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基于Erlang-HSMM的设备剩余寿命预测研究
引用本文:李永朋,刘勤明-VIP,叶春明,李冠林.基于Erlang-HSMM的设备剩余寿命预测研究[J].计算机应用研究,2021,38(2):426-429,443.
作者姓名:李永朋  刘勤明-VIP  叶春明  李冠林
作者单位:上海理工大学 管理学院,上海200093;上海理工大学 管理学院,上海200093;上海理工大学 管理学院,上海200093;上海理工大学 管理学院,上海200093
基金项目:国家自然科学基金资助项目;上海市自然科学基金资助项目
摘    要:对于关键复杂设备进行健康诊断和设备剩余寿命预测,提出了一种基于爱尔朗分布和隐半马尔可夫模型的联合剩余寿命预测模型(Erlang-HSMM,E-HSMM)。首先,提出了改进的前后向算法、维特比算法和BaumWelch算法,有效地降低了模型的计算复杂度;其次,基于爱尔朗分布改进设备的健康状态逗留时间,将状态逗留时间分为已遍历和未遍历两个部分,提出新的健康状态逗留时间的概率分布;最后,针对状态监测数据,利用失效率理论构建设备剩余寿命预测模型。通过美国Caterpillar公司液压泵的状态监测实际数据进行评价与验证,实验结果表明,E-HSMM模型对设备的状态诊断和剩余寿命预测更加符合实际状况,比传统的隐半马尔可夫模型(HSMM)更有效。

关 键 词:隐半马尔可夫模型  爱尔朗分布  故障诊断  寿命预测  失效率函数
收稿时间:2019/12/3 0:00:00
修稿时间:2021/1/13 0:00:00

Research on residual life prediction of equipment based on Erlang-HSMM
Li Yongpeng,Liu Qinming,Ye Chunming and Li Guanlin.Research on residual life prediction of equipment based on Erlang-HSMM[J].Application Research of Computers,2021,38(2):426-429,443.
Authors:Li Yongpeng  Liu Qinming  Ye Chunming and Li Guanlin
Affiliation:(Business School,University of Shanghai for Science&Technology,Shanghai 200093,China)
Abstract:This paper proposed a combined residual life prediction model(Erlang-HSMM)based on Erlang distribution and hidden semi-Markov model for health diagnosis and life prediction of key complex equipment.Firstly,it proposed new forward-backward algorithm,Viterbi algorithm and Baum-Welch algorithm,which could effectively reduce the computational complexity of the model.Secondly,based on the Erlang distribution,it improved the health state residence time of the equipment.It divided the state residence time into two parts,traversed and untraversed,and proposed the probability distribution of the new state residence time.Finally,according to the state monitoring data,it used failure rate theory to establish the residual life prediction model of the equipment.Through the evaluation and verification of the actual monitoring data of the hydraulic pumps of caterpillar,the experimental results show that the improved HSMM based on Erlang distribution is more in line with the actual conditions for the condition diagnosis and residual life prediction of the equipment,and is more effective than the traditional HSMM.
Keywords:hidden semi-Markov model  Erlang distribution  fault diagnosis  life prediction  failure-rate function
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