電子產(chǎn)品故障預(yù)測與健康管理：基本原理、機(jī)器學(xué)習(xí)和物聯(lián)網(wǎng)

第1章 PHM概述 （1）
1.1 可靠性和故障預(yù)測 （1）
1.2 電子產(chǎn)品PHM （2）
1.3 PHM方法 （4）
1.3.1 基于PoF方法 （4）
1.3.2 預(yù)警電路 （10）
1.3.3 數(shù)據(jù)驅(qū)動方法 （11）
1.3.4 融合PHM方法 （16）
1.4 系統(tǒng)體系PHM的實施 （17）
1.5 物聯(lián)網(wǎng)時代下的PHM （18）
1.5.1 物聯(lián)網(wǎng)驅(qū)動的PHM應(yīng)用：制造業(yè) （19）
1.5.2 物聯(lián)網(wǎng)驅(qū)動的PHM應(yīng)用：能源生產(chǎn) （19）
1.5.3 物聯(lián)網(wǎng)驅(qū)動的PHM應(yīng)用：運輸和物流 （20）
1.5.4 物聯(lián)網(wǎng)驅(qū)動的PHM應(yīng)用：汽車 （20）
1.5.5 物聯(lián)網(wǎng)驅(qū)動的PHM應(yīng)用：醫(yī)療設(shè)備 （20）
1.5.6 物聯(lián)網(wǎng)驅(qū)動的PHM應(yīng)用：保修服務(wù) （21）
1.5.7 物聯(lián)網(wǎng)驅(qū)動的PHM應(yīng)用：機(jī)器人 （21）
1.6 總結(jié) （21）
原著參考文獻(xiàn) （22）
第2章 PHM傳感器系統(tǒng) （23）
2.1 傳感器基礎(chǔ)和傳感原理 （23）
2.1.1 熱傳感器 （24）
2.1.2 電傳感器 （24）
2.1.3 機(jī)械傳感器 （25）
2.1.4 化學(xué)傳感器 （25）
2.1.5 濕度傳感器 （26）
2.1.6 生物傳感器 （27）
2.1.7 光學(xué)傳感器 （27）
2.1.8 磁傳感器 （27）
2.2 PHM傳感器系統(tǒng) （28）
2.2.1 待監(jiān)測參數(shù) （29）
2.2.2 PHM傳感器系統(tǒng)性能 （29）
2.2.3 PHM傳感器系統(tǒng)的物理屬性 （30）
2.2.4 PHM傳感器系統(tǒng)的功能屬性 （30）
2.2.5 可靠性 （33）
2.2.6 可用性 （33）
2.2.7 成本 （34）
2.3 傳感器的選擇 （34）
2.4 PHM實施的傳感器系統(tǒng)案例 （35）
2.5 PHM傳感器技術(shù)的發(fā)展趨勢 （38）
原著參考文獻(xiàn) （39）
第3章 基于失效物理方法的PHM （40）
3.1 基于失效物理的PHM方法論 （40）
3.2 硬件架構(gòu) （41）
3.3 載荷 （42）
3.4 失效模式、機(jī)理及影響分析（FMMEA） （42）
3.4.1 電子設(shè)備FMMEA案例 （45）
3.5 應(yīng)力分析 （46）
3.6 可靠性評估和剩余壽命預(yù)計 （48）
3.7 基于失效物理的PHM輸出 （50）
3.8 基于失效物理的PHM方法使用過程的注意事項和關(guān)注點 （51）
3.9 失效物理與數(shù)據(jù)驅(qū)動融合的故障預(yù)測 （52）
原著參考文獻(xiàn) （52）
第4章 機(jī)器學(xué)習(xí)的基本原理 （53）
4.1 機(jī)器學(xué)習(xí)的類型 （53）
4.1.1 監(jiān)督學(xué)習(xí)、無監(jiān)督學(xué)習(xí)、半監(jiān)督學(xué)習(xí)和強(qiáng)化學(xué)習(xí) （54）
4.1.2 批量學(xué)習(xí)和在線學(xué)習(xí) （55）
4.1.3 基于實例的學(xué)習(xí)和基于模型的學(xué)習(xí) （56）
4.2 機(jī)器學(xué)習(xí)中概率論的基本原理 （56）
4.2.1 概率空間和隨機(jī)變量 （57）
4.2.2 分布、聯(lián)合分布和邊緣分布 （57）
4.2.3 條件分布 （57）
4.2.4 獨立性 （57）
4.2.5 鏈?zhǔn)椒▌t和貝葉斯準(zhǔn)則 （58）
4.3 概率質(zhì)量函數(shù)和概率密度函數(shù) （58）
4.3.1 概率質(zhì)量函數(shù) （58）
4.3.2 概率密度函數(shù) （59）
4.4 均值、方差和協(xié)方差的估計 （59）
4.4.1 均值 （59）
4.4.2 方差 （59）
4.4.3 協(xié)方差的穩(wěn)健估計 （60）
4.5 概率分布 （60）
4.5.1 伯努利分布 （61）
4.5.2 正態(tài)分布 （61）
4.5.3 均勻分布 （61）
4.6 最大似然估計和最大后驗估計 （61）
4.6.1 最大似然估計 （62）
4.6.2 最大后驗估計 （62）
4.7 相關(guān)性和因果性 （63）
4.8 核技巧 （63）
4.9 性能指標(biāo) （65）
4.9.1 診斷指標(biāo) （65）
4.9.2 預(yù)測指標(biāo) （68）
原著參考文獻(xiàn) （69）
第5章 機(jī)器學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)預(yù)處理 （70）
5.1 數(shù)據(jù)清洗 （70）
5.1.1 缺失數(shù)據(jù)處理 （70）
5.2 特征歸一化 （72）
5.3 特征工程 （73）
5.3.1 特征提取 （73）
5.3.2 特征選擇 （77）
5.4 不平衡學(xué)習(xí) （80）
5.4.1 不平衡學(xué)習(xí)的采樣方法 （80）
原著參考文獻(xiàn) （82）
第6章 機(jī)器學(xué)習(xí)的異常檢測 （83）
6.1 引言 （83）
6.2 異常類型 （85）
6.2.1 點異常 （85）
6.2.2 上下文異常 （85）
6.2.3 集合異常 （85）
6.3 基于距離的方法 （86）
6.3.1 采用逆矩陣方法的MD計算 （87）
6.3.2 采用Gram-Schmidt正則化方法的MD計算 （87）
6.3.3 決策準(zhǔn)則 （87）
6.4 基于聚類的方法 （89）
6.4.1 k均值聚類 （90）
6.4.2 模糊c均值聚類 （91）
6.4.3 自組織映射（SOM） （91）
6.5 基于分類的方法 （92）
6.5.1 單分類 （93）
6.5.2 多分類 （96）
6.6 基于統(tǒng)計的方法 （98）
6.6.1 序貫概率比檢驗 （98）
6.6.2 相關(guān)性分析 （100）
6.7 無系統(tǒng)健康基準(zhǔn)異常檢測 （101）
6.8 異常檢測的挑戰(zhàn) （102）
原著參考文獻(xiàn) （102）
第7章 機(jī)器學(xué)習(xí)的故障診斷和故障預(yù)測 （103）
7.1 故障診斷和故障預(yù)測的概述 （103）
7.2 故障診斷技術(shù) （104）
7.2.1 監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)算法 （105）
7.2.2 集成學(xué)習(xí) （107）
7.2.3 深度學(xué)習(xí) （110）
7.3 故障預(yù)測技術(shù) （115）
7.3.1 回歸分析 （115）
7.3.2 粒子濾波 （119）
原著參考文獻(xiàn) （122）
第8章 故障預(yù)測的不確定性表征、量化和管理 （123）
8.1 概述 （123）
8.2 PHM不確定性的來源 （125）
8.3 PHM中不確定性的形式化處理 （127）
8.3.1 問題1：不確定性表征和解釋 （127）
8.3.2 問題2：不確定性量化 （127）
8.3.3 問題3：不確定性傳播 （127）
8.3.4 問題4：不確定性管理 （128）
8.4 不確定性表征和解釋 （128）
8.4.1 物理概率和基于試驗的預(yù)測 （128）
8.4.2 主觀概率和基于狀態(tài)的預(yù)測 （129）
8.4.3 為什么剩余使用壽命預(yù)測是不確定的 （130）
8.5 剩余使用壽命預(yù)測的不確定性的量化與傳播 （130）
8.5.1 不確定性量化的計算框架 （130）
8.5.2 剩余使用壽命預(yù)測：不確定性傳播問題 （132）
8.5.3 不確定性傳播方法 （132）
8.6 不確定性管理 （135）
8.7 案例分析：無人駕駛飛機(jī)電源系統(tǒng)的不確定性量化 （135）
8.7.1 模型描述 （135）
8.7.2 不確定性來源 （136）
8.7.3 結(jié)果：恒定幅度的負(fù)載條件 （137）
8.7.4 結(jié)果：可變幅度的負(fù)載條件 （137）
8.7.5 討論 （138）
8.8 現(xiàn)存的挑戰(zhàn) （138）
8.8.1 時效性 （139）
8.8.2 不確定性的特征 （139）
8.8.3 不確定性的傳播 （139）
8.8.4 擬合分布的性質(zhì) （139）
8.8.5 準(zhǔn)確性 （139）
8.8.6 不確定性的界限 （139）
8.8.7 確定性的計算 （139）
8.9 總結(jié) （140）
原著參考文獻(xiàn) （140）
第9章 PHM投資的成本和回報 （141）
9.1 投資回報 （141）
9.1.1 PHM的ROI分析 （142）
9.1.2 金融成本 （143）
9.2 PHM成本建模的術(shù)語和定義 （144）
9.3 實施成本 （144）
9.3.1 非經(jīng)常性成本 （145）
9.3.2 經(jīng)常性成本 （145）
9.3.3 基礎(chǔ)設(shè)施成本 （145）
9.3.4 非金融的考慮和維修文化 （146）
9.4 成本規(guī)避措施 （147）
9.4.1 維修計劃的成本規(guī)避 （148）
9.4.2 離散事件仿真的維修計劃模型 （149）
9.4.3 預(yù)定計劃的維修間隔 （149）
9.4.4 數(shù)據(jù)驅(qū)動（失效預(yù)兆的監(jiān)測）方法 （149）
9.4.5 基于模型（LRU獨立）的方法 （150）
9.4.6 離散事件仿真的實施細(xì)則 （151）
9.4.7 運行剖面 （152）
9.5 PHM成本分析案例 （153）
9.5.1 單接口模型結(jié)果 （154）
9.5.2 多接口模型結(jié)果 （156）
9.6 商業(yè)案例構(gòu)建：ROI分析 （159）
9.7 總結(jié) （165）
原著參考文獻(xiàn) （166）
第10章 PHM驅(qū)動的維修決策的評估和優(yōu)化 （167）
10.1 單個系統(tǒng)中PHM驅(qū)動的維修決策的評估和優(yōu)化 （167）
10.1.1 在單個系統(tǒng)中PHM驅(qū)動的預(yù)測性維修優(yōu)化模型 （168）
10.1.2 案例研究：在單個系統(tǒng)中PHM驅(qū)動的維修決策優(yōu)化（海上風(fēng)力渦輪機(jī)） （170）
10.2 可用性 （172）
10.2.1 可用性業(yè)務(wù)：基于結(jié)果的合同 （172）
10.2.2 將合同條款納入維修決策 （173）
10.2.3 案例研究：在多系統(tǒng)中PHM驅(qū)動的維修決策優(yōu)化（風(fēng)電場） （174）
10.3 未來發(fā)展方向 （176）
10.3.1 可用性設(shè)計 （176）
10.3.2 基于預(yù)測的保修 （177）
10.3.3 合同工程 （177）
原著參考文獻(xiàn) （178）
第11章 電子電路健康狀態(tài)和剩余使用壽命估計 （179）
11.1 概述 （179）
11.2 相關(guān)工作 （180）
11.2.1 以元器件為中心的方法 （181）
11.2.2 以電路為中心的方法 （181）
11.3 基于核學(xué)習(xí)的電路健康狀態(tài)估計 （183）
11.3.1 基于核的學(xué)習(xí) （183）
11.3.2 健康狀態(tài)估計方法 （184）
11.3.3 實施結(jié)果 （188）
11.4 基于濾波模型的RUL預(yù)測 （197）
11.4.1 故障預(yù)測問題描述 （197）
11.4.2 電路性能退化模型 （198）
11.4.3 基于模型的故障預(yù)測方法 （200）
11.4.4 實驗結(jié)果 （202）
11.5 總結(jié) （208）
原著參考文獻(xiàn) （209）
第12章 基于PHM的電子產(chǎn)品認(rèn)證 （210）
12.1 產(chǎn)品認(rèn)證的重要性 （210）
12.2 產(chǎn)品認(rèn)證的考慮因素 （211）
12.3 當(dāng)前的認(rèn)證方法 （213）
12.3.1 基于標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證 （214）
12.3.2 基于知識或基于PoF的認(rèn)證 （216）
12.3.3 基于故障預(yù)測的認(rèn)證 （217）
12.4 結(jié)論 （221）
原著參考文獻(xiàn) （222）
第13章 鋰離子電池PHM （223）
13.1 概述 （223）
13.2 SOC的估計 （224）
13.2.1 SOC估計案例分析1 （225）
13.2.2 SOC估計案例分析2 （229）
13.3 健康狀態(tài)的估計與預(yù)測 （234）
13.3.1 鋰離子電池預(yù)測案例分析 （234）
13.4 總結(jié) （238）
原著參考文獻(xiàn) （238）

第14章 發(fā)光二