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系统贮存可靠性模型及其统计分析 中文摘要 系统贮存可靠性模型 及其统计分析 摘要 本论文研究产品系统贮存可靠性的统计推断与可维修性策略及其优化。 在实际生活中，诸如大楼防火系统、船舶与飞行器中的救生系统、矿井安全系统、医疗 机械系统等各种应急设备，其整个寿命周期有相当长的时间处于贮存状态，要使这类产品在 经受长期贮存之后，能从贮存状态直接转入使用状态，其贮存可靠性都要有很好的保障。 关于产品系统贮存可靠性的理论基础很不完备，相应的统计方法、可维修性及其优化理 论也很少讨论。仅文献 4 1 - 4 2 基于指数分布及威布尔分布给出了具有初始失效的贮存可靠 性极大似然估计及最小二乘估计；文献 6 7 6 8 提出了成败型不完全数据模型及其参数的估 计理论与性质，但没有考虑产品贮存周期检测数据的统计分析。针对于贮存产品周期检测数 据及其维护策略，本论文作了以下几个方面的工作： 基于产品的性能参数导出了具有初始性能偏移时的性能贮存可靠性模型；在可靠 性寿命试验中，通常得到的是些删失数据，基于指数分布以及威布尔给出了这种 数据的一种完全化分析方法。 为弥补贮存失效数据的不足，基于b a y e 荫法及贮存成败型数据，得到了产品贮存 寿命置信区间： 基于指数分布及不同产品系统，建立了具有初始失效的周期检测贮存可靠性模型： i ) 检修后如新，贮存失效率增大； i i ) 检修后不如新，贮存失效率不变； i i i ) 检修后不如新，贮存失效率增大。 通过数据修正及模型统计分析，得到了修正后可靠度b a y e s 估计较优； 提出了产品系统具有贮存初始失效以及最低贮存可靠度为约束，检测消耗费用最 小为目标的系统最优定期检测与维护周期、产品更换周期和总预期消耗费用模型。 关键词：m l 估计，最小二乘估计，贮存可靠性，检测方针，成败型数据，置信区间。 图书分类号：0 2 1 3 2文献标志码：a 贵州大学理学院工业经济工程研究所 s t o r a g er e l i a b i l i t ym o d e lo f s y s t e ma n dd a t as t a t l s t i c a i a n a l y s i s ! ! 翌里型 s t o r a g er e l i a b i l i t ym o d e l so fs y s t e m sa n d t h e i r s t a t i s t i c a la n a l y s i s s u m m a r y t h es t a t i s t i c a li n f e r e n c eo fs t o r a g er e l i a b i l i t yf o rp r o d u c ts y s t e m sa n di t sm a i n t e n a n c e s t r a f e g i e sa r es t u d i e di nt h i st h e s i s i nt o d a y ss o c i e t y , av a r i e t yo fe m e r g e n c yi n s t a l l a t i o na n ds o m ee l e c t r o n i cd e v i c e s ， s u c ha sf i r ep r e v e n t i o ns y s t e mo fb u i l d i n g ，r e s c u es y s t e mi nw a t e r c r a f ta n da i r c r a f t ， m i n es a f e t ya s s e m b l ya n dm e c h a n i c a ls y s t e mi nm e d i c a lt r e a t m e n te t c ，a r eu s u a l l yi n s t o r a g ef o ral o n gt i m ed u r i n gt h e i rt o t a ll i f ec y c l e s w h e nt h e s ep r o d u c t sn e e dt ob e u s e da f t e ral o n gs t o r a g et i m e ，t h e i rr e l i a b i l i t ym u s tb ev e r yh i g hf o rb e i n ga b l et o f i n i s ht h e i rm i s s i o n s t h et h e o r yo fs t o r a g er e l i a b i l i t yi sf a ra w a yf r o mc o m p l e m e n tc o m p a r e dw i t ht h e o p e r a t i o n a lr e l i a b i l i t y t h e r e a r el i t t l ed i s c u s s i o n so nt h es t a t i s t i c a lm e t h o d s ， m a i n t a i n a b i l i t ya n di t so p t i m i z a t i o nt h e o r yi nt h el i t e r a t u r e b a s e do nt h ee x p o n e n t i a l d i s t r i b u t i o na n dw e i b u l ld i s t r i b u t i o n t h em le s t i m a t i o na n dl e a s ts q u a r e se s t i m a t i o n o fs t o r a g er e l i a b i l i t ya r eo n l ys h o w ni nt h el i t e r a t u r e 【4 1 - 4 2 】；i np a p e r s 【6 7 6 8 ，t h e m o d e lb a s e do nb i n o m i a ld a t ai sc o n s i d e ，red a n di t se s t i m a t i o nm e t h o d sa r ep r o v i d e d h o w e v e r , t h es t a t i s t i c a la n a l y s i sb a s e do np e r i o d i ci n s p e c t i o nd a t ao fp r o d u c t si n s t o r a g ei sr a r e l yd i s c u s s e di nt h el i t e r a t u r e i nt h i st h e s i s ，t h ef o l l o w i n gr e s e a r c ht o p i c s a r ec o n s i d e r e d ： 1 i no r d e rt om a k eg o o du s eo ft h ep r i o ri n f o r m a t i o nt om a k eu pt h ed e f i c i e n c yo f s t o r a g ef a i l u r ed a t a ，b a y e sm e t h o di sg i v e nh e r et oe s t i m a t et h ec o n f i d e n c el i m i t o fs t o r a g el i f eu p o nt h ef a i l u r e s u c c e s sd a t a 2 t h es t o r a g er e s i d u a ll i r ea n dr e l i a b l el i r ea r ed e d u c e ds i m p l y t h er e l i a b i l i t y b a s e do nt h ep e r f o r m a n c ep a r a m e t e ri sc o n s i d e r e d ，a n o t h e rt h ed u m m ys a m p l e a n a l y s i s i sg i v e nt oa n a l y z et h e c e n s o r i n gd a t a b a s e do nt h ee x p o n e n t i a l d i s t r i b u t i o na n dw j i b u l ld i s t r i b u t i o n 3 b a s e d 。o nt h ee x p o n e n t i a ld i s t r i b u t i o na n dt h ed i f f e r e n tp r o d u c ts y s t e m t h r e e t y p e so fs t o r a g er e l i a b i l i t y m o d e l sb a s e do nt h e p e r i o d i ci n s p e c t i o n a n d m a i n t e n a n c ew i t hi n i t i a lf a i l u r ea r eg i v e n ： l i k en e wa f t e rm a i n t e n a n c eb u ti n c r e a s i n gi nf a i l u r er a t e ； n o tl i k en e wa f t e rm a i n t e n a n c ea n df a i l u r er a t eu n c h a n g e d ； n o t1 i k en e wa f t e rm a i n t e n a n c ea n di n c r e a s i n gi nf a i l u r er a t e t h r o u g ht h ed a t am o d i f i c a t i o na n dm o d e l ss t a t i s t i c a la n a l y s i s ，t h eb a y e se s t i m a t e o ft h er e l i a b i l i t ya f t e rm o d i f i c a t i o ni ss u p e rt om l e s t i m a t e ； 4 i no r d e rt ok e e pi t sh i g hr e l i a b i l i t y ，t h ep e r i o d i ci n s p e c t i o na n dm a i n t e n a n c ea r e i n s t i t u t eo l i n d u s t r i a le c o n o m i c a le n g i n e e r i n gg u i z h o uu n i v e r s i t y s t o r a g er e l i a b i l i t y m o d e l o f r y s t e ma n d d a t as t a t i s t i c a l a n a t y s i s ! ! 璺里型 d o n ef o rh o l d i n gah i g h e l r e l i a b i l i t yt h a nap r e d e t e r m i n e dv a l u e 兄d u r i n gt h e s t o r a g e am o d e lo ft o t a le x p e c t e dc o s tu n t i lr e p l a c e m e n ta n d a l lo p t i m a lp e r i o d o fi n s p e c t i o nw h i c hm i n i m i z e si ta r eg i v e nf o rt h es y s t e mw i t hi n i t i nf a i l u r e k e yw o r d s ：m le s t i m a t e ，l e a s t - s q u a r e se s t i m a t e ，c o n f i d e n c ei n t e r v a l ，b i n o m i a ld a t a ，s t o r a g e r e l i a b i l i t y , i n s p e c t i o np l a n ，o p t i m i z a t i o n i n s t i t u t eo f i n d u s t r i a le c o n o m 把a le n g i n e e r i n gg u i z h o uu n i v e r s i t y t h e s i sf o rm a s t e r sd e g r e e p r e f a c e s t o r a g er e l i a b i l i t yi so n eo ft h ei m p o r t a n tq u a l i t ya t t r i b u t e so fp r o d u c t s al a r g e a m o u n to fr e s o u r c ei su s u a l l ys p e n to nt h er e l i a b i l i t yd e s i g n a n de v a l u a t i o nf o r p r o d u c t sw h i c hh a v e al o n gp e r i o do fs t o r a g e h o wt od e s i g n ，t e s ta n de v a l u a t i o no f t h es t o r a g er e l i a b i l i t yo fp r o d u c t sh a sr e c e n t l yb e e nb e c o m eo n ei m p o r t a n tr e s e a r c h a r e a d u r i n gt h es t u d y i n gy e a r sa sam a s t e rs t u d e n t ，ih a v el e a r n ts om u c hf r o mm yt u t o r i nt h ef i e l do f r e l i a b i l i t ye n g i n e e r i n g t h i st h e s i si n t e n d st om a k e a c o m p l e t e d e s c r i p t i o no fw h a tw eh a v ed o n es p e c i f i c a l l yo nt h et h e o r yo fs t o r a g er e l i a b i l i t ya n d t h e i ra p p l i c a t i o n si ns u c ha r e a s t h i st h e s i si st os t u d yt h es t o r a g er e l i a b i l i t yi nt h ef o l l o w i n gt o p i c s ： p a r a m e t e rd r i f t ：t h es t o r a g er e l i a b i l i t ym o d e lb a s e do nt h ep e r f o r m a n c e p a r a m e t e ra n dt h er e l i a b l el i f e ； d a t aa n a l y s i s ：c o n s t r u c t i o no fc o n f i d e n c el i m i t sf o rp r o d u c ts t o r a g el i f e b a s e do nt h ef a i l u r e s u c c e s sd a t ab yb a y e sm e t h o d ；p a r a m e t r i ce s t i m a t i o n b a s e do nc e n s o r e dd a t a ； s t o r a g er e l i a b i l i t ym o d e l sa b o u td i f f e r e n tp r o d u c ts y s t e mw i t hi n i t i a lf a i l u r e w h i c hn e e dt ob ei n s p e c t e da n dm a i n t a i n e dp e r i o d i c a l l y ； m o d e l sa b o u tt o t a le x p e c t e dc o s tu n t i lr e p l a c e m e n ta n do p t i m a lp e r i o do f i n s p e c t i o nw h i c hm i n i m i z e si t a b o u tp r o d u c ts y s t e m ，t h es y s t e mm u s tb e k e p tah i g h e rr e l i a b i l i t yt h a nap r e d e t e r m i n e dv a l u er ld u r i n gt h es t o r a g e t h eo r g a n i z a t i o no f t h i st h e s i si sa s f o l l o w s ： i nc h a p t e ro n e ，t h eb a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c ea b o u ts t o r a g er e l i a b i l i t yr e s e a r c h ， e x i s t i n gr e s e a r c hm e t h o d sa n dp a r t - w o r k s ，m a i nc o n t e n t sa n db a s i cf r a m e s a r e s h o w e d f u r t h e r ，t h eb a s i cc o n c e p t i o ni n v o l v e di na l lc h a p t e r si si n t r o d u c e d i nc h a p t e rt w o ，b a y e sm e t h o di sg i v e nt oe s t i m a t et h ec o n f i d e n c el i m i to fs t o r a g el i f e u p o nt h ef a i l u r e s u c c e s sd a t a ，w h i c hc a nm a k eg o o du s eo ft h ep r i o ri n f o r m a t i o nt o m a k eu pt h ed e f i c i e n c yo fs t o r a g ef a i l u r ed a t a o r i g i n a t e df r o mt h ee n g l n e e r i n g b a c k g r o u n d ，t h es t o r a g er e s i d u a ll i f ea n dr e l i a b l el i f ea r ed e d u c e ds i m p l y f u r t h e r m o r e ，t h er e l i a b i l i t ym o d e l sw i t hi n i t i a lp e r f o r m a n c ed r i f tb a s e do nt h ep e r f o r m a n c e i n s t i t u t eo f i n d u s t r i a le c o n o m i c a le n g i n e e r i n gg u i z h o uu n i v e r s i t y t l i e s i sf o rm a s t e r sd e g r e e p r e f a c e p a r a m e t e rd a t aa r ec o n s i d e r e d f o rt h ec e n s o r i n gd a t a ，t h ec o m p l e t e n e s sa b o u ti ti s s t u d i e d ，a n dt h es p e c i a le x a m p l e sb a s e do nt h ee x p o h e n t i a ld i s t r i b u t i o na n dw e i b u l l d i s t r i b u t i o na r ed e d u c e d i nc h a p t e rt h r e e ，b a s e do nt h ee x p o n e n t i a ld i s t r i b u t i o n ，t h r e e t y p e so fs t o r a g e r e l i a b i l i t ym o d e l so fs y s t e m sw i t hi n i t i a lf a i l u r e sw h i c hn e e dt ob ei n s p e c t e da n d m a i n t a i n e dp e r i o d i c a l l ya r es t u d i e d t h ep r o d u c t sw i l lb e l i k en e wa f t e rm a i n t e n a n c eb u ti n c r e a s i n gi nf a i l u r er a t e ： n o tl i k en e wa f t e rm a i n t e n a n c ea n df a i l u r er a t eu n c h a n g e d ； n o tl i k en e wa f t e rm a i n t e n a n c ea n di n c r e a s i n gi nf a i l u r er a t e t h em la n db a y e se s t i m a t i o n sa r eg i v e nf o rt h ep r o p o s e dm o d e l si nt h i sc h a p t e r i n a d d i t i o n ，o n em e t h o di sg i v e nt om o d i f yt h er e l i a b i l i t ye s t i m a t i o n sw h e nt h e ya r en o t c o n s i s t e n t ；t h ev i s u a l i z e dc o m p a r i s o no fd i f f e r e n te s t i m a t i o ni sp r o v i d e d i no r d e rt ok e e pi t sh i 曲r e l i a b i l i t y ，w ed ot h ep e r i o d i ci n s p e c t i o na n dm a i n t e n a n c et o h o l dah i g h e rr e l i a b i l i t yt h a nap r e d e t e r m i n e dv a l u e 也d u r i n gt h es t o r a g e i nc h a p t e r f o u r ，t w ok i n d so fp r o d u c ts y s t e m sw i t hi n i t i a lf a i l u r ea r ec o n s i d e r e d ：o n e s y s t e ma n d d o u b l e s y s t e m am o d e lo ft o t a le x p e c t e dc o s tu n t i lr e p l a c e m e n ta n da no p t i m a l p e r i o do fi n s p e c t i o nw h i c hm i n i m i z e si ta r eg i v e n a c k n o w l e d g m e n t s f i r s t ，1w o u l dl i k et ot h a n km ys u p e r v i s o rd r z h a om i n gf o rh i sc o n t i n u o u ss u p p o r t a n de n c o u r a g e m e n td u r i n gm ys t u d yi nt h em a s t e r sp r o g r a m m e ih a v el e a r n tf r o m h i mh o wt of o r m a l i z eq u e s t i o n sa n da c a d e m i ct h o u 譬h t s h es h o w e dm ed i f f e r e n t w a y st oa p p r o a c har e s e a r c hp r o b l e ma n dm a d et h ep r o b l e m su n d e r s t o o db ya s k i n g m eg o o dq u e s t i o n s m a n yt h a n k sa r ea l s od u et ot h ei n s t i t u t eo fi n d u s t r i a l e c o n o m i c a le n g i n e e r i n gh ee r e a t e d i th a sb e e naw o n d e r f u lw o r ki nt h ep a s tt h r e e y e a r sie x p e r i e n c e dn o to n l yf o ri t sg o o da c a d e m i ca n dr e s e a r c he n v i r o n m e n t ，b u t a l s of o ri t se n j o y a b l ea t m o s p h e r eo r d i n a r yl i f e ia l na l s og r a t e f u lt ot h ep r o f e s s o r sa n dr e s e a r c h e r sw h oh a v eg i v e nm ek i n ds u p p o r t a n ds u p e r v i s i o n ：x uf u r o n g ，as e n i o rr e s e a r c h e ri nc h i n aa c a d e m yo fl a u n c h v e h i c e lt e c h n o l o g y ( c a l t ) ；p r o f e s s o rf a n gx i a n g z h o n ga n dz h e nz h o n g g u oi n b e i j i n gu n i v e r s i t y ；s e n i o re n g i n e c r l ix i n j u ni ns e c o n dc a n n o n ee q u i p m e n t a c a d e m y ；p r o f e s s o ry a n gz h e n g h a ii nb e i j i n gu n i v e r s i t yo fi n d u s t r y ；d o c t o r i n s t i t u t eo f i n d u s t r i a le c o n o m i c a l e n g i n e e r i n g g u & h o uu n i v e r s i t y 2 t h e s i sf o rm a s t e r sd e g r e e p r m c e z h a o b oi nb e i j i n gu n i v e r s i t yo fp o s t sa n dt e l e c o m m u n i c a t i o n s ，w h op a r t i a l l y f i n a n c eo u rc o u r s es t u d yi nb e i j i n gd u r i n gj a n u a r yt oj u n e2 0 0 5 as p e c i a lt h a n kg o e st om yc o a d v i s o r ，a s s o c i a t ep r o f e s s o rz e n gh a i y i n ga n d i n s t r u c t o rm ah o n g r n e i ，w h oa r em o s tr e s p o n s i b l ef o rh e l p i n gm ec o m p l e t et h e w r i t i n go ft h i sd i s s e r t a t i o na sw e l la st h ec h a l l e n g i n gr e s e a r c ht h a tl i e sb e h i n di t t h e yt a u g h tm eh o w t ow r i t ea c a d e m i cp a p e r s ，h a dc o n f i d e n c ei nm ew h e nid o u b t e d m y s e l la n db r o u g h to u tt h eg o o di d e a si nm e ia r na l s og r e a t l yi n d e b t e dt op r o f e s s o rx i a n gs h u w e na n dp r o f e s s o rw e iw e ii n m a t h e m a t i c a ld e p a r t m e n tf o rt h e i rs u p p o r ta n de f f o r t st oc r e a t eav a l u a b l ea c a d e m i c e n v i r o n m e n tt h a tp r o v i d e sm eas o l i db a s ef o rm y s t u d ya n dr e s e a r c h ! t h a n k sa l s og ot om y c o m p a n i o nw ud z i ，m i a oj i a n q u n ，l e ix i a o p i n g ，c a ij i n g ，l i u x i u p i n g , e t c ，w h om a d eal o to fv a l u a b l ed i s c u s s i o n sa n ds h a r e dm ew i t hh a p p i n e s s ， s a d n e s sa n dk n o w l e d g ea sw e l l t h a n k s ! a l lt h ec l a s s m a t e s ，e g ，s o n gw e i c a i ，g o n g p i n ge t c ，t h e yg a v em ee n c o u r a g e m e n t ，i n s i g h t f u lc o m m e n t sa n dp h y s i c a lt r a i n i n g l a s t ，b u tn o tl e a s t ，1w a n tt og i v em ys i n c e r ea n dd e e pa p p r e c i a t i o nt om yf a m i l yf o r g i v i n gm el i f ei nt h ef i r s tp l a c e ，f o re d u c a t i n gm ew i t ha s p e c t sf r o mb o t ha r t sa n d s c i e n c e s ，f o ru n c o n d i t i o n a ls u p p o r ta n de n c o u r a g e m e n tt op u r s u em yi n t e r e s t s e s p e c i a l l yt h a n k sg ot om yg i f l f d e n d ，f o rs h a r i n gh e re x p e r i e n c eo ft h ed i s s e r t a t i o n w r i t i n ge n d e a v o rw i t hm e ，f o rl i s t e n i n gt om yc o m p l a i n t sa n df r u s t r a t i o n s ，a n df o r b e l i e v i n gi nm e y o n g i i nz h a n g a p r i l1 ，2 0 0 6 c o l l e g eo fs c i e n c e i n s t i t u t eo fi n d u s t r i a le c o n o m i c a le n g i n e e r i n g i n s t i t u t eo f i n d u s t r i a l e c o n o m i c a l e n g i n e e r i n g g u & h o uu n i v e r s i t y t h e s i sf o rm a s t e r ，sd e g r e e c h a p t e r 1 i n t r o d u c t i o n c h a p t e ri i n t r o d u c t i o n i nt h i sc h a p t e r ，as i m p l eo v e r v i e wi nt h ef i e l di sp r o v i d e d s o m eb a s i cc o n c e p t su s e d i nt h i st h e s i sa r ei n t r o d u c e d f i n a l l y , t h em a i nc o n t e n t sa n db a s i cf r a m e so ft h i st h e s i s a r ed e s c r i b e d 1 1b a c k g r o u n d i ne n g i n e e r i n gp r a c t i c e ，s t o r a g er e l i a b i l i t y 州a b o u tas e r i e so fp r o d u c ts y s t e m s ( s u c h a so n e - s h o to rw a i t i n gf o rb e i n gu s e ds y s t e m ) a f f e c t st h eo p e r a t i o nv a l i d i t ya n ds a f e t y d i r e c t l y m a n yh i g h t e c h n o l o g i c a lp r o d u c t se s p e c i a l l yt h e i rc o m p o n e n t sa r es u b j e c t e d t oal o n gp e r i o do fs t o r a g eb e f o r et h e ya r ep u ti n t ou s e t h ee f f e c to fs t o r a g eo n s y s t e mr e l i a b i l i t yi sa ni m p o r t a n ta s p e c tt ob ec o n s i d e r e dd u r i n gt h et o t a ll i f ec y c l eo f t h es y s t e m t h e r e f o r e ，i ti si m p o r t a n tt oc o n s i d e rh o wt oe v a l u a t et h es t o r a g e r e l i a b i l i t ya n dh o w t od e t e r m i n et h ei n s p e c t i o ns t r a t e g i e sf o rt h ep r o d u c t si ns t o r a g e a v a r i e t yo fe m e r g e n c y i n s t a l l a t i o na n ds o m ee l e c t r o n i cd e v i c e s l l j s u c ha sw a r n i n g a s s e m b l yo fn u c l e a rp o w e rs t a t i o na g a i n s tn u c l e a rl e a k a g es a f e t y 5 2 1 ，f i r ep r e v e n t i o n s y s t e mo fb u i l d i n g ，l i f e s a v i n gs y s t e mi n w a t e r c r a f ta n da i r c r a f t ，m i n es a f e t y a s s e m b l ya n dm e c h a n i c a ls y s t e mi nm e d i c a lt r e a t m e n te t c ，u s u a l l yt h e ya r ea l li n s t o r a g e ( i e n o n o p e r a t i o n ) f o ral o n gt i m eh a v et ok e e pah i g hm i s s i o nr e l i a b i l i t ya t a n yt i m ew h e nu s e d ，o rt h ei n h e r e n td a n g e rc a nb r i n go ns e r i o u sl o s s ，e v e ni m p e r i l t h el i f es a f e t yo fp e o p l e l i k et h e s ek i n d so fp r o d u c t s , t h e ya r ei ns t o r a g ef o ral o n g t i m ei nt h e i rt o t a ll i f ec y c l e s i ft h e s ep r o d u c t sc a nb ei n v e r t e df r o ms t o r a g et o o p e r a t i o nd i r e c t l ya f t e ral o n gs t o r a g et i m e ，t h e nt h e i rr e l i a b i l i t ym u s tb ek e p tv e r y l l i 曲 i tw a sn o tu n t i lt h ee a r l y1 9 8 0 s ，t h es t o r a g er e l i a b i l i t yo fp r o d u c ti sa tap r e m i