Nonlinear-Wiener-process-based remaining useful life prediction method for stochastic deteriorating devices with multiple modes

LI Mengcao; ZHANG Zhengxin; SI Xiaosheng; FENG Lei; ZHANG Jianxun

doi:DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.09.022

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Nonlinear-Wiener-process-based remaining useful life prediction method for stochastic deteriorating devices with multiple modes

更新时间：2025-09-22

- Nonlinear-Wiener-process-based remaining useful life prediction method for stochastic deteriorating devices with multiple modes
- Journal of Mechanical Strength Vol. 47, Issue 9, Pages: 221-232(2025)
- 作者机构：
  
  火箭军工程大学，西安 710025
- 作者简介：
  
  ZHANG Zhengxin, E-mail: zhangzx.2006@tsinghua.org.cn
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(62233017;62373369;62450056;62373368)
- DOI：DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.09.022
  CLC：
- Received：18 May 2025，
  
  Revised：2025-08-01，
  
  Published：15 September 2025
- 稿件说明：
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李梦草，张正新，司小胜，等. 基于非线性Wiener过程的多模式随机退化设备剩余使用寿命预测方法［J］. 机械强度，2025，47（9）：221-232.

LI Mengcao，ZHANG Zhengxin，SI Xiaosheng，et al. Nonlinear-Wiener-process-based remaining useful life prediction method for stochastic deteriorating devices with multiple modes［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（9）：221-232.
李梦草，张正新，司小胜，等. 基于非线性Wiener过程的多模式随机退化设备剩余使用寿命预测方法［J］. 机械强度，2025，47（9）：221-232. DOI： DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.09.022.

LI Mengcao，ZHANG Zhengxin，SI Xiaosheng，et al. Nonlinear-Wiener-process-based remaining useful life prediction method for stochastic deteriorating devices with multiple modes［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（9）：221-232. DOI： DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.09.022.

摘要

多模式随机退化设备剩余使用寿命（Remaining Useful Life

RUL）预测的难点在于建立一类能够刻画多种不同退化模式的随机退化模型，并求解多模式随机退化模型下设备的RUL分布。首先，建立了一类基于非线性Wiener过程的一般化随机退化模型，实现了多模式随机退化过程统一刻画。其次，提出了基于同类设备历史退化数据的模型参数极大似然估计（Maximum Likelihood Estimation

MLE）方法。再次，推导了首达时间意义下多模式随机退化设备RUL分布的概率密度函数（Probability Density Function

PDF）的解析近似解。最后，构建了模型参数更新的序贯贝叶斯架构，实现了在役设备RUL的在线预测。数值仿真分析及轴承RUL预测的应用实例表明，所提方法能够有效建模随机退化设备的多模式随机退化过程，并准确预测设备的RUL，为系统后续的维修决策提供预测信息依据。

Abstract

The challenge in predicting the remaining useful life (RUL) of multi-mode stochastic degradation equipment lies in establishing a class of stochastic degradation models capable of characterizing multiple distinct degradation modes and deriving the remaining useful life distribution of the equipment under such multi-mode stochastic degradation models.First

a generalized stochastic degradation model based on the nonlinear Wiener process was developed

achieving a unified characterization of multi-mode stochastic degradation processes. Second

a maximum likelihood estimation (MLE) method for model parameters was proposed

utilizing historical degradation data from similar equipment. Third

an analytical approximate solution for the probability density function (PDF) of the remaining useful life distribution of multi-mode stochastic degradation equipment was derived under the first hitting time (FHT) framework. Finally

a sequential Bayesian framework for model parameter updating was constructed

enabling online prediction of the remaining useful life of in-service equipment.Numerical simulation analyses and an application case study on bearing remaining useful life prediction demonstrate that the proposed method can effectively model the multi-mode stochastic degradation processes of stochastic degradation equipment and accurately predict the remaining useful life

thereby providing predictive information to support subsequent maintenance decision-making for the system.

关键词

Keywords

references

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