基于核密度估计和随机滤波理论的齿轮箱剩余寿命预测方法

针对风电机组齿轮箱的剩余寿命预测过程中需要进行状态退化模型结构假设的问题,提出一种由核密度估计和随机滤波理论结合的实时剩余寿命预测方法。该方法利用从数据本身出发的核密度估计方法对齿轮箱连续退化状态的概率密度函数进行非参数估计,得到齿轮箱实时状态监测数据的退化状态概率密度函数;利用实时状态监测数据来更新随机滤波递推模型参数,从而预测齿轮箱的实时剩余寿命。通过齿轮箱的试验验证了该方法的有效性。     

基于随机滤波模型的齿轮箱剩余寿命预测研究

针对设备剩余寿命预测无法获取设备直接状态信息的问题,引入随机滤波模型,利用平时易于监测到的间接状态信息,来预测设备的剩余寿命.该模型采用贝叶斯递推理论,可以有效利用设备监测到的历史状态信息;针对小样本模型参数估计问题,采用主观数据和客观数据相结合的贝叶斯方法对模型的参数进行估计;最后,以齿轮箱全寿命实验为依据,利用该模...     

数字孪生驱动的航空发动机涡轮盘剩余寿命预测

为解决航空发动机涡轮盘剩余寿命在线预测难题,提出一种数字孪生驱动的涡轮盘剩余寿命预测方法。在建立数字孪生模型的过程中,首先,分析涡轮盘疲劳裂纹损伤机理,构建性能退化指标,建立涡轮盘性能退化过程的共性表征模型;其次,分析多种不确定性因素,采用状态空间模型建立涡轮盘性能退化过程的个性表征模型;然后,通过动态贝叶斯网络描述状态空间模型随时间的演化规律,建立涡轮盘性能退化过程的动态演化模型;最后,采用粒子滤波算法实现涡轮盘退化状态追踪和剩余寿命预测,从而完成涡轮盘性能退化数字孪生模型的建立。融合涡轮盘实时传感数据,通过贝叶斯推理实现对该数字孪生模型的动态更新。通过某型涡轮盘试验数据对该方法进行验证,结果表明该数字孪生模型能够较好地解决涡轮盘剩余寿命在线预测问题。     

数字孪生与深度学习融合驱动的采煤机健康状态预测

针对处于恶劣工作环境的采煤机状态预测与维护困难的问题,结合数字孪生高逼真度行为仿真特性和深度学习强大的数据挖掘能力,提出数字孪生与深度学习融合驱动的采煤机健康状态预测方法。基于物理空间多物理参数构建采煤机数字孪生体,通过在虚拟空间的可视化展示与分析实现健康状态预判;建立基于深度学习的采煤机关键零件剩余寿命预测模型,实现实时监测数据驱动下的零件剩余寿命的在线预测;综合数字孪生体状态和剩余寿命值,实现采煤机健康状态预测。通过试验验证了该方法的有效性,为采煤机健康状态预测与管理提供新思路。     

基于多通道融合及贝叶斯理论的刀具剩余寿命预测方法

刀具监测及可用剩余寿命(RUL)预测对降本增效及保证加工质量意义重大.针对单一传感器预测精度波动大、数据利用率低、可靠性低等问题,提出一种多通道信号融合及贝叶斯更新的刀具剩余寿命预测方法.通过计算多通道信号所提取特征的时间序列与对应时间矢量的斯皮尔曼等级相关系数对特征时序做单调性排序,取单调性得分高的特征用主成分分析进行融合并构建健康因子作为观测数据,基于贝叶斯理论及马尔科夫链蒙特卡洛采样估计退化模型参数,并随着时间推进及监测数据序贯可获,实时在线更新退化模型参数以逐渐逼近刀具磨损退化趋势,同时对每时刻剩余寿命进行迭代估计.所提方法可避免基于深度学习方法需要依赖大量全寿命数据离线训练预测模型且模型对新预测任务适应性有限的局限性.用PHM2010公开数据挑战赛中三槽球头硬质合金铣刀切削不锈钢过程磨损全寿命数据集验证了方法有效性.     

[数字孪生驱动的智能制造]数字孪生与深度学习融合驱动的采煤机健康状态预测

针对处于恶劣工作环境的采煤机状态预测与维护困难的问题，结合数字孪生高逼真度行为仿真特性和深度学习强大的数据挖掘能力，提出数字孪生与深度学习融合驱动的采煤机健康状态预测方法。基于物理空间多物理参数构建采煤机数字孪生体，通过在虚拟空间的可视化展示与分析实现健康状态预判；建立基于深度学习的采煤机关键零件剩余寿命预测模型，实现实时监测数据驱动下的零件剩余寿命的在线预测；综合数字孪生体状态和剩余寿命值,实现采煤机健康状态预测。通过试验验证了该方法的有效性，为采煤机健康状态预测与管理提供新思路。     

基于EKF-SSM的齿轮箱剩余寿命预测

齿轮箱的剩余寿命预测为维修人员做出维修更新决策提供重要信息。为解决在缺少历史数据和非线性非平稳运行状态下的齿轮箱剩余寿命预测难题,提出一种基于数据驱动的齿轮箱的剩余寿命方法。该方法首先根据齿轮箱振动信号特征值,通过状态空间模型(State Space Model,SSM)建立齿轮箱退化状态与特征值之间的关系,来描述齿轮箱的非线性动态变化。其次,当获取到新的信号时,通过扩展卡尔曼滤波(Extend Kalman Filter,EKF)估计准确的模型状态,EM算法(Experience Maximization,EM)估计状态空间模型的参数,根据更新的状态和模型递推预测未来特征值到达故障阈值的时间,从而估计出齿轮箱的剩余寿命。最后,运用齿轮箱全寿命试验数据对预测模型进行检验,实验结果表明该方法能利用实时监测的状态数据准确的预测齿轮箱的剩余寿命,具有较强的工程使用价值和通用性。     

一种融合多传感器数据的数模联动机械剩余寿命预测方法

随着传感和信息技术的发展,各式各样的传感器获取了机械装备海量的监测数据,让剩余寿命预测有"据"可依,推动机械剩余寿命预测进入了大数据时代。但由于数据类型多样、量大面广,如何利用丰富的多传感器数据,从中快速挖掘健康状态退化信息,指导寿命预测,成为大数据时代下机械寿命预测的全新挑战。基于模型的寿命预测方法大多仅针对单一监测数据进行建模分析,无法有效利用丰富的大数据资源。数据驱动的方法则过分依赖训练数据,缺乏必要的经验指引,方法的可解释性差。为了有效利用多传感器数据指导寿命预测,从数模联动的思路出发,建立了一种融合多传感器数据的数模联动寿命预测方法。采用一种通用的Wiener过程模型对健康状态退化过程进行描述,分别建立多源观测函数和多源映射函数对状态与数据之间的因果关系和关联关系进行描述,采用粒子滤波算法将多传感器数据与模型进行动态匹配,预测剩余寿命。在提出方法的统一框架指导下,选取三种特定模型对铣刀剩余寿命进行预测,验证了提出方法的有效性。     

基于UKF的轴承剩余寿命预测方法研究

针对轴承从早期故障发生到失效的非线性退化问题,提出一种基于无迹卡尔曼滤波算法(UKF)的轴承剩余寿命预测方法。该方法包括轴承性能评估和剩余寿命预测两个部分。在性能评估部分,首先利用轴承振动信号建立反映其健康状态的指数,基于对正常工作时指数的学习获得用于判断轴承健康状态的异常阈值并截取出轴承从早期故障发生到失效这一性能退化阶段的数据;在剩余寿命预测部分,利用双指数函数拟合分析轴承退化数据,构建出与轴承退化过程相符的非线性状态空间模型,模型参数利用Dempster-Shafer方法进行初始化后采用UKF算法对其进行更新,并预测轴承的剩余寿命。基于轴承全寿命周期试验数据的分析,结果显示所提方法有效地评估了轴承的健康状况,通过对比分析其他剩余寿命预测方法,发现所提方法较好地预测了轴承的剩余寿命。     

动态贝叶斯网络在设备剩余寿命预测中的应用研究

采用动态贝叶斯网络对设备剩余寿命进行预测,建立了基于动态贝叶斯网络模型的设备剩余寿命预测框架模型,运用动态贝叶斯网络的粒子滤波近似推理算法对加工过程中钻头寿命预测进行实例研究,结果表明了该方法的有效性.     

基于LSTM参数动态更新的滚动轴承剩余寿命预测

针对滚动轴承退化数据的复杂性和相关性,以及传统的寿命预测方法不能充分利用在线数据和非全寿命生命周期数据,从而导致预测精度不高的问题,提出了一种基于代价最小化的参数动态更新的LSTM预测模型.该模型采用离散小波变换对滚动轴承振动数据进行去噪,并提取时频域特征完成LSTM的训练与测试,利用在线监测数据滚动更新LSTM参数以提高预测精度.通过滚动轴承寿命试验证明,该模型可以准确预测滚动轴承剩余寿命,并且通过与BP神经网络和极限学习机的预测效果对比,验证了参数实时更新的LSTM模型在剩余寿命预测中的适用性.     

基于支持向量数据描述的剩余寿命预测方法

为了解决工业设备关键部件的故障预测问题,基于支持向量数据描述(SVDD),定义了表征设备部件健康状态的退化指数,并由此提出一种剩余寿命预测方法。首先利用小波包分解从历史传感器状态监测数据中提取特征向量;然后通过粒子群优化算法选择能够使训练集退化指数取值的变化趋势更加接近指数规律的核函数参数,进而利用目标部件处于健康状态的特征向量训练SVDD模型,得到相应的超球面;最后通过待测样本点和SVDD超球面间的距离计算退化指数,确定目标部件的健康状态并预测其剩余寿命。最后通过实验验证了所提剩余寿命预测方法的有效性。     

基于性能退化模型的万能式断路器操作附件实时剩余寿命预测

针对万能式断路器操作附件的个体差异性以及在实际使用过程中动作不频繁的特性,提出一种基于性能退化模型的万能式断路器操作附件实时机械剩余寿命(RUL)预测方法。不同于传统的RUL预测方法,该方法融合了操作附件的历史退化数据与实时更新的状态监测(CM)数据。首先,考虑到操作附件性能退化过程具有线性非单调的特点,建立基于Wiener过程的操作附件性能退化模型;其次,对操作附件的历史退化数据采用极大似然估计法和一维搜索法确定模型参数的先验分布;然后,运用贝叶斯方法并结合操作附件实时更新的CM信息对模型参数进行迭代更新;基于首达时间的概念建立了RUL预测模型,以实现对断路器操作附件实时RUL的预测。最后,通过操作附件的寿命数据对本文所提方法进行验证,结果表明本文方法不仅可实现操作附件的实时剩余机械寿命预测,同时相较于其他文献方法具有更高的预测精度。     

混凝土泵车砼活塞剩余寿命预测方法研究

为解决混凝土泵车砼活塞因无法实现预防性更换而经常导致非计划停机的问题,提出一套基于状态监测数据的砼活塞剩余寿命预测方法。由于状态监测数据是多变量、非线性的多源异构数据,且数据量较小,不能主观确定一种合适的预测算法,因此选用lightgbm、SVR和BP神经网络3种非线性回归算法分别建立了剩余寿命预测模型,对比了各模型预测误差,并使用了模型融合的方法,实现了较高的预测精度。最后对剩余寿命区间进行了预测误差分析,分析结果能够为砼活塞的预防性更换计划提供决策支持。     

基于无迹卡尔曼滤波的直升机主减速器剩余安全寿命预测

剩余寿命预测为管理者制定预防性维修策略以保证设备不发生非正常停机提供重要信息。针对设备状态呈现非线性变化以及工程实际中的实时性寿命预测要求,提出一种基于无迹卡尔曼滤波的在线剩余寿命预测方法。该方法首先建立状态空间模型描述设备的退化过程,然后利用监测信号使用无迹卡尔曼滤波估计模型的状态,并通过期望最大化算法估计模型的参数,进而利用当前时刻模型的状态和模型的参数递推求解设备的剩余寿命,最后将该方法应用于直升机主减速器的剩余安全寿命预测。结果表明:该方法能够较准确的在线预测出直升机主减速器的寿命。     

基于FA-LN-BiGRU的机械设备剩余寿命区间预测方法

针对数据驱动融合模型存在前后模型不匹配、关键信息丢失等问题,提出了一种端对端的预测方法,即基于特征注意力机制的对数正态分布和双向门控循环单元融合（feature attention-lognorm-bidirectional gated recurrent unit, 简称FA-LN-BiGRU）的剩余寿命区间预测方法。首先,利用特征注意力机制从多维度、非线性和大规模的传感器信号中提取出关键特征向量;其次,采用BiGRU网络从前向和后向2个方向对注意力加权特征的时变特性进行建模学习,并通过最大似然估计损失函数来训练网络参数,获得网络隐含状态输出向量的概率分布;最后,计算出基于对数正态分布的概率密度函数,实现设备剩余寿命（remaining useful life,简称RUL）不确定性的衡量。分析结果表明,对于运行条件复杂和故障模式多变的多维监测数据,所提方法能够深入挖掘性能退化信息,有效提高机械设备剩余寿命点预测和区间预测的准确度和可靠性。     

基于Gamma退化过程的剩余寿命预测及维修决策优化模型研究北大核心

通过研究产品故障发生的机理,建立了基于Gamma退化过程的状态空间模型,运用EM-PF参数估计方法对模型中的参数进行求解,确定模型的具体形式,进而得出产品剩余寿命的分布函数和概率密度函数。该剩余寿命预测方法将退化状态与故障阈值联系起来,从而降低了剩余寿命预测的误差,以轴承磨损量特征进行建模,完善了状态信息与剩余寿命之间的相互关系。利用剩余寿命的概率密度函数建立了以费用最小为目标的维修决策模型,确定最优的维修更换时间并实现维修决策的优化。最后用轴承寿命试验所得到的数据对模型进行了验证,实例结果证明该模型是可行有效的。     

基于二元维纳过程的轴承剩余寿命预测

提出了一种基于二元维纳过程的轴承剩余寿命预测方法。首先,分析轴承两个相互垂直方向上的振动信号,分别构建表征轴承健康状态的性能指标;其次,针对轴承性能退化过程的特点,建立基于维纳过程的二元退化模型;然后,利用AIC(akaike information criterion)信息准则选择合适的Copula函数分析两个性能指标间的相关特性,并计算轴承剩余寿命的联合概率密度函数;采用极大似然估计法在线更新模型参数,预测轴承未来时刻健康状态的变化情况并得到其剩余寿命;最后,通过轴承数据对所提方法进行了验证分析,结果表明,所提方法能够有效的预测轴承的剩余寿命,与基于一元维纳过程的剩余寿命预测方法相比,具有更好的预测精度。     

电子产品动态损伤最优估计与寿命预测

针对电子产品寿命预测中存在的不确定性因素影响,提出一种基于粒子滤波的电子产品动态损伤最优估计和寿命预测方法.首先建立了电子产品动态损伤HMM模型;分析了电子产品动态损伤和寿命预测中的不确定性因素;通过贝叶斯滤波模型,将寿命预测的不确定性问题转化为最优估计问题;利用粒子滤波算法求解出电子产品动态损伤的最优估计值,从而进行寿命预测;实验证明,该方法可有效消除系统和测量因素的干扰,明显提高电子产品剩余寿命预测的精度.     

预测腐蚀管道剩余寿命的新方法研究

针对概率统计方法预测腐蚀管道剩余寿命对数据样本要求大和预测精度低的问题,提出采用灰色预测理论对腐蚀管道进行了剩余寿命预测;针对传统GM(1,1)模型不能根据非等时距数据进行数据拟合、背景值构造误差大和新信息利用充分的问题对GM(1,1)模型进行了改进,并提出灰色预测理论对非等间隔数据处理的新方法。通过采用所建立腐蚀管道剩余寿命模型和改进GM模型对腐蚀管道剩余寿命的计算,证明了该方法的准确、简洁、可行与普适性。