Degradation modeling based on a time-dependent Ornstein-Uhlenbeck process and prognosis of system failures

Modélisation des dégradations par un processus d’Ornstein-Uhlenbeck et pronostic de défaillances du système

Yingjun Deng (1)

1 ICD - Institut Charles Delaunay

This thesis is dedicated to describe, predict and prevent system failures. It consists of four issues: i) stochastic degradation modeling, ii) prognosis of system failures, iii) failure level estimation and iv) maintenance optimization. The time-dependent Ornstein-Uhlenbeck (OU) process is introduced for degradation modeling. The time-dependent OU process is interesting from its statistical properties on controllable mean, variance and correlation. Based on such a process, the first passage time is considered as the system failure time to a pre-set failure level. Different methods are then proposed for the prognosis of system failures, which can be classified into three categories: analytical approximations, numerical algorithms and Monte-Carlo simulation methods. Moreover, the failure level is estimated from the lifetime distribution by solving inverse first passage problems. This is to make up the potential gap between failure and degradation records to reinforce the prognosis process via first passage problems. From the prognosis of system failures, the maintenance optimization for a continuously monitored system is performed. By introducing first passage problems, the arrangement of preventive maintenance is simplified. The maintenance decision rule is based on a virtual failure level, which is solution of an optimization problem for proposed objective functions

Cette thèse est consacrée à la description, la prédiction et la prévention des défaillances de systèmes. Elle se compose de quatre parties relatives à la modélisation stochastique de dégradation, au pronostic de défaillance du système, à l'estimation du niveau de défaillance et à l'optimisation de maintenance.Le processus d'Ornstein-Uhlenbeck (OU) dépendant du temps est introduit dans un objectif de modélisation des dégradations. Sur la base de ce processus, le premier instant de passage d’un niveau de défaillance prédéfini est considéré comme l’instant de défaillance du système considéré. Différentes méthodes sont ensuite proposées pour réaliser le pronostic de défaillance. Dans la suite, le niveau de défaillance associé au processus de dégradation est estimé à partir de la distribution de durée de vie en résolvant un problème inverse de premier passage. Cette approche permet d’associer les enregistrements de défaillance et le suivi de dégradation pour améliorer la qualité du pronostic posé comme un problème de premier passage. Le pronostic de défaillances du système permet d'optimiser sa maintenance. Le cas d'un système contrôlé en permanence est considéré. La caractérisation de l’instant de premier passage permet une rationalisation de la prise de décision de maintenance préventive. L’aide à la décision se fait par la recherche d'un niveau virtuel de défaillance dont le calcul est optimisé en fonction de critères proposés

Mots clés: Reliability (engineering -- Statistical methods; Failure time data analysis; Service life (engineering); Technological forecasting; Condition-based maintenance; Gaussian processes

Mots clés: Fiabilité -- Méthodes statistiques; Prévision technologique; Durée de vie (ingénierie); Temps entre défaillances; analyse des; Maintenance conditionnelle; Processus gaussiens

Domaines: Recherche opérationnelle [math.OC]; Performance et fiabilité [cs.PF]

Yingjun Deng. Degradation modeling based on a time-dependent Ornstein-Uhlenbeck process and prognosis of system failures. Operations Research [math.OC]. Université de Technologie de Troyes, 2015. English. ⟨NNT : 2015TROY0004⟩. ⟨tel-03358882⟩