复发事件/可修系统数据分析
一、什么是复发事件数据分析
复发事件数据分析(Recurrent Event Data Analysis,RDA)(也称为重复事件数据分析、可修系统数据分析)可用于经济学、商业和犯罪学等各种应用领域,也广泛应用可靠性、维修性领域。在寿命数据分析(LDA)中,我们通常假设事件(故障)是相互独立、相同分布的。但是,在许多情况下,这些事件是具有相关性的并且属于不同分布(比如可修系统的数据)。此时,我们需要使用复发/维修事件数据分析方法进行分析。或者我们所需分析的是随着时间推移事件发生的频率,而不是事件发生的概率时,我们可能需要使用复发/维修事件数据分析方法进行分析。这里的复发,可以通过如下图了解其含义。假设某设备采集到的数据样本1、2、3、4、5,其中样本1从0小时到60月,共发生了6次故障。当每次发生故障后,维修人员实施维修,然后又出现故障。样本2出现4次故障,也是每次维修后隔一段时间又出现故障。小圆圈是表示右删失。即最后观测的时候,这个设备没有处于故障状态。
二、如何分析复发事件数据
复发事件数据,通常采用参数化分析方法和非参数化分析方法进行。非参数化分析方法是基于平均累积函数(Mean Cumulative Function,MCF)进行分析。而参数化分析方法是基于通用更新过程模型(General Renewal Process,GRP)。
理想状态下,我们都是认为设备经过维修以后,都是能实现完美/完全维修过程模型,而对于维修不理想状态/最小维修状态,可修系统的可靠性模型服从非齐次泊松过程(NHPP)。实际情况下,是处于完美维修和最小维修之间,此时,服从的是通用更新过程模型(GRP)。
1、非参数化分析方法
非参数化分析方法计算时,使用的时平均累积函数(MCF)进行计算。平均累积函数(MCF)是一个累积历程函数,它显示了事件的累积复发次数,例如随时间的修复次数。随时间推进,MCF的值可以被认为是每个系统在一定时间后将经历的平均维修次数。它仅适用于可维修系统,并假设每个事件(维修)是相同的。对于非参数MCF,它不假设每个系统的MCF相同。
MCF函数的形状是一个关键指标,通过MCF可以表明系统是否在改善、在恶化或随时间保持不变。如果MCF向下凹陷,则系统正在改善。如果MCF是直线(恒定增加)表示它保持不变。凹面上升(越来越陡)表明系统正在恶化,因为随着时间的推移,需要更频繁地进行维修。
通过各样本的故障时间可以获得相应的MCF值。一旦得到了MCF值,那么就可以通过拟合模型以获得MCF的参数估计。
需要注意的是:
(1)在一些教科书和学术论文中,平均累积函数也称为累积强度函数(CIF)。
(2)如果MCF的形状表现为S形而不是单个平滑曲线,此时则可能需要进行处理或者调整调整维修有效系数。这可以通过将MCF划分为阶段/多组来解决。这种情况比较少见,且此类模型更为复杂。如果遇到,需要特别注意。
假设某设备共5个样本,采集相应的复发/故障时间数据后,使用posweibull的复发事件数据分析模块进行分析。
2、参数化分析
如前所述,复发事件数据的参数化分析,是使用GRP等过程模型对观测数据进行拟合,目的是通过拟合获得表示系统长期健康状况的形状参数(β)。如下图是某设备的故障时间数据拟合结果。