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交流接觸器是一種廣泛使用的低壓控制電器，主要用于遠(yuǎn)距離頻繁接通和開斷交流主電路以及大容量控制電路，對其壽命進(jìn)行預(yù)測尤為重要。目前在低壓電器電壽命預(yù)測的研究中，對剩余電壽命預(yù)測的研究較多。

但考慮到在工礦、交通運(yùn)輸、軍事、航天等領(lǐng)域中，因交流接觸器工作模式、工作環(huán)境、操作頻率等不同，一般要求交流接觸器電壽命達(dá)到數(shù)萬次至幾十萬次。特別是相關(guān)行業(yè)里某些可靠性要求高、不易修復(fù)的系統(tǒng)，所采用的交流接觸器不能隨意更換，因而交流接觸器個(gè)體電壽命須達(dá)到一定范圍。

若交流接觸器提前退出工作狀態(tài)，將直接影響系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，可能會造成嚴(yán)重的安全問題及經(jīng)濟(jì)損失。因此若在交流接觸器出廠時(shí)就能實(shí)現(xiàn)交流接觸器個(gè)體預(yù)期電壽命的準(zhǔn)確預(yù)測，將便于交流接觸器的使用和維護(hù)，對提高系統(tǒng)的安全運(yùn)行水平具有重要意義。

當(dāng)前，低壓電器預(yù)期壽命預(yù)測的方法可分為兩類：一類是基于抽樣檢測理論，根據(jù)樣本的壽命數(shù)據(jù)推測整體的壽命分布以及與壽命有關(guān)的可靠性特征量，如平均壽命、可靠壽命等。

這類方法能夠得到一批產(chǎn)品整體的壽命指標(biāo)，但是在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，因產(chǎn)品材料和制造工藝無法完全一致及人為因素的影響，同一批次的產(chǎn)品個(gè)體壽命存在一定的差別，表征整體壽命的指標(biāo)無法準(zhǔn)確反映某一個(gè)體的準(zhǔn)確壽命情況。

另一類方法是根據(jù)產(chǎn)品個(gè)體的形態(tài)參數(shù)推測其壽命，此類方法建立在產(chǎn)品個(gè)體的參數(shù)變化與壽命的內(nèi)在關(guān)聯(lián)之上，可以體現(xiàn)同一批次下不同產(chǎn)品個(gè)體的壽命差別，故其適用于產(chǎn)品個(gè)體的壽命預(yù)測。

預(yù)測壽命的性態(tài)參數(shù)可分為兩類：性能退化特征和壽命初態(tài)特征。根據(jù)產(chǎn)品個(gè)體的性能退化特征推測產(chǎn)品壽命屬于在線預(yù)測，當(dāng)前的研究大多集中于基于回歸分析、灰色模型等數(shù)學(xué)方法建模的預(yù)測。

不確定性推理的流程一般分為兩步：首先在初始信息中篩選關(guān)鍵指標(biāo)，之后基于關(guān)鍵指標(biāo)結(jié)合相關(guān)不確定性推理方法推導(dǎo)結(jié)論。初始信息中有時(shí)存在較多冗余信息，使得運(yùn)算過程較為復(fù)雜，推理結(jié)果準(zhǔn)確度不高，因此首先要在初始信息中篩選關(guān)鍵指標(biāo)，為后續(xù)的不確定性推理奠定基礎(chǔ)。

粗糙集理論的約簡功能，可以在保持特征指標(biāo)判別能力不變的情況下，刪除其中不相關(guān)或不重要的指標(biāo)，減少計(jì)算復(fù)雜度，在其他領(lǐng)域已實(shí)現(xiàn)較廣泛的應(yīng)用。

在獲得關(guān)鍵指標(biāo)的基礎(chǔ)上，根據(jù)相關(guān)方法進(jìn)行不確定推理，最終推理出具有一定不確定性但基本合理的結(jié)論。常用不確定性推理方法包括可信度方法、貝葉斯方法、粗糙集理論、證據(jù)理論等。

在處理不確定性信息上，證據(jù)理論比其他方法更加靈活，可以在不同層次上通過一定的證據(jù)合成方法對不同的證據(jù)體進(jìn)行融合分析，從多方面給出對不確定性問題的描述，該方法處理過程簡單，能區(qū)分“不確定”與“不知道”的差異，因此在不確定推理方面應(yīng)用較為廣泛。

粗糙集和證據(jù)理論的聯(lián)合應(yīng)用可省略粗糙集單一運(yùn)用時(shí)規(guī)則提取的復(fù)雜運(yùn)算，在一定程度上減少了計(jì)算量，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)多屬性數(shù)據(jù)的融合，更好地對已有數(shù)據(jù)之間的差異進(jìn)行區(qū)分。

河北工業(yè)大學(xué)的研究人員從定性角度評估交流接觸器預(yù)期電壽命，利用斯皮爾曼等級相關(guān)系數(shù)研究交流接觸器特征參量和電壽命之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，為預(yù)測方法的建立奠定基礎(chǔ)。之后建立一種基于粗糙集與證據(jù)理論定性預(yù)測交流接觸器預(yù)期電壽命的方法。

圖1 交流接觸器預(yù)期電壽命預(yù)測流程

利用粗糙集理論結(jié)合相關(guān)計(jì)算篩選單類初態(tài)特征的最佳屬性集，組合后二次約簡篩選關(guān)鍵初態(tài)特征；采用關(guān)鍵初態(tài)特征權(quán)重集和驗(yàn)證樣本關(guān)鍵初態(tài)特征的匹配度表構(gòu)建證據(jù)理論的獨(dú)立證據(jù)，運(yùn)用Dempster組合規(guī)則進(jìn)行證據(jù)組合，根據(jù)融合證據(jù)計(jì)算類概率函數(shù)值，給出預(yù)期電壽命等級的不確定性度量，決策驗(yàn)證樣本個(gè)體的預(yù)期電壽命等級。在該預(yù)測方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合相關(guān)實(shí)例驗(yàn)證方法的有效性。

該研究成果總結(jié)如下：

1）針對研究試品，由斯皮爾曼等級相關(guān)系數(shù)并結(jié)合特征參量與電壽命的總體變化趨勢，發(fā)現(xiàn)壽命初期燃弧時(shí)間、燃弧能量、接觸電阻、接觸壓降與電壽命存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，它們的差異在一定程度上可以反映交流接觸器個(gè)體電壽命的長短。

2）基于粗糙集理論從燃弧能量、接觸壓降的分段均值中篩選關(guān)鍵初態(tài)特征，預(yù)測所需數(shù)據(jù)量較小，減少了預(yù)測方法運(yùn)算的復(fù)雜度。采用證據(jù)理論對多個(gè)證據(jù)融合，綜合考慮了多個(gè)關(guān)鍵初態(tài)特征對壽命等級預(yù)測的影響，更好地區(qū)分了特征信息在壽命等級上的差異。粗糙集與證據(jù)理論聯(lián)合應(yīng)用充分發(fā)揮了相關(guān)方法的優(yōu)點(diǎn)，使得兩種方法在一定程度上進(jìn)行互補(bǔ)。

3）在小子樣且保證一定數(shù)量樣本建模的情況下，針對不同的建模-驗(yàn)證的樣本比例進(jìn)行預(yù)期電壽命預(yù)測，達(dá)到了較好的預(yù)測效果，具有一定的實(shí)用性和較強(qiáng)的靈活性。

該方法仍可進(jìn)一步研究改進(jìn)，完善初態(tài)信息后進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)交流接觸器電壽命的定量預(yù)測，以及研究交流接觸器實(shí)際工況條件對電壽命的影響與預(yù)測模型參數(shù)的修正，亦可推廣應(yīng)用于其他低壓開關(guān)電器產(chǎn)品的預(yù)期電壽命預(yù)測中，提高方法的適用性。

以上研究成果發(fā)表在2020年第10期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“基于粗糙集與證據(jù)理論的交流接觸器預(yù)期電壽命預(yù)測”，作者為孫曙光、王銳雄、杜太行、王景芹、崔景瑞。