操作处理轴承的原始振动信号,从而获得蕴含更丰富退化信息的多尺度信号,在网络中以多尺度池化... 考虑到轴承的振动信号往往分布在多个时间尺度上,该文提出一种基于多粗粒度与注意力网络的轴承剩余寿命(RUL)预测方法。首先采用多尺度粗粒度操作处理轴承的原始振动信号,从而获得蕴含更丰富退化信息的多尺度信号,在网络中以多尺度池化层来实现多尺度粗粒度操作;其次,基于大步幅卷积等网络层对多尺度信号进行深层特征提取、压缩、融合;此外,在网络中引入改进的卷积注意力模块为深层特征进行重标定,自适应地为不同通道和不同空间分配最佳权重;最后,将经注意力加权后的特征输入到前馈神经网络中映射得到RUL值。通过PRONOSTIA轴承数据进行实验分析,实验结果验证所提方法的有效性与优越性。 展开更多
关键词 剩余寿命预测 多粗粒度 注意力 轴承
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多源传感监测线性退化设备数模联动的剩余寿命预测方法 被引量:4
11
作者 李天梅 司小胜 张建勋 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第8期89-107,共19页
随着先进传感与监测技术的快速发展,实时获取随机退化设备的多源传感监测数据已成为现实,如何有效融合多源传感监测数据以实现随机退化设备剩余寿命的精准预测成为剩余寿命预测领域的研究前沿。针对多源传感监测的线性随机退化设备,提... 随着先进传感与监测技术的快速发展,实时获取随机退化设备的多源传感监测数据已成为现实,如何有效融合多源传感监测数据以实现随机退化设备剩余寿命的精准预测成为剩余寿命预测领域的研究前沿。针对多源传感监测的线性随机退化设备,提出了一种考虑随机失效阈值的数模联动剩余寿命预测新方法。该方法在离线训练过程中,基于多源传感历史数据提取的复合健康指标及据此线性随机退化建模预测的寿命,构建综合寿命预测值与设备实际寿命的均方误差及寿命预测方差的优化目标函数,形成复合健康指标提取与随机退化建模的反馈闭环,对多源传感器融合系数和复合健康指标对应的随机失效阈值分布参数进行优化调整,以实现复合健康指标提取与随机退化建模的自动匹配,即数模联动。在线预测时,根据提出的数模联动方法,融合实际运行设备的多源传感监测数据以获取复合健康指标,然后采用随机模型对其演变过程进行建模。同时,为使模型实时反映设备当前状况,提出了一种退化模型参数的贝叶斯更新方法,在此基础上基于首达时间得到了考虑设备失效阈值随机性的剩余寿命概率分布。最后,基于航空发动机的多源传感监测数据,验证了所提方法在改善复合健康指标特性和提高剩余寿命预测准确性方面的有效性和优势。 展开更多
关键词 多源传感监测 剩余寿命预测 数模联动 退化建模 线性随机模型
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基于机器学习的设备剩余寿命预测方法综述 被引量:123
12
作者 裴洪 胡昌华 +3 位作者 司小胜 张建勋 庞哲楠 张鹏 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期1-13,共13页
随着科学技术的发展和生产工艺的进步,当代设备日益朝着大型化、复杂化、自动化以及智能化方向发展。为保障设备安全性与可靠性,剩余寿命(Remaining useful life,RUL)预测技术受到了普遍关注,同时得到了广泛应用。传统的统计数据驱动方... 随着科学技术的发展和生产工艺的进步,当代设备日益朝着大型化、复杂化、自动化以及智能化方向发展。为保障设备安全性与可靠性,剩余寿命(Remaining useful life,RUL)预测技术受到了普遍关注,同时得到了广泛应用。传统的统计数据驱动方法受模型的选择影响明显,而机器学习具有强大的数据处理能力,并且无需确切的物理模型和专家先验知识,因而机器学习在剩余寿命预测领域表现出了广阔的应用前景。鉴于此,详细分析和阐述了基于机器学习的设备剩余寿命预测方法。根据机器学习模型结构的深度,将其分为基于浅层机器学习的方法和基于深度学习的方法。同时疏理了每类方法的发展分支与研究现状,并且总结了相应的优势和缺点,最后探讨了基于机器学习的剩余寿命预测方法的未来研究方向。 展开更多
关键词 剩余寿命预测 机器学习 神经网络 支持向量机 深度学习
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融合多传感器数据的发动机剩余寿命预测方法 被引量:37
13
作者 任子强 司小胜 +1 位作者 胡昌华 王玺 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第12期129-140,共12页
针对基于单一传感器数据的剩余寿命预测方法存在数据利用率低和预测精度不高的问题,论文提出了一种融合多传感器数据的发动机剩余寿命预测方法。首先将多个传感器数据融合成一个复合健康指标来表征发动机的退化性能,采用线性维纳过程对... 针对基于单一传感器数据的剩余寿命预测方法存在数据利用率低和预测精度不高的问题,论文提出了一种融合多传感器数据的发动机剩余寿命预测方法。首先将多个传感器数据融合成一个复合健康指标来表征发动机的退化性能,采用线性维纳过程对复合健康指标进行退化建模,通过极大似然估计方法确定模型参数,进而得到发动机的预测寿命。为了确定融合系数,提出了一种利用真实寿命与预测寿命的预测均方误差最小化的方法。融合系数确定后,基于训练发动机历史寿命数据,确定出模型参数的离线估计值;然后利用Bayesian公式,同时结合发动机的实时监测数据与参数的先验分布对模型参数进行实时更新,接着在首达时间的意义下推导出剩余寿命的概率分布,进而实现了发动机的剩余寿命在线预测。最后,选择商用模块化航空推进系统仿真数据集进行数值仿真实验,结果表明:相较于基于单一传感器的方法,论文所提方法能够提高剩余寿命预测的准确性,其剩余寿命预测的相对均方误差降低了2%左右。 展开更多
关键词 复合健康指标 线性维纳过程 极大似然估计 贝叶斯参数更新 剩余寿命预测
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A survey on life prediction of equipment 被引量:14
14
作者 Hu Changhua Zhou Zhijie +1 位作者 Zhang Jianxun si xiaosheng 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2015年第1期25-33,共9页
Once in the hands of end users, such durable equipment as spacecraft, aircraft, ships,automobiles, computers, etc. are in a state of debugging, working or storage. In either state, availability, reliability and super-... Once in the hands of end users, such durable equipment as spacecraft, aircraft, ships,automobiles, computers, etc. are in a state of debugging, working or storage. In either state, availability, reliability and super-efficiency are the ultimate goals, which have been achieved through constant monitoring as well as regular, preventive, routine and corrective maintenance. Although some advanced instruments can visualize certain invisible malfunctioning phenomena into visible ones, deeply hidden troubles cannot be found unless monitoring and testing data are addressed using tools that process the data statistically, analytically and mathematically. Some state-of-theart trouble-shooting and life-predicting techniques and approaches are introduced in this paper. 展开更多
关键词 寿命预测 设备 最终用户 故障现象 测试数据 数据统计 数学工具 预测技术
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考虑测试性设计缺陷修正延时的测试性增长模型建模与评价方法 被引量:2
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作者 李天梅 司小胜 +2 位作者 杨宗浩 徐从启 张琪 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第9期302-310,共9页
针对现有测试性增长模型忽略了测试性设计缺陷的修正延时过程,进而导致测试性增长模型(TGM)跟踪与预计精度低的问题,提出了一种考虑测试性设计缺陷修正延时的测试性增长模型建模理论与方法。首先分析测试性设计缺陷识别与修正之间的延... 针对现有测试性增长模型忽略了测试性设计缺陷的修正延时过程,进而导致测试性增长模型(TGM)跟踪与预计精度低的问题,提出了一种考虑测试性设计缺陷修正延时的测试性增长模型建模理论与方法。首先分析测试性设计缺陷识别与修正之间的延时机理,得到剩余测试性设计缺陷(TDL)具有先增后减的铃形变化趋势;在此基础上,分别以Gamma、Raleigh和Delay-S 3种曲线拟合剩余测试性设计缺陷(RTDL)变化趋势,研究建立基于以上3种曲线考虑修正延时的测试性增长模型;最后,以某机载稳定跟踪平台测试性增长试验数据验证测试性增长模型拟合、跟踪及预计效能。研究结果表明:基于该测试性增长试验数据,Gamma曲线可以精确地拟合剩余测试性设计缺陷变化规律,测试性增长模型跟踪和预计精度可达到10^-2数量级。 展开更多
关键词 测试性增长模型 测试性设计缺陷 修正延时 GAMMA曲线 Rayleigh曲线 Delay-S曲线
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