退化数据分析与剩余寿命预测:基于Wiener过程方法的综述

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"本文是一篇关于退化数据分析和剩余使用寿命预测的综述文章,重点讨论了基于Wiener过程的方法。作者包括Zhengxin Zhang、Xiaosheng Si、Changhua Hu和Yaguo Lei,分别来自中国西安的自动化研究所和西安交通大学的制造系统工程国家重点实验室。文章在2017年1月收到,2018年2月接受,并于同年2月在线发布。关键词涉及可靠性、退化建模、剩余使用寿命、Wiener过程、预测与健康管理以及基于状态的维护。" 退化数据分析是研究设备或系统性能随时间逐渐下降的过程,这种下降可能由磨损、疲劳、腐蚀等因素引起。在许多领域,如航空航天、电力系统、机械工程等,对设备的健康状态进行实时监控和准确预测其剩余使用寿命(RUL)至关重要,因为这有助于实现可靠、安全且经济的操作。 Wiener过程是一种广泛应用于随机过程理论的连续时间随机过程,它描述了物体性能随时间的连续随机变化。在退化数据分析中,Wiener过程常被用来模拟设备性能的平滑退化路径,尤其是在没有突然故障的情况下。这种方法可以提供一个数学框架,用于估计设备的未来状态并预测其可能的失效时间。 文章首先介绍了退化建模的基本概念和重要性,强调了它在预测和健康管理(PHM)中的核心地位。然后,详细探讨了基于Wiener过程的不同退化模型,这些模型考虑了各种因素,如初始退化水平、退化速度以及随机扰动。作者还可能分析了这些模型在处理不完整或有噪声的数据(退化数据)时的适用性和挑战。 接下来,文章可能会深入到如何利用这些模型进行RUL预测,包括数据采集、预处理、参数估计和预测模型的选择。在这一部分,作者可能讨论了不同的统计方法,如滤波理论(如卡尔曼滤波)、贝叶斯方法和机器学习算法,以及它们在处理退化数据中的应用。 此外,文章还会涉及基于状态的维护策略,这是利用退化数据预测来优化维护决策的一种方式。通过预测设备的RUL,可以安排预防性维护,避免不必要的早期维护成本,同时减少因设备突然失效导致的损失。 最后,作者可能会总结当前研究的局限性,并提出未来的研究方向,比如改进模型的复杂性和适应性,处理非线性退化,或者开发更有效的数据处理技术来应对现实世界中的退化数据分析问题。 这篇综述提供了对退化数据分析和基于Wiener过程的RUL预测方法的全面理解,对于从事预测性维护和健康管理领域的研究人员和工程师来说,是一份宝贵的参考资料。通过深入研究这些方法,可以提高设备的运行效率,降低维护成本,保障系统的稳定性和安全性。