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編輯推薦

適讀人群 ：1、航空航天領域産品設計、研發、試驗技術人員參考書； 2、高可靠長壽命高性能民用産品設計、研發、試驗技術人員參考書； 3、高等院校工科專業教學、科研參考書。
《小子樣復雜係統可靠性信息融閤方法及其應用》適閤航空航天和高端民品領域研究小子樣産品可靠性評估和壽命預測的科研人員參考，也可供相關專業的研究生和技術人員閱讀.

內容簡介

《小子樣復雜係統可靠性信息融閤方法及其應用》共6章，其中第1章為緒論，重點介紹多源可靠性信息融閤技術研究現狀及可靠性信息收集與整理的規範，第2~5章為作者近年來在小子樣復雜係統多源可靠性信息融閤方嚮上的一些研究成果，包括同總體同環境多源驗前信息加權融閤方法、同總體變環境多源信息融閤方法、變總體多源信息融閤方法以及性能退化信息融閤方法，希望這些融閤方法對讀者有所幫助，第6章總結與展望.

目錄

第1章緒論1
1.1研究的工程背景及意義1
1.2多源可靠性信息的收集與整理4
1.2.1可靠性信息的來源4
1.2.2可靠性信息的特徵5
1.2.3可靠性數據的收集要求6
1.2.4可靠性數據的收集程序與方法6
1.2.5數據適用性7
1.2.6多源信息的分類8
1.2.7航天産品可靠性信息的重要來源8
1.2.8建立多源可靠性信息數據庫係統9
1.3可靠性信息融閤技術研究現狀11
1.3.1同狀態産品多源信息的加權融閤12
1.3.2不同環境條件下可靠性信息的融閤12
1.3.3可靠性增長信息融閤16
1.4存在的問題及解決問題的思路18
1.4.1存在的問題18
1.4.2解決問題的思路20
1.5主要內容和創新點21
1.5.1主要內容和結構安排21
1.5.2創新點22
第2章多源驗前信息加權融閤方法25
2.1引言25
2.2基於相關函數的綫性融閤方法26
2.2.1相關函數27
2.2.2墓於相關函數的多源信息融閤方法28
2.2.3示例30
2.3基於充分性測度的綫性融閤方法31
2.3.1未知參數是個模糊概念32
2.3.2充分性測度的公理化定義32
2.3.3種特殊的充分性測度33
2.3.4基於充分性測度確定融閤權重因子33
2.3.5示例34
2.4基於最大熵矩估計的綫性融閤方法35
2.4.1相關基本概念35
2.4.2最大熵矩估計融閤方法36
2.4.3示例38
2.5基於灰關聯分析的綫性融閤方法39
2.5.1灰關聯基本理論39
2.5.2基於灰關聯分析的Baves信息融閤41
2.5.3示例44
2.6基於綫性經驗Bayes估計的綫性融閤方法45
2.6.1綫性經驗Bayes基本理論45
2.6.2基於綫性經驗Bayes估計的多源信息融閤模型46
2.6.3示例48
2.6.4結論50
2.7基於修正證據組閤規則的綫性融閤方法50
2.7.1DS證據理論及修正閤成公式50
2.7.2基於修正證據組閤規則的多源可靠性信息融閤54
2.7.3示例分析56
2.8基於平均互倍息熵的綫性融閤方法57
2.8.1基於平均互信息熵的融閤方法57
2.8.2示例59
2.8.3結論59
2.9基於模糊邏輯算子的非綫性融閤方法60
2.9.1模糊邏輯算子60
2.9.2模糊邏輯信息融閤方法62
2.9.3示例63
2.10本章小結65
第3章基於環境因子的信息融閤方法67
3.1引言67
3.1.1環境因子研究的基本假設68
3.1.2環境因子的定義68
3.1.3常見壽命分布的環境因子69
3.2環境因子估計的隨機加權方法71
3.2.1液體火箭發動機性能可靠性定義及模型72
3.2.2用隨機加權法確定驗前分布73
3.2.3利用MLII方法確定修正因子75
3.2.4發動機性能可靠性評定76
3.2.5示例76
3.3環境因子的小概率估計法78
3.3.1Weibull分布環境因子分析的前提及其定義79
3.3.2環境因子的小概率估計79
3.3.3示例82
3.4環境因子的修正逆矩估計方法83
3.4.1Weibull分布環境因子K的修正逆矩估計霞83
3.4.2示例85
3.5本章小結86
第4章可靠性增長信息融閤方法87
4.1引言87
4.2基於中位秩的動態可靠性增長模型89
4.2.1建模思想89
4.2.2次序統計量和秩的概念90
4.2.3可靠性增長動態建模91
4.2.4示例93
4.3Weibull産品零失效下可靠性增長模型94
4.3.1建模恩想94
4.3.2零失效數據95
4.3.3配分布麯綫法及其存在的問題95
4.3.4可靠性增長動態建模96
4.3.5示例98
4.4小子樣復雜係統保守可靠性增長模型99
4.4.1建模思想概述99
4.4.2雙參數Weibull分布的有關特性100
4.4.3分階段研製係統可靠性保守增長模型101
4.4.4示例103
4.5多模失效係統的混閤可靠性增長模型104
4.5.1建模思想104
4.5.2經典AMSAA模型105
4.5.3混閤AMSAA可靠性增長模型105
4.5.4模型的求解算法108
4.5.5示例108
4.6基於相似信息融閤的固體火箭發動機貯存壽命預測110
4.6.1引言110
4.6.2貯存測試數據與模型假設111
4.6.3配分布麯綫法確定驗前信息Sk對應的貯存可靠度函數112
4.6.4由對數似然準則確定相似型號信息融閤權重112
4.6.5貯存壽命預測113
4.6.6示例114
4.6.7結論115
4.7本章小結116
第5章退化失效信息融閤方法118
5.1引言119
5.1.1退化失效問題研究的必要性119
5.1.2退化失效的基本概念120
5.1.3退化失效信息融閤技術研究的般步驟121
5.1.4退化失效模型的正則性124
5.2基於綫性隨機過程的退化失效建模126
5.2.1建模思想127
5.2.2性能退化過程分析的般模型127
5.2.3液體火箭發動機可靠性評定129
5.2.4示例132
5.3基於復閤Poisson過程的退化失效建模133
5.3.1建模思想133
5.3.2可靠性評定中引入復閤Poisson過程的必要性135
5.3.3退化特性參數和失效判據135
5.3.4退化軌道模型136
5.3.5可靠性評定139
5.3.6示例141
5.4退化失效環境因子問題研究142
5.4.1建模思想142
5.4.2退化失效環境因子的定義143
5.4.3基於復閤Poisson過程的退化失效環境因子144
5.4.4復閤Poisson過程環境因子的統計推斷145
5.4.5示例147
5.5基於係統性能退化信息的可靠性增長分析147
5.5.1建模思想148
5.5.2性能退化的綫性隨機過程模型148
5.5.3係統可靠性增長評定149
5.5.4係統可靠性增長分析153
5.5.5示例154
5.6本章小結155
第6章總結與展望158
6.1本書的主要貢獻158
6.2進步研究的展望160
參考文獻161
索引170

精彩書摘

第1章緒論
可靠性是産品在規定的時間內和規定的條件下完成規定功能的能力[1]，它已成為決定産品市場競爭能力的重要指標．可靠性評定是可靠性工程的重要組成部分，亦即根據産品的可靠性結構、壽命模型及試驗信息，利用統計方法，對評價産品可靠性的指標給齣估計的過程．它是對係統的可靠性進行定量控製的必要手段，其目的是衡量係統的可靠性是否達到預期設計的目標，驗證産品可靠性設計的閤理性，指齣産品的薄弱環節，為改進設計製造工藝指明方嚮，從而加速産品研製的可靠性增長過程[2-6]．在可靠性試驗分析領域，對航天産品復雜係統的可靠性評定是工程技術中一直睏擾研究人員的難題之一．這是由於對於復雜係統，如運載火箭、載人飛船、通信衛星等，其可靠性試驗代價昂貴且周期長，現場試驗數據很少，基於大樣本理論的可靠性評定方法在應用上有一定睏難．實際上，在産品的設計、研製、生産、使用等各個環節，都存在對産品可靠性評定有用的信息，所以，在可靠性試驗分析與評定過程中，隻有充分挖掘這些信息的潛力，纔能得齣準確、可信的評定結論．信息融閤技術，以其廣闊的時空信息覆蓋範圍，強大的信息綜閤和提取能力，越來越成為信息處理領域的強有力工具，它所揭示的倍息處理思想和方法論，可以很好地解決復雜係統可靠性試驗分析和評定中現場樣本量不足的瓶頸問題．鑒於此，本書針對小子樣復雜係統的可靠性信息融閤技術展開研究，解決同總體同環境試驗數據、不同環境下的試驗數據、變總體試驗數據、性能退化數據(degradationdata)等可靠性信息的科學利用與融閤問題．
1.1研究的工程背景及意義
航空航天産品和高端民品的可靠性評定，曆來受到設計、試驗和使用部門的高度重視．在航天産品諸如運載火箭發動機、載人飛船、神光UI大型能源裝置等復雜係統的可靠性試驗分析與評定中，齣現瞭大量的小子樣問題，此時，要得到客觀可信的評定結論，關鍵就是要閤理地、充分地利用有關可靠性信息．
例如，在對我國現役的氫氧發動機——長徵三號甲係列運載火箭的三級主發動機進行可靠性試驗的分析與評定中發現，由於液體火箭發動機試驗費用昂貴，鑒定試驗的樣本量很小．經典評定方法錶明，該型發動機可靠性已基本達到要求值，但由於對試驗信息的利用不夠充分，要進一步提高可靠性尚需進行大量試驗．實際上，該型發動機在分階段研製過程中，性能不斷改進，因此，若能充分閤理地利用産品各階段試驗中的小子樣、變總體可靠性信息，則可以在很大程度上提高産品可靠性評定結論的置信度，大大減少産品定型的風險．研究一種能充分有效地利用變總體試驗信息的融閤技術具有重要的理論和工程意義．
又如，載人飛船熱控循環泵係統可靠性分析，循環泵的各種試驗信息均為定時截尾零失效數據(zero-failuredata)，此時傳統的基於失效數據的可靠性評定方法在應用上遇到一定的睏難．而通過泵的可靠性試驗，對其可靠性進行評定，驗證泵的可靠性是否達到所要求的可靠性指標，是一項重要的工作．因為循環泵是載人飛船溫控係統中液體冷卻迴路正常運轉的關鍵設備．如循環泵運轉不正常，將直接導緻液體冷卻迴路係統熱控製的全部失效，雖然在設計中已經采用瞭備份手段，以保證迴路的正常工作，但是最終要求還是要提高泵自身的可靠性．因此，需要研究如何充分融閤産品研製中的有關可靠性信息，在極少失效甚至零失效的情況下，預計和評定産品可靠性．
神光III大型能源裝置是我國國傢高技術研究發展計劃(863計劃)高科技攻關項目，其關鍵器件電容器可靠性分析中，現有的方法一般是利用壽命數據，通過Weibull分布模型進行統計分析，雖然這種評定方法易於搡作，但需要大量的壽命數據纔能保證評定結果的可信度．而強激光能源模塊高儲能密度電容器屬於試驗費用昂貴的産品，不可能投入大量樣品進行壽命試驗．實際生産中一般隻進行短時間的性能測試試驗，試驗中，可以實時跟蹤測量參試樣品的電容量等性能參數的變化情況，由電容器的工作原理和試驗數據來看，隨著電容器充放電次數的增加，其電容量會逐漸下降，當電容量退化到一定程度時，電容器便無法完成規定功能，即進入瞭失效狀態．於是，在壽命數據缺乏的情況下，需要充分利用性能測試數據，研究基於性能退化數據的信息融閤技術，對電容器進行可靠性分析與評定．
工程實踐錶明，小子樣復雜係統可靠性信息的特點是：小樣本現場試驗信息和多種可利用的多源驗前信息．事實上，由於研製周期和研製經費的製約，現場試驗隻能為小樣本．而在進行復雜係統設計、研製的過程中，為瞭使其能夠滿足性能指標的要求，必須進行嚴格的質量控製和工程管理．在一係列的工程研製活動中，將會獲得係統各個單元在不同環境、不同條件下的多種試驗信息，可以概括為如下幾種．①單元及分係統試驗信息．由於航空航天産品的復雜性，對單元和分係統進行大量的可靠性試驗以彌補係統級試驗的不足．②仿真試驗信息+可靠性仿真作為一門新興的可靠性技術正在興起，可靠性仿真試驗信息可以為復雜係統可靠性評定提供驗前信息．③相似係統的信息．相關型號的武器係統可以為可靠性評定提供驗前信息，但是必須清楚相關型號武器係統之間的可靠性繼承關係．④係統在不同環境下的試驗信息，為瞭考核係統的環境適應性或進行加速壽命試驗，係統經常需要在不同環境下進行可靠性試驗，這種試驗要求各組成單元或係統的失效機理不變．⑤專傢的工程經驗．在可靠性或安全性分析領域，專傢意見或工程經驗往往是十分重要的驗前信息．⑥曆史信息，包括單元或係統以往的各種試驗信息．
鑒於復雜係統可靠性信息的上述特點，經典的試驗分析與評定方法受到瞭一定的挑戰，因為經典的試驗統計分析是在大樣本的前提下進行的．如果試驗數較少，則經典統計方法的置信度不高，或者說作統計評定時，將冒較大的風險．從信息論的角度來看，隻有充分利用各種相關可靠性信息，纔能對復雜係統有較深刻的認識．因此，近年來發展迅速的以Bayes方法為基礎的小子樣理論，成為對復雜係統進行試驗分析和可靠性評定的一種重要手段．小子樣理論，並不是“少用信息”的理論，叫、子樣”是指現場試驗數少，但在評定過程中，運用現場信息的同時，還充分利用其相關多源驗前信息．而上述眾多的驗前信息，既為産品可靠性試驗分析與評定提供瞭更多的信息，同時這些具有更多不確定性的信息（與係統級現場試驗相比）也可能給評定決策帶來更多的風險）
因此，要解決小子樣可靠性分析與評定中存在的問題，需要研究的共性技術，就是小子樣復雜係統的可靠性信息的融閤技術，即要在現場試驗數據為小樣本的情況下，評定産品的可靠性水平並提高評定精度，必須通過一定的途徑擴大信息量．從某種意義上說，復雜係統嗬靠性綜閤評定的過程也就是閤理融閤各種可靠性信息的過程．當前，可靠性信息融閤方法的研究正處於研究發展階段，有大量問題需要解決，因此，研究一套係統化、工程化的可靠性信息融閤技術是可靠性工程發展的必然要求．
本書的研究工作正是建立在這樣一個工程需求背景下，以小子樣復雜係統可靠性信息融閤技術為基本研究內容，以進一步提高復雜係統的試驗分析與可靠性評定水平為研究目標，以理論與工程應用相結閤開展研究．基於信息融閤思想的可靠性評定，就是充分利用各種時空條件下多種信息源的信息，進行關聯、處理和綜閤，以獲得關於係統可靠性的更完整和更準確的判斷信息，從而進一步形成對係統可靠性的可信評定或預測，這種評定方法不僅是一種處理復雜可靠性數據的方法，也是建立和諧有效的人機協同可靠性數據處理環境的基礎．研究小子樣復雜係統可靠性信息融閤技術的意義在於：科學的可靠性信息融閤技術，可以在復雜係統現場試驗小子樣的前提下，提高其可靠性試驗分析與評定的可信度，最終實現小子樣復雜係統可靠性評定水平的提高．同時，也為充分利用各種試驗信息奠定理論基礎，從而可有效融閤多源可靠性信息，分析和改進裝備的性能指標，並驗證實際的性能是否滿足設計要隸．這對減少試驗經費，縮短研製周期，閤理安排試驗項目有重要的作用．因此，對小子樣復雜係統可靠性信息融閤技術的研究具有重大的理論價值和工程應用價值．
1.2多源可靠性信息的收集與整理
隨著可靠性及維修性工作的深入發展，可靠性數據的收集與整理工作越來越顯示齣其重要的價值和作用．有效的信息和數據是開展可靠性、維修性、保障性分析工作的基礎，是決策的依據，在産品的壽命周期中，可靠性數據的收集整理與分析伴隨著各階段的可靠性工作而進行．在工程研製階段需要收集和分析同類型産品的可靠性數據，以便進行方案的對比和選擇，而此階段的研究和試驗所産生的可靠性數據的收集和分析階段，將為其産品的改進和定型提供科學的依據；生産階段可靠性數據的分析和評估，反映瞭産品的設計和製造水平；而用階段收集和分析的可靠性數據對産品的設計和製造的評價最具權威性，因為它反映的使用及環境條件最真實，參與評估的産品數量較多，其評估結果反映瞭産品趨嚮成熟期或達到成熟期時的可靠性水平，是該産品可靠性工作的最終檢驗，也是今後開展新産品的可靠性設計和改進設計的最有益的參考．
1.2.1可靠性信息的來源
可靠性信息是指在各項可靠性工作及活動中所産生的描述産品可靠性水平及狀況的各種數據，它們可以是數字、圖錶、符號、文字和麯綫等
可靠性數據的來源貫穿於産品的設計、製造、試驗、使用和維修等整個過程．具體她說，可靠性信息由以下一些主要內容及來源構成：
(l)研製任務書或閤同中規定的以及不同階段産品實際達到的可靠性、維修性、安全性(R＆M＆S)指標；
(2)可靠性大綱、維修性大綱、保障性大綱及其評審報告；
(3)可靠性、維修性指標的分配及預計結果；
(4)有關故障性的分析報告；
(5)故障報告、分析和糾正措施及其效果；
(6)性能試驗，環境試驗，耐久性試驗，可靠性試驗，維修性試驗，維修性驗證試車、試飛及試航等結果與分析報告：
(7)嚴重異常、一般異常的質量與可靠性問題分析、處理及其效果；
(8)生産中對不閤格品的分析及處理情況；
(9)生産中産品驗收及例行試驗閤格率；
(10)産品的使用狀況及故障、缺陷信息；
(11)産品的貯存可靠性信息；
(12)産品的使用壽命信息；
(13)産品的維修方式、周期、工時和費用信息；
(14)維修差錯及其後果統計；
(15)通用和專用保障設備的種類及清單；
(16)保障設備的供應情況及存在的主要問題；
(17)使用維修人員的技術水平統計；
(18)産品的R&M;＆S綜閤分析報告等．
總的來說，可靠性信息主要從兩方麵得到：一是從實驗室進行可靠性試驗中得到，稱為試驗數據；二是從産品實際使用現場中得到，稱為現場數據．
1.2.2可靠性信息的特徵
1．信息的分散性和相關性
可靠性信息存在於産品壽命周期的各個階段，並産生於各有關部門和人員的實踐之中，體現瞭它的分散性，但各種信息之間往往又相互聯係、相互影響，從而又具有相關性．這一特點決定瞭可靠性信息的收集與整理工作是一項多層次、多環節且相互關聯的工作．
2．信息發生的隨機性和度量上的時間性
在可靠性活動中，隨時都可能産生可靠性信息，但什麼時間會産生什麼樣的信息卻是隨機的，另外，産品的可靠性一般均與其工作時間（或次數）有關，因而可靠性的度量一般均用與工作時間有關的單位或概率來錶示．這一特點決定瞭可靠性信息收集和整理的特殊性．
3．信息的潛在價值
可靠性信息是一項潛在的、豐富的社會資源，有待於人們去開發，隻有對分散的、大量的原始信息有目的地進行收集、篩選，整理，並加以科學的分析處理，它們纔能成為有用的信息．由於人們對可靠性信息的認識、管理和技術水平的不同，所以開發齣的信息價值將會有很大的差異，信息開發的程度及其效益取決於各自對信息的駕馭能力．
4．信息的繼承性和時效性
隨著産品的更新換代，可靠性信息資源的寶庫不斷豐富，它們可以被積纍或繼承，新一代産品能吸收過去的經驗，從而不斷提高産品的R&M;&S;水平．另外，可靠性信息又有很強的時效性，信息的價值會隨著時間的推移而衰減．有的信息一經生成，就需及時傳輸到有關單位，否則就可能造成嚴重的後果．因此，可靠性信息收集整理工作既是一項長期性的工作，又是一項具有很強的時效性的工作．
1.2.3可靠性數據的收集要求
1．真實性
不論在實驗室還是在使用現場，所記錄的數據必須如實代錶産品狀況，特彆是對産品故障的描述

前言/序言

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