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乏信息可靠性分析 版权信息
- ISBN:9787030549969
- 条形码:9787030549969 ; 978-7-03-054996-9
- 装帧:一般胶版纸
- 册数:暂无
- 重量:暂无
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乏信息可靠性分析 内容简介
这是一本论述乏信息可靠性评估与预测方法的学术专著,内容包括:乏信息可靠性分析的基本概念,二参数威布尔分布可靠性评估,三参数威布尔分布可靠性评估与假设检验,失效数据的可靠性模型评估,无失效数据的可靠性预测,制造过程的可靠性评估,机械产品的品质实现可靠性评估,性能数据驱动的可靠性演变过程预测,性能保持可靠性演变过程预测,服役精度保持可靠性动态预测,性能稳定性与可靠性关系分析,以及性能不确定性与可靠性关系分析等。
乏信息可靠性分析 目录
前言
**篇 失效数据与无失效数据的可靠性分析
第1章 乏信息可靠性分析的基本概念 1
1.1 可靠性的基本概念 1
1.1.1 可靠性的含义与表征 1
1.1.2 寿命测度 2
1.1.3 数据类型 2
1.1.4 可靠性估计方法 3
1.2 可靠性分析中的问题 6
1.3 乏信息的基本概念 7
1.3.1 乏信息及其特征 7
1.3.2 乏信息融合原理 8
1.4 主要研究内容 10
第2章 二参数Weibull分布可靠性评估 11
2.1 概述 11
2.2 小样本定时截尾下二参数Weibull分布可靠性置信区间的自助*大熵评估 11
2.2.1 基本思路 11
2.2.2 极大似然法 12
2.2.3 自助*大熵法 13
2.2.4 寿命及其可靠性的自助*大熵评估 15
2.2.5 实验研究与讨论 16
2.3 本章小结 21
第3章 三参数Weibull分布可靠性评估与假设检验 22
3.1 概述 22
3.2 三参数Weibull分布可靠性评估 22
3.2.1 参数真值及其置信区间估计 22
3.2.2 可靠性真值函数及其置信区间函数估计 29
3.3 三参数Weibull分布可靠性假设检验 30
3.3.1 三参数Weibull分布估计真值函数和置信区间函数 30
3.3.2 假设检验否定域 31
3.3.3 假设检验方法与步骤 33
3.4 案例分析 33
3.4.1 仿真案例 33
3.4.2 直升机部件案例 35
3.4.3 陶瓷材料案例 38
3.5 参数估计方法的对比分析 40
3.5.1 矩法 40
3.5.2 概率加权矩法 42
3.5.3 极大似然法 42
3.5.4 贝叶斯法 43
3.5.5 案例分析 49
3.6 三参数Weibull分布可靠性实验研究 51
3.6.1 实验原理 51
3.6.2 实验数据 52
3.6.3 可靠性评估 54
3.6.4 假设检验 56
3.7 本章小结 56
第4章 失效数据的可靠性模型评估 58
4.1 概述 58
4.2 二参数对数正态分布和二参数Weibull分布可靠性模型评估 59
4.2.1 实验数据 59
4.2.2 可靠性模型 60
4.2.3 参数估计 60
4.2.4 可靠性模型评估方法的验证 62
4.2.5 实验案例分析 67
4.2.6 二参数对数正态分布和二参数Weibull分布可靠性模型的对比分析 74
4.3 三参数对数正态分布和三参数Weibull分布可靠性模型评估 74
4.3.1 三参数对数正态分布可靠性模型 75
4.3.2 三参数对数正态分布的参数估计方法及验证 75
4.3.3 三参数对数正态分布实验案例分析 81
4.3.4 三参数Weibull分布可靠性模型 88
4.3.5 三参数对数正态分布和三参数Weibull分布可靠性模型的对比分析 91
4.4 改进的*大熵可靠性模型评估 91
4.4.1 改进的*大熵可靠性模型 91
4.4.2 实验案例分析 96
4.5 可靠性模型的对比分析 101
4.6 改进的*大熵可靠性模型的适应性评估 102
4.6.1 仿真案例研究 102
4.6.2 实验案例研究 112
4.7 失效数据可靠性灰自助评估 117
4.7.1 基于失效数据的灰自助概率密度函数 117
4.7.2 基于失效数据的可靠性函数 119
4.7.3 案例研究 119
4.7.4 结果分析 125
4.8 本章小结 125
第5章 无失效数据的可靠性预测 127
5.1 概述 127
5.2 无失效数据可靠性的灰自助预测 127
5.2.1 失效数据累积分布的灰自助法评估 127
5.2.2 基于估计累积分布的失效数据可靠性模型 129
5.2.3 案例研究 129
5.2.4 讨论 136
5.3 无失效数据可靠性的自助*大熵预测 137
5.3.1 无失效数据可靠性模型建立 138
5.3.2 案例研究 142
5.3.3 讨论 146
5.4 无失效数据可靠性的多层自助*大熵预测 146
5.4.1 多层自助*大熵预测原理 147
5.4.2 可靠性函数的真值估计与区间估计 149
5.4.3 案例研究 150
5.5 本章小结 164
第二篇 品质实现可靠性评估
第6章 机械制造过程的可靠性评估 165
6.1 概述 165
6.2 基于乏信息融合技术的机床加工误差调整 166
6.2.1 引言 166
6.2.2 有关机床加工误差调整的乏信息融合技术 167
6.2.3 案例研究 175
6.3 磨削系统运行状态的可靠性评估 180
6.3.1 引言 180
6.3.2 构建磨削系统运行状态的可靠性模型 181
6.3.3 案例研究 187
6.3.4 讨论与分析 193
6.4 磨削系统运行状态演变的可靠性评估 195
6.4.1 引言 195
6.4.2 构建磨削系统运行状态演变的可靠性模型 196
6.4.3 案例研究 198
6.4.4 讨论与分析 207
6.5 基于灰关系模糊法的磨削过程变化程度评估 208
6.5.1 引言 208
6.5.2 磨削过程变化程度的评估模型 209
6.5.3 案例研究 213
6.6 本章小结 220
第7章 机械产品的品质实现可靠性评估 221
7.1 概述 221
7.2 品质实现可靠性模型建立 221
7.2.1 实验数据收集 221
7.2.2 实验数据品质分级 222
7.2.3 品质实现可靠性模型 224
7.3 品质影响因素权重的确定 224
7.3.1 灰绝对关联度 225
7.3.2 灰相对关联度 225
7.3.3 灰综合关联度 226
7.3.4 灰等价关系系数 227
7.4 机械产品品质实现可靠性的真值及真值区间估计 228
7.5 品质实现可靠性实验研究 230
7.5.1 30204圆锥滚子轴承实验研究 230
7.5.2 30204圆锥滚子轴承模拟实验研究 242
7.6 本章小结 250
第三篇 性能可靠性演变过程的动态预测
第8章 机械产品性能数据驱动的可靠性演变过程预测 251
8.1 概述 251
8.2 机械产品性能的评估指标 252
8.3 性能未来运行信息的混沌预测 252
8.4 伴随性能数据的运行时间数据序列 256
8.5 伴随性能数据的产品可靠性预测 257
8.6 预测步骤 258
8.7 实验与讨论 259
8.8 本章小结 263
第9章 性能保持可靠性演变过程预测 264
9.1 概述 264
9.2 性能保持可靠性预测 265
9.2.1 引言 265
9.2.2 数学模型 265
9.2.3 实验研究 270
9.3 性能保持可靠性变异过程的力学特征预测 276
9.3.1 引言 276
9.3.2 数学模型 277
9.3.3 实验研究 280
9.4 基于新贝叶斯方法性能保持可靠性预测 288
9.4.1 引言 288
9.4.2 数学模型 288
9.4.3 实验研究 292
9.5 本章小结 297
第10章 超精密滚动轴承服役精度保持可靠性的动态预测 298
10.1 概述 298
10.2 数学模型 300
10.2.1 混沌预测方法 300
10.2.2 灰自助法 302
10.2.3 *大熵原理 304
10.2.4 泊松过程 305
10.2.5 建模基本思路 307
10.3 实验研究 308
10.3.1 时间序列实现混沌预测 309
10.3.2 真值评估与区间预测 312
10.3.3 服役精度保持可靠性的动态预测 315
10.3.4 服役精度保持相对可靠度 319
10.4 本章小结 321
参考文献 322
乏信息可靠性分析 节选
**篇 失效数据与无失效数据的可靠性分析 第1章 乏信息可靠性分析的基本概念 本章在介绍可靠性的含义与表征、寿命测度、数据类型、可靠性估计方法等基本概念后,提出可靠性分析中的具体问题,然后介绍乏信息及其特征与乏信息融合原理等基本概念,为后续章节的乏信息可靠性分析奠定基础。 1.1 可靠性的基本概念 1.1.1 可靠性的含义与表征 可靠性是指单元在给定的环境、条件与时间内完成规定功能的能力。这种能力可以用一个可靠性函数量化表征,可靠性函数的具体取值称为可靠度或无失效概率,属于概率论范畴。 单元是一个广义概念,泛指观察的对象,如元件、产品、系统、过程、活动等,都可以作为单元的具体表征。时间也可以从广义上理解,如活动的长度和次数等。单元运行到失效的时间称为寿命。 设单元的运行时间为t?[0,∞),若单元运行到失效的时间为T,则可靠性函数为 (1-1) 式中,P(T>t)为单元在时间t时的无失效概率,T为单元的失效时间。 积累分布函数即失效概率函数为 (1-2) 概率密度函数为 (1-3) 失效率即风险率为 (1-4) 在概率论中,失效时间T被看作一个随机变量。若已知单元失效时间T的概率密度函数为f(t),则有 (1-5) (1-6) (1-7) 1.1.2 寿命测度 单元寿命测度可以用寿命均值、寿命方差(或标准差)与剩余寿命评估[1]。 寿命均值即数学期望为 (1-8) 寿命方差为 (1-9) 寿命标准差为 (1-10) 若单元运行到时间t时尚未失效,则其剩余寿命为 (1-11) 剩余寿命被看作一个随机变量,其数学期望即平均剩余寿命为 (1-12) 1.1.3 数据类型 涉及可靠性分析的数据主要有失效数据、无失效数据和混合数据三种类型。失效数据是指观测单元一直运行到失效时所记录的时间数据,无失效数据是指观测单元无失效运行到某个时刻所记录的时间数据,混合数据是指所记录的时间数据中同时包含失效数据和无失效数据。 数据类型也可分为完整数据和不完整数据。完整数据是指所记录的数据中或者完全是失效数据(称为完整失效数据),或者完全是无失效数据(称为完整无失效数据)。不完整数据是指所记录的数据是混合数据。 1.1.4 可靠性估计方法 可靠性估计即可靠性模型估计是可靠性分析的主要内容之一。可靠性估计有非参数估计和参数估计两种情形。 1.非参数估计 非参数估计通常基于数据,对无参数可靠性函数或可靠度进行估计,常用的方法有经验可靠度法[1]和*大熵法等。 1)经验可靠度法 假设通过观测获得一组寿命数据,用向量表示为 (1-13) 式中,T为寿命数据组成的向量,i为数据序号,ti为第i个数据,n为数据个数。可以用Johnson[2]方法对寿命数据的可靠度中位秩进行非参数估计,或者用Nelson[3]方法对寿命数据的可靠度期望值进行非参数估计,所得到的估计值统称为经验可靠度,可以用一个向量表示为 (1-14) 式中,R表示由经验可靠度组成的向量,r(ti)为经验可靠度(又称可靠性经验值)。 若经验可靠度用可靠度中位秩计算,则其公式为 (1-15) 式中,r(ti)为经验可靠度,i为数据序号,n为数据个数。 若经验可靠度用可靠度期望值计算,则其公式为 (1-16) 式中,r(ti)为经验可靠度,i为数据序号,n为数据个数。 经验可靠度是寿命数据的另一种表现形式,可以等价为可靠性的实验值。 若寿命数据中包含无失效数据,可将式(1-15)和式(1-16)中的i变为第i个失效数据的失效序号ri,并用Johnson[2]或Kaplan[4]的非完整数据的非参数估计方法计算ri与r(ti)。 在Johnson方法中,设有n个数据,其中有m个无失效数据,n-m个失效数据。对n个数据从小到大排序,得到编号序列向量J: (1-17) 再对失效数据从小到大排序,得到编号序列向量I: (1-18) 根据Johnson方法,第i个失效数据的失效序号为 (1-19) 式中,r0=0。 在Kaplan方法中,设有n个数据,对n个数据从小到大排序。若时间tj是失效数据,则记tj时的失效数据个数为dj;若时间tj是无失效数据,则记dj=0。设nj是包括tj及其之后的全部数据,则有 (1-20) 对于tj<t≤tj+1,经验可靠度为 (1-21) 2)*大熵法 *大熵法是根据信息分析中的*大熵原理,用有限个寿命数据ti构建一个使信息熵为*大的寿命概率密度函数f(t): (1-22) 式中,M为原点矩的*高阶数;为M+1个拉格朗日乘子,均为常数;t为描述寿命的时间变量。 在式(1-22)中,首个拉格朗日乘子λ0为 (1-23) 其他拉格朗日乘子的求解方程为 (1-24) 式中,R为时间变量t的积分空间,Mm为第m阶样本原点矩,m为样本原点矩序号,M为原点矩的*高阶数。 第m阶样本原点矩Mm由所观测到的寿命数据求出: (1-25) 式中,ti为第i个寿命数据,n为寿命数据个数,m为样本原点矩序号。 2.参数估计 参数估计通常基于数据,对可靠性函数中的参数进行估计。常用的参数估计方法有矩法、极大似然法和*小二乘法等。 1)矩法 矩法是用失效数据的各阶样本矩估计总体矩,进而求解概率密度函数中的各个参数,求解方程为 (1-26) 式中,ti是第i个寿命数据,n是寿命数据个数,f(t;Θ)是变量为t和参数向量为的概率密度函数,t是描述寿命的时间变量,K是概率密度函数的参数个数,θk是第k个参数,k是参数序号。 2)极大似然法 极大似然法基于失效数据和无失效数据构建出似然函数L(Θ),所求参数向量应使似然函数L(Θ)为*大: (1-27) 式中,ti是第i个数据,F是失效数据的序号集合,C是无失效数据的序号集合,f(ti;Θ)是时间变量t=ti时关于参数向量的概率密度函数,R(ti;Θ)是时间变量t=ti时关于参数向量的可靠性函数,K是参数个数,θk是第k个参数,k是参数序号。 3)*小二乘法 *小二乘法基于经验可靠度和可靠度函数构建误差函数Q(Θ),所求参数向量应使误差函数Q(Θ)*小: (1-28) 式中,ti是第i个寿命数据,r(ti)是经验可靠度,R(t;Θ)是时间变量t=ti时关于参数向量的可靠性函数,K是参数个数,θk是第k个参数,k是参数序号。 1.2 可靠性分析中的问题 可靠性理论的发展历史可以追溯到20世纪30年代初期,当时的工业产品质量控制已经开始涉及可靠性问题,并采用了统计方法[1]。 统计方法是应用*广泛的信息处理方法之一。早在17世纪,费尔玛等就提出了数学期望的概念。18世纪,统计理论已经得到关注。1794年,德国数学家、测量学家和天文学家高斯首先阐述了*著名的*小二乘法的基本原理[5,6]。而统计理论的具体技术应用可以追溯到19世纪初,当时,美国人口普查局用统计方法对人口死亡率进行过报道[7],加拿大多伦多采矿局的年鉴包含了安大略湖采矿工业的统计信息[8]。但*著名的应用是1805年法国数学家勒让德在《计算彗星轨道的新方法》和1809年高斯在《天体沿圆锥截面围绕太阳运动的理论》中对天文理论与观测数据的*小二乘处理。法国天文学家和数学家拉普拉斯1812年在分析概率论中*早给出了概率的定义,并设计了观测误差理论,提到了*小二乘法,给出了二项分布极限为正态分布这一定理的证明。高斯和勒让德的主要贡献包括误差分析、正态分布和*小二乘法[5,6,9]等。到19世纪中期,据美国国家技术情报局报道,有关统计学应用的案例已数以千万计,内容已延伸到社会学、渔业、医学、光学、军事和工业等领域[5,10-14]。从19世纪末到20世纪上半叶,皮尔逊、费希尔和奈曼等数学家的杰出工作创立了经典统计学[9,15]。从此,经典统计学的理论和方法在社会科学和自然科技领域里得到广泛应用。多年来,统计学的持续应用也持续地推进着统计理论的发展,而统计学本身的某些缺陷也逐渐暴露出来[5,9,15,16]。 统计学的*重要的理论基础是大数定律和中心极限定理。 大数定律论述了算术平均值的稳定性和频率的稳定性问题。频率的稳定性是指随着独立重复实验次数的增加,事件发生的频率逐渐收敛于事件的概率,当独立重复实验次数很大时,可以用频率代替概率;算术平均值的稳定性是指当相互独立的随机变量的个数无限增大时,它们的算术平均值几乎变成一个常数。 中心极限定理认为,许多随机变量是由大量的相互独立的随机因素综合影响形成的,其中每一个因素在总的影响中所起的作用很微小,当这种随机变量的个
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