Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Reliability assessment for micro inertial measurement unit based on accelerated degradation data and copula theory

Chi Bingjia, Wang Yashun, Hu Jingwen, Zhang Shufeng, Chen Xun

Eksploatacja i Niezawodność

|

2022

|

Vol. 24, no. 3

554--563

EN

With its extensive use in industry, assessing the reliability of the micro inertial measurment unit (MIMU) has become a pressing need. Unfortunately, the MIMU is made up of several components, and the degradation processes of each are intertwined, making it difficult to assess the MIMU’s reliability and remaining useful life. In this research, we offer a reliability assessment approach for the MIMU, which has long-lifetime and multiple performance characteristics (PCs), based on accelerated degradation data and copula theory.Each PC model of MIMU is constructed utilizing drift Brownian motion to depict accelerated degradation process. The copula function is used to model the multivariate dependent accelerated degradation test data and to describe the dependency between multiple MIMU performance parameters. The particle swarm optimization algorithm is used to estimate the unknown parameters in the multi-dependent ADT model. Finally, the storage test and simulation example on MIMU’s accelerated degradation data verify the feasibility and effectiveness of the proposed method.

2

Lifetime prediction method for MEMS gyroscope based on accelerated degradation test and acceleration factor model

Liu Yao, Wang Yashun, Fan Zhengwei, Hou Zhanqiang, Zhang Shufeng, Chen Xun

Eksploatacja i Niezawodność

|

2020

|

Vol. 22, no. 2

221--231

EN

The reliability analysis of MEMS gyroscope under long-term operating condition has become an urgent requirement with the enlargement of its application scope and the requirement of good durability. In this study we propose a lifetime prediction method for MEMS gyroscope based on accelerated degradation tests (ADTs) and acceleration factor model. Firstly, the degradation characteristic (bias instability) is extracted based on Allan variance. The effect of temperature stress on the degradation rate of bias instability is analyzed, and it shows that the degradation rate of bias instability would increase with the increase of the temperature. Secondly, the ADTs of MEMS gyroscope are designed and conducted, the degradation model of MEMS gyroscope is established based on the output voltage of MEMS gyroscope and Allan variance. Finally, the acceleration factor model of MEMS gyroscope under temperature stress is derived, and the lifetime of the MEMS gyroscope is predicted based on two group tests data under high stress level. The results show that the lifetime calculated by the acceleration factor model and mean lifetime under high stress levels is close to the mean lifetime calculated by the linear equation at normal temperature stress.

PL

Analiza niezawodności żyroskopu MEMS w warunkach długotrwałej pracy stała się pilną koniecznością wraz z rozszerzeniem zakresu jego zastosowania i wprowadzeniem wymogu dobrej trwałości. W niniejszym artykule, zaproponowano metodę prognozowania czasu pracy żyroskopu MEMS w oparciu o testy przyspieszonej degradacji i model współczynnika przyspieszenia. W pierwszej kolejności, wyznaczono charakterystykę degradacji (niestabilność wskazań) na podstawie wariancji Allana. Analizowano wpływ naprężenia cieplnego na szybkość degradacji w zakresie niestabilności wskazań. Analiza wykazała, że szybkość degradacji wzrastała wraz ze wzrostem temperatury. Następnie, opracowano i przeprowadzono testy przyspieszonej degradacji żyroskopu MEMS, a model jego degradacji ustalono na podstawie napięcia wyjściowego żyroskopu i wariancji Allana. Na koniec, wyprowadzono model współczynnika przyspieszenia dla żyroskopu MEMS w warunkach naprężenia cieplnego, a żywotność żyroskopu prognozowano na podstawie danych z dwóch testów grupowych przeprowadzonych w warunkach wysokiego naprężenia. Wyniki pokazują, że czas pracy obliczony na podstawie modelu współczynnika przyspieszenia i średni czas pracy przy wysokich poziomach naprężeń są zbliżone do średniego czasu pracy obliczonego na podstawie równania liniowego przy normalnym naprężeniu cieplnym.

3

Stochastic modelling of the temperature increase in metal stampings with multiple stress variables and random effects for reliability assessment

Quezada del Villar Andrea Viridiana, Rodríguez-Picón Luis Alberto, Pérez-Olguín Iván JC, Méndez-González Luis Carlos

Eksploatacja i Niezawodność

|

2019

|

Vol. 21, no. 4

654--661

EN

Many products wear out over time even before they fail or stop working, therefore, through accelerated degradation tests one is able to make inferences about statistical parameters or the distributions of a product useful life. Since many devices experience different types of variation due to unobservable factors during the manufacturing processes or under certain operating conditions; these situations lead to the need in developing accelerated degradation models with several variables of acceleration and random effects. The proposed model in this paper, is a model based on the gamma process with random effects to have a better analysis of degradation. This model is applied to the analysis of the temperature increase of metal stampings that are affected by multiple explanatory variables. In addition, a statistical inference method based on a Bayesian approach is used to estimate the unknown parameters to then perform a reliability analysis after obtaining the first-passage time distributions.

PL

Wiele produktów zużywa się z upływem czasu zanim nawet ulegną uszkodzeniu lub przestaną działać. Badania przyspieszonego starzenia pozwalają wyciągać wnioski na temat parametrów statystycznych lub rozkładów okresu użytkowania produktu. Wiele urządzeń podlega różnym rodzajom zmienności pod wpływem działania nieobserwowalnych czynników występujących podczas procesu produkcyjnego lub w pewnych warunkach pracy; sytuacje te wymagają opracowania modeli przyspieszonego starzenia uwzględniających wielorakie zmienne przyspieszenia oraz efekty losowe. Zaproponowany w przedstawionym artykule model opiera się na procesie gamma z efektami losowymi, dzięki czemu pozwala na lepszą analizę degradacji. Model ten zastosowano do analizy wzrostu temperatury w metalowych wytłoczkach, na które oddziałuje wiele zmiennych objaśniających. Ponadto do oszacowania nieznanych parametrów wykorzystano metodę wnioskowania statystycznego opartą na podejściu bayesowskim. Umożliwiło to analizę niezawodności po uzyskaniu rozkładów czasu pierwszego przejścia.

4

A generalized equivalent temperature model in a time-varying environment

Sun L., Gu X.-H., Song P., Di Y.

Eksploatacja i Niezawodność

|

2017

|

Vol. 19, no. 3

432--440

EN

Accelerated degradation test at high temperature level is a common method to accelerate the degradation of products by elevating temperature, and the obtained degradation data are then used to obtain the estimate of the performance at normal temperature after extrapolating the degradation through accelerating model. However, the normal temperature is ever-changing rather than constant. Therefore, a generalized equivalent temperature model based on power law degradation path is proposed to establish a connection between accelerated degradation data and degradation data at normal temperature. The model takes the equal degradation measure as a principle and the conclusion is demonstrated that the increments of the degradation under the same magnitude, same time and different orders of temperature stresses are same. The result shows that the empirical equivalent temperature model is a special case of the proposed model. The accuracy of the proposed model is finally demonstrated by a case study of nitrile rubber O-rings.

PL

Przyspieszone badania degradacji (badania starzeniowe) prowadzone w warunkach wysokiej temperatury stanowią powszechnie stosowaną metodę przyspieszania starzenia produktów poprzez podwyższanie temperatury. Otrzymane w takich badaniach dane degradacyjne wykorzystuje się do szacowania wydajności produktu w temperaturze normalnej na zasadzie ekstrapolacji. Głównym ograniczeniem tej metody jest fakt, że normalna temperatura nie jest stała lecz zmienia się w czasie. Dlatego też, aby skorelować dane z przyspieszonej degradacji z danymi dotyczącymi starzenia w normalnej temperaturze, zaproponowaliśmy uogólniony model temperatury równoważnej oparty na krzywej degradacji opisanej prawem potęgowym. W modelu przyjęto zasadę równego stopnia degradacji i wykazano, że przyrosty degradacji przy tej samej wartości i czasie działania naprężeń termicznych różnego rzędu są takie same. Wyniki pokazują, że empiryczny model temperatury równoważnej jest szczególnym przypadkiem proponowanego przez nas modelu. Trafność opisanego w pracy modelu wykazano na podstawie studium przypadku dotyczącego uszczelek nitrylowych, tzw. oringów.

5

Lifetime prediction of self-lubricating spherical plain bearings based on physics-of-failure model and accelerated degradation test

Wang Y., Fang X., Zhang C., Chen X., Lu J.

Eksploatacja i Niezawodność

|

2016

|

Vol. 18, no. 4

528--538

EN

Due to small friction coefficient and no need for lubrication during operation, self-lubricating spherical plain bearings (SSPBs) have been widely used in operation and transmission systems in aerospace, nuclear power plants, and ship equipment and they are key components of these systems. SSPBs failure will directly affect the operational reliability and safety of the equipment; therefore, it is necessary to accurately predict the service life of SSPBs to define reasonable maintenance plans and replacement cycles and to ensure reliability and safety of vital equipment. So far, lifetime prediction of SSPB has been primarily based on empirical formulae established by most important bearing manufacturers. However, these formulae are lack of strong theoretical basis; the correction coefficients are difficult to determine, resulting in low accuracy of lifetime prediction. In an accelerated degradation test (ADT), the load is increased to accelerate the SSPB wear process. ADT provides a feasible way for accurate lifetime prediction of SSPB in a short period. In this paper, wear patterns are studied and methods of wear analysis are presented. Then, physics-offailure model which considers SSPB wear characteristics, structure parameters and operation parameters is established. Moreover, ADT method for SSPB is studied. Finally, lifetime prediction method of SSPBs based on physics-of-failure model and ADT is established to provide a theoretical method for quick and accurate lifetime prediction of SSPBs.

PL

W związku z niskim współczynnikiem tarcia oraz brakiem konieczności smarowania podczas pracy,samosmarujące łożyska ślizgowe (self-lubricating spherical bearings, SSPB) znajdują szerokie zastosowanie w układach pracy oraz układach przełożeń urządzeń w przemyśle lotniczym, elektrowniach jądrowych, oraz na statkach, stanowiąc kluczowe elementy tych układów. Uszkodzenie łożyska SSPB ma bezpośredni wpływ na niezawodność eksploatacyjną oraz bezpieczeństwo sprzętu; dlatego też istnieje konieczność precyzyjnego prognozowania resursu łożysk SSPB, pozwalającego na odpowiednie planowanie konserwacji oraz cykli wymiany , które ma na celu zapewnienie niezawodności i bezpieczeństwa kluczowego sprzętu. Dotychczas czas pracy łożysk SSPB prognozowano przede wszystkim w oparciu o wzory empiryczne podawane przez największych producentów łożysk. Wzory te, jednak, nie mają solidnej podstawy teoretycznej; trudno jest dla nich określić współczynniki korygujące, co zmniejsza trafność prognozowania czasu pracy. W przyspieszonych badaniach degradacji zwiększa się obciążenie celem przyspieszenia procesu zużycia łożysk SSPB. Badania przyspieszone umożliwiają trafne przewidywanie czasu pracy łożysk SSPB w krótkim okresie czasu. W przedstawionej pracy analizowano wzorce zużycia badanych łożysk oraz przedstawiono metody analizy zużycia. Następnie opracowano model fizyki uszkodzeń, który uwzględnia charakterystyki zużycia, parametry konstrukcyjne oraz parametry eksploatacyjne omawianych łożysk ślizgowych. Ponadto rozpatrywano możliwość zastosowania badań przyspieszonych dla tego typu łożysk. W wyniku przeprowadzonych badań, opracowano metodę prognozowania czasu pracy łożysk SSPB opartą na modelu fizyki uszkodzeń oraz badaniach przyspieszonych, która pozwala na szybkie i trafne prognozowanie czasu pracy samosmarujących łożysk ślizgowych.

6

Lifetime prediction method for electron multiplier based on accelerated degradation test

Wang Y., Zhang C., Chen X., Tan Y.

Eksploatacja i Niezawodność

|

2014

|

Vol. 16, no. 3

484--490

EN

Electron multiplier (EM) is a kind of highly reliable and long-lifetime vacuum electronic device applied widely in spectrometry, space exploration and atom frequency standard. It is a critical device which might constrain the related technology. A challenge remains for researcher and engineer how to predict the life span of EM. Firstly, degradation mechanism of EM is investigated. It shows that the secondary emission ratios of each multiplier electrode reduces gradually with operating time, which results in the degradation of the key performance index of EM, i.e. the gain of electric current. So an accelerated degradation test (ADT) methodology using dual stresses is proposed to predict the life span of EM. Secondly, the ADT plan with dual stresses is designed and carried out by the corresponding test system established. Finally, the data analysis procedure is presented, and its validity is investigated by model verification. The presented method can sharply reduce testing time and cost because of using accelerated stress which can accelerate degradation process of EM. This method can also provide a new way to lifetime and reliability prediction for other products with long lifetime and high reliability.

PL

Powielacz elektronów (EM) to elektroniczne urządzenie próżniowe o wysokiej niezawodności i długim cyklu życia, które znajduje szerokie zastosowanie w spektrometrii i badaniach przestrzeni kosmicznej, a także w atomowych wzorcach częstotliwości. Jest to urządzenie krytyczne, które może stanowić ograniczenie dla technologii, w której jest wykorzystywane. Wyzwaniem dla naukowców i inżynierów pozostaje pytanie, jak przewidzieć żywotność EM. W pierwszej kolejności w artykule zbadano mechanizm degradacji EM. Badanie pokazało, że współczynniki emisji wtórnej elektrody powielacza maleją stopniowo wraz z upływem czasu pracy, co prowadzi do degradacji kluczowego wskaźnika wydajności EM, to znaczy wzmocnienia prądu elektrycznego. W oparciu o ten fakt, zaproponowano metodę prognozowania żywotności EM zasadzającą się na metodologii przyspieszonych badań degradacji (ADT) z wykorzystaniem podwójnych naprężeń. Następnie zaprojektowano i zrealizowano plan ADT z podwójnymi naprężeniami za pomocą odpowiedniego systemu testowego. Na koniec przedstawiono procedurę analizy danych, a ich wiarygodność zbadano poprzez weryfikację modelu. Przedstawiona metoda może znacznie zredukować czas i koszty badań dzięki wykorzystaniu przyspieszonych naprężeń, które mogą przyspieszyć proces degradacji EM. Metoda ta może również umożliwić nowy sposób przewidywania niezawodności i cyklu życia produktów o długim cyklu życia i wysokiej niezawodności.