基于复杂性能退化模型的产品寿命预测方法

图书标准信息

• 作者 刘天宇
• 出版社 电子工业出版社
• 出版时间 2024-05
• 版次 1
• ISBN 9787121478789
• 定价 80.00元
• 装帧 其他
• 开本 其他
• 页数 212页
• 字数 224千字

【内容简介】

性能退化理论是开展高可靠、长寿命产品寿命预测的基础。传统寿命预测方法，包括可靠性评估与剩余寿命预测，多基于简单性能退化模型展开，较适用于实验室条件下获取的理想规律退化数据。然而，产品在实际工况下，退化过程往往存在应力时变、退化特征多元、退化趋势非线性等复杂特征，须结合工程实际对简单退化模型做出适当改进。本书以工程中常见的几类复杂退化现象为例，在其基础上探讨退化建模与寿命预测中涉及的关键技术，包括退化模型构建与参数估计、产品总体可靠性评估与寿命分布估计、产品个体在线模型更新与剩余寿命预测等，旨在为产品设计研发、改进升级、运维管理等提供决策支持。

【目录】

目  录
第1章  绪论001
1.1  引言002
1.2  国内外研究现状009
1.2.1  性能退化建模与可靠性评估方法综述010
1.2.2  数据驱动的剩余寿命预测方法综述016
1.3  本书内容安排024
1.3.1  存在的问题024
1.3.2  本书章节安排026
第2章  基础知识029
2.1  引言030
2.1  寿命预测概述030
2.1.1  寿命与剩余寿命031
2.1.2  寿命与可靠度032
2.1.3  寿命预测、可靠性评估与剩余寿命预测033
2.2  常见退化模型034
2.2.1  退化轨道模型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  随机过程模型041
2.3  加速试验理论043
2.3.1  加速试验介绍043
2.3.2  加速应力类型044
2.3.3  加速模型045
第3章  复杂应力剖面下退化轨道建模及寿命预测049
3.1  引言050
3.2  退化轨道模型052
3.2.1  研究动机052
3.2.2  传统退化轨道模型053
3.2.3  改进的退化轨道模型055
3.3  可靠性评估058
3.3.1  寿命分布估计058
3.3.2  可靠性指标估计060
3.4  实例分析061
3.4.1  基础知识061
3.4.2  试验介绍063
3.4.3  退化建模066
3.4.4  可靠性评估069
3.5  本章小结072
第4章  考虑应力加速的Wiener过程建模及寿命预测075
4.1  引言076
4.2  考虑应力加速效应的Wiener过程模型077
4.3  模型初始参数估计079
4.4  基于贝叶斯公式的模型参数在线更新080
4.5  剩余寿命预测084
4.5.1  未来恒定应力剖面下剩余寿命预测084
4.5.2  未来时变应力剖面下剩余寿命预测086
4.6  案例分析088
4.6.1  背景介绍088
4.6.2  仿真设计093
4.6.3  结果与讨论096
4.7  本章小结107
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第5章  考虑应力加速―补偿的Wiener过程建模及寿命预测109
5.1  引言110
5.2  考虑应力加速―补偿效应的Wiener过程建模110
5.2.1  改进Wiener过程模型110
5.2.2  考虑复合应力的锂离子电池容量退化建模与可靠性评估112
5.3  退化模型初始参数估计115
5.4  基于贝叶斯公式的模型参数在线更新117
5.5  剩余寿命预测119
5.5.1  未来恒定应力剖面下剩余寿命预测119
5.5.2  未来时变应力剖面下剩余寿命预测123
5.6  案例分析124
5.6.1  背景介绍124
5.6.2  初始参数估计与模型验证125
5.6.3  结果与讨论126
5.7  本章小结130
第6章  基于二元Wiener过程的退化建模及寿命预测133
6.1  引言134
6.2  基于二元Wiener过程的退化建模136
6.2.1  二元Wiener过程基本性质136
6.2.2  二元Wiener过程首达时分布137
6.3  二元Wiener过程模型初始参数估计138
6.4  基于贝叶斯公式的模型参数在线更新141
6.5  剩余寿命预测143
6.6  仿真案例145
6.6.1  仿真设计145
6.6.2  参数更新147
6.6.3  剩余寿命预测150
6.7  应用实例153
6.8  本章小结160
第7章  基于Copula函数的二元退化建模及寿命预测163
7.1  引言164
7.2  基于Copula函数的多元退化建模165
7.2.1  一元Wiener过程退化建模165
7.2.2  Copula函数介绍166
7.2.3  多元退化建模168
7.3  初始参数估计169
7.4  可靠性评估170
7.5  剩余寿命预测171
7.5.1  粒子滤波算法介绍171
7.5.2  在线参数更新与剩余寿命预测173
7.6  仿真案例174
7.6.1  仿真1174
7.6.2  仿真2176
7.6.3  仿真3179
7.7  本章小结181
参考文献182
表目录
表2.1  常见退化轨道函数037
表3.1  常见加速退化模型056
表3.2  锂离子电池容量退化轨道模型参数估计068
表3.3  不同温度下锂离子电池伪寿命069
表3.4  锂离子电池可靠性指标点估计结果与80%置信区间估计结果071
表4.1  锂离子电池容量退化模型初始参数估计结果093
表4.2  四种应力剖面下锂离子电池剩余寿命预测结果101
表5.1  各单体电池参数估计值125
表6.1  固定效应参数敏感性分析结果151
表7.1  τ与α对应关系表175

图目录
图1.1  基于性能退化的可靠性评估方法示意图004
图1.2  基于性能退化的剩余寿命预测方法示意图005
图1.3  应力对产品退化过程影响示意图008
图1.4  双性能参数退化过程示意图009
图1.5  本书各章节关系图028
图2.1  不同类型产品的寿命单位031
图2.2  寿命与剩余寿命关系示意图031
图2.3  剩余预测方法体系及思路图034
图2.4  基于失效数据的寿命分布估计与可靠性评估035
图2.5  基于退化数据的寿命分布估计与可靠性评估036
图2.6  首达时与非首达时示意图036
图2.7  伪寿命法示意图038
图2.8  解析法示意图039
图2.9  退化量分布模型示意图040
图2.10  Gamma过程示意图042
图2.11  Gamma分布示意图043
图2.12  典型加速应力剖面045
图3.1  复杂温度应力剖面下锂离子电池容量退化曲线053
图3.2  利用伪寿命法推断产品寿命分布示意图055
图3.3  锂离子电池充放电原理图062
图3.4  复杂温度应力剖面下某型号锂离子电池容量退化曲线064
图3.5  锂离子电池通用退化轨道模型拟合效果图065
图3.6  复杂温度应力剖面下通用退化轨道模型拟合误差与温度对比图066
图3.7  改进后的退化轨道模型拟合效果图068
图3.8  Cell 1在各温度应力等级下的伪寿命外推示意图070
图3.9  不同温度应力等级下锂离子电池可靠度曲线070
图3.10  寿命分布位置参数 与温度拟合图071
图3.11  锂离子电池可靠度随循环次数和温度变化图072
图4.1  三种充放电倍率下锂离子电池容量退化曲线090
图4.2  漂移系数与应力线性拟合结果091
图4.3  参数a的先验分布092
图4.4  参数b的先验分布092
图4.5  仿真过程中用到的四种应力剖面094
图4.6  应力剖面1下容量退化仿真结果095
图4.7  应力剖面2下容量退化仿真结果095
图4.8  应力剖面3下容量退化仿真结果096
图4.9  应力剖面4下容量退化仿真结果096
图4.10  应力剖面1下RL概率密度曲线097
图4.11  应力剖面1下RL特征量098
图4.12  应力剖面2下RL概率密度曲线098
图4.13  应力剖面2下RL特征量098
图4.14  应力剖面3下RL概率密度曲线099
图4.15  应力剖面3下RL特征量099
图4.16  应力剖面4下RL特征量099
图4.17  应力剖面4下基于仿真得到的剩余寿命直方图100
图4.18  本章方法与传统剩余寿命预测方法结果对比图（应力剖面1）103
图4.19  本章方法与传统剩余寿命预测方法结果对比图（应力剖面2）103
图4.20  本章方法与传统剩余寿命预测方法结果对比图（应力剖面3）104
图4.21  本章方法与传统剩余寿命预测方法结果对比图（应力剖面4）104
图4.22  本章方法与传统方法相对预测误差对比图（应力剖面1）105
图4.23  本章方法与传统方法相对预测误差对比图（应力剖面2）105
图4.24  本章方法与传统方法相对预测误差对比图（应力剖面3）106
图4.25  本章方法与传统方法相对预测误差对比图（应力剖面4）106
图5.1  LiFePO4锂离子电池容量随温度变化曲线[142]112
图5.2  锂离子电池容量退化轨迹124
图5.3  Cell 3电池退化模型结果126
图5.4  22℃下电池容量退化轨迹仿真结果（第50次循环之后）127
图5.5  常应力下RL预测结果128
图5.6  不同方法RL预测误差对比128
图5.7  非恒定应力下剩余寿命预测结果129
图5.8  非恒定应力下不同方法RL预测误差对比130
图6.1  二元退化型产品剩余寿命预测总体思路135
图6.2  基于二元Wiener过程仿真得到的双参数退化轨道样本146
图6.3  某个体样本退化轨道预测结果147
图6.4  仿真案例中超参数 逐步更新曲线148
图6.5  仿真案例中超参数 逐步更新曲线149
图6.6  仿真案例中超参数 逐步更新曲线149
图6.7  仿真案例中超参数 逐步更新曲线149
图6.8  仿真案例中超参数 逐步更新曲线150
图6.9  仿真案例样本的剩余寿命预测结果151
图6.10  本章方法与Gebraeel方法剩余寿命平均预测误差对比图152
图6.11  锂离子电池容量―能量二元退化过程154
图6.12  锂离子电池退化模型超参数 逐步更新曲线155
图6.13  锂离子电池退化模型超参数 逐步更新曲线155
图6.14  锂离子电池退化模型超参数 逐步更新曲线156
图6.15  锂离子电池退化模型超参数 逐步更新曲线156
图6.16  锂离子电池退化模型超参数 逐步更新曲线156
图6.17  基于二元Wiener过程的锂离子电池剩余寿命预测结果157
图6.18   时刻锂离子电池剩余寿命分布157
图6.19   时刻锂离子电池剩余寿命分布158
图6.20   时刻锂离子电池剩余寿命分布158
图6.21   时刻锂离子电池剩余寿命分布159
图6.22  本章方法与传统单一性能参数剩余寿命预测方法预测误差对比图160
图6.23  本章方法与传统忽略相关性剩余寿命预测方法预测误差对比图160
图7.1  考虑/忽略退化特征量相关性对寿命分布预测结果的影响176
图7.2  存在一定相关性下的二元退化轨迹仿真图（ ）177
图7.3  二元退化模型随机效应参数更新过程（ ， ， ）177
图7.3  二元退化模型随机效应参数更新过程（ ， ， ）178
图7.4  剩余寿命预测结果（ ， ， ）178
图7.5  相关性较低情形下的二元退化轨迹仿真图（ ）179
图7.6  二元退化模型随机效应参数更新过程（ ， ， ）180
图7.7  剩余寿命预测结果（ ， ， ）180