專利名稱：一種基于灰色支持向量機的多應(yīng)力加速壽命試驗預(yù)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于壽命預(yù)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于灰色支持向量機的多應(yīng)力加速壽命試驗壽命預(yù)測方法。
背景技術(shù)：
加速壽命試驗(Accelerated Life Testing, ALT)方法是快速評定長壽命高可靠產(chǎn)品壽命與可靠性指標(biāo)的一種有效途徑。利用加速壽命試驗數(shù)據(jù)對產(chǎn)品正常應(yīng)力水平下的壽命特征進行評估的關(guān)鍵在于建立壽命特征與應(yīng)力水平之間的關(guān)系，即通常所說的加速模型，又稱加速方程。目前，針對加速模型的研究中，單應(yīng)力加速模型相對比較成熟，如關(guān)于溫度應(yīng)力的 Arrhenius模型和Eyring模型，關(guān)于電應(yīng)力的逆冪率模型和指數(shù)模型等。然而，產(chǎn)品在實際使用中受到的環(huán)境應(yīng)力是復(fù)雜的，比如會同時受到溫度、振動和濕度等應(yīng)力的影響。實際上，也正是這些應(yīng)力的綜合效果影響了產(chǎn)品的壽命。因此，在加速試驗中引入綜合應(yīng)力，不僅可以縮短試驗時間、提高試驗效率，而且可以更精確的模擬實際環(huán)境條件，得到更可信的結(jié)果。但是，多應(yīng)力加速模型的建立卻存在兩個難以克服的困難首先，多應(yīng)力情況下各種不同的應(yīng)力引起的失效機理不一樣，同時不同應(yīng)力之間也存在著相互耦合的作用，很難找出一個合適的應(yīng)力壽命關(guān)系；其次，即使通過經(jīng)驗的或統(tǒng)計的方式確定了一個加速模型，隨著模型考慮的因素越來越多，其形式也變得越來越復(fù)雜，模型中待定參數(shù)的增加急劇地加大了似然方程組的求解困難，甚至耗費了大量的計算也難以搜索到最優(yōu)解。另外，采用事先假定加速模型的方法對加速壽命試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，即使建立的加速模型再好，也會存在與實際情況不完全符合的問題，這種方法本身就存在一定的系統(tǒng)誤差。參考文獻[1]張慰，姜同敏，李曉陽，黃領(lǐng)才.基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多應(yīng)力加速壽命試驗預(yù)測方法，航空學(xué)報，2009，30 (9)，1691-1696中提出了一種基于BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多應(yīng)力ALT試驗預(yù)測方法，這種方法雖然避免了建立多應(yīng)力加速模型存在的問題，但是卻采用對失效數(shù)據(jù)進行指數(shù)擬合再抽樣的方法以獲得足夠多的訓(xùn)練樣本，這種不可逆人為擬合丟失了部分信息，給預(yù)測結(jié)果帶來了一定的系統(tǒng)誤差。另外，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模還存在不可復(fù)現(xiàn)性、精度較低等問題，且需要大量訓(xùn)練樣本，不適合小樣本情況?；疑到y(tǒng)理論是鄧聚龍教授于1982年提出的，是一種主要研究少信息和不確定性的理論。灰色建模過程包含三個基本操作累加生成操作(Accumulated Generating Operation, AGO)，灰色建模禾口逆累力口生成操作(Inverse Accumulated Generating Operation, IAG0)。設(shè)有 η 維原始數(shù)據(jù)序列 x(0) = [x(0) (1)，x(0) (2)，· · ·，χ(0) (η)]，若對 χ(0) 進行如下計算
權(quán)利要求
1. 一種基于灰色支持向量機的多應(yīng)力加速壽命試驗預(yù)測方法，其特征在于包括以下幾個步驟步驟一、多應(yīng)力加速壽命試驗數(shù)據(jù)的收集對產(chǎn)品實施多應(yīng)力完全加速壽命試驗，設(shè)在第i個應(yīng)力水平Si下，投入Ni個產(chǎn)品進行試驗，則收集到第i個應(yīng)力水平下第j個產(chǎn)品發(fā)生失效的產(chǎn)品失效時間為，其中i = 0，. . .，k，k為應(yīng)力水平Si的個數(shù)，其中&表示正常應(yīng)力水平，S1, S2, ... , Sk^1, Sk表示加速應(yīng)力水平；步驟二、采用經(jīng)驗分布函數(shù)法確定可靠度步驟一得到產(chǎn)品失效時間、后，根據(jù)公式FJtij) = HtijVNi, i = 1，2，...，k，j = 1,2, ...,Ni獲取產(chǎn)品的經(jīng)驗分布函數(shù)，其中，F(xiàn)nUij)表示應(yīng)力水平Si下失效時間時刻的經(jīng)驗分布函數(shù)，Htij)表示時刻應(yīng)力水平Si下的產(chǎn)品累積失效數(shù),Ni表示加速應(yīng)力水平Si下的樣本量；采用經(jīng)驗分布函數(shù)法獲取產(chǎn)品在第i個應(yīng)力水平Si下失效時間時刻的產(chǎn)品失效時間可靠度 Raij)為 Raij) = I-FJtij) = I-HtijVNi, i = 1,2, . . .，k，j = 1,2, · · ·，Ni ；步驟三、產(chǎn)品失效時間數(shù)據(jù)的級比檢驗分別獲取各應(yīng)力水平下產(chǎn)品失效時間數(shù)據(jù)的級比σ (j) = Iii^ZtijA = 1，2，···，k，j = 2，3，···，Ni;并判斷各應(yīng)力下產(chǎn)品失效時間數(shù)據(jù)的級比是否均落入?yún)^(qū)間(e—內(nèi)；如果沒有落入該區(qū)間內(nèi)，對所有產(chǎn)品失效時間數(shù)據(jù)、進行方根處理，然后再獲取各加速應(yīng)力下經(jīng)方根處理后的產(chǎn)品失效時間數(shù)據(jù)^ 的級比，并判斷級比是否都落入?yún)^(qū)間(e-內(nèi)，如果仍未落入，繼續(xù)對產(chǎn)品失效時間數(shù)據(jù)^進行方根處理， 直至方根處理后的產(chǎn)品失效時間落入?yún)^(qū)間(β-2/(巧+1)，e2/(Wi+1))內(nèi)； 步驟四、產(chǎn)品失效時間數(shù)據(jù)進行累加生成操作對各應(yīng)力水平下滿足級比檢驗要求的經(jīng)過方根處理后的產(chǎn)品失效時間數(shù)據(jù)進行累加生成操作，若未進行方根處理即滿足級比檢驗則為原始產(chǎn)品失效時間數(shù)據(jù)，得到AGO生成序列t' u，將與t' υ相對應(yīng)的AGO生成序列可靠度記為R(t' ,j)； 步驟五、構(gòu)造支持向量機預(yù)測模型將各應(yīng)力水平Si進行累加生成操作后的AGO生成序列t' ,j分別進行歸一化處理，以分別進行歸一化處理后的應(yīng)力水平和AGO生成序列可靠度R(t' ,j)作為輸入向量，相應(yīng)的歸一化處理后的AGO生成序列t' υ作為目標(biāo)向量，采用Meve Gunn SVM Matlab軟件包， 建立支持向量機預(yù)測模型，其中核函數(shù)選擇為徑向基核函數(shù)； 步驟六、采用構(gòu)造的支持向量機模型進行預(yù)測采用經(jīng)驗分布函數(shù)法獲取受試產(chǎn)品在正常應(yīng)力水平下&的可靠度R(t' ^，將正常應(yīng)力水平下&和可靠度值R(t' 0J)輸入構(gòu)造的支持向量機預(yù)測模型，得到正常應(yīng)力水平&下的AGO生成序列預(yù)測值‘；步驟七、對AGO生成序列預(yù)測值作還原處理首先對正常應(yīng)力下的AGO生成序列預(yù)測值‘進行逆累加生成操作IAG0，得到IAGO生成數(shù)據(jù)；然后再根據(jù)步驟三中是否進行了方根處理以及方根處理的次數(shù)，對IAGO生成數(shù)據(jù)Hgg進行(^T5平方處理，其中rq表示步驟三中方根處理的次數(shù)，則正常應(yīng)力下的失效時間預(yù)測值為‘=(^。廣； 步驟八、壽命分布擬合對正常應(yīng)力下的失效時間預(yù)測值&進行壽命分布檢驗，采用最小二乘法對正常應(yīng)力下的失效時間預(yù)測值&及其對應(yīng)的可靠度進行擬合，得到受試產(chǎn)品在正常應(yīng)力水平下的可靠度曲線，通過可靠度曲線得到產(chǎn)品的壽命信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于灰色支持向量機的多應(yīng)力加速壽命試驗預(yù)測方法， 其特征在于所述的步驟一中應(yīng)力水平Si的個數(shù)k滿足k > 2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于灰色支持向量機的多應(yīng)力加速壽命試驗預(yù)測方法， 其特征在于所述的應(yīng)力水平Si是由多種不同的應(yīng)力類型綜合確定的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種基于灰色支持向量機的多應(yīng)力加速壽命試驗預(yù)測方法，其特征在于所述的應(yīng)力水平Si是由應(yīng)力類型溫度、電壓和振動綜合確定的。
全文摘要
本發(fā)明提出一種基于灰色支持向量機的多應(yīng)力加速壽命試驗預(yù)測方法，屬于壽命預(yù)測技術(shù)領(lǐng)域，包括多應(yīng)力加速壽命試驗數(shù)據(jù)的收集、采用經(jīng)驗分布函數(shù)法確定可靠度、產(chǎn)品失效時間數(shù)據(jù)的級比檢驗、產(chǎn)品失效時間數(shù)據(jù)的累加生成操作、構(gòu)造支持向量機預(yù)測模型、采用構(gòu)造的支持向量機模型進行預(yù)測、對AGO生成序列預(yù)測值作還原處理和壽命分布擬合八個步驟。本發(fā)明提出的一種基于灰色支持向量機的多應(yīng)力加速壽命試驗預(yù)測方法，不需要知道具體的加速模型和產(chǎn)品壽命分布等信息就可以進行預(yù)測，從而避免了建立加速模型的困難和預(yù)測中系統(tǒng)誤差的引入，不需要求解復(fù)雜多元似然方程組，對不同的產(chǎn)品或應(yīng)力種類有較強的工程適用性和通用性。
文檔編號G06K9/62GK102270302SQ20111020304
公開日2011年12月7日 申請日期2011年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月20日
發(fā)明者姜同敏, 孫富強, 李曉陽 申請人:北京航空航天大學(xué)