Винеровская модель прогнозирования ресурса светодиодных источников света по деградации нормируемого показателя качества при ускоренных испытаниях

Владимир Павлович Кузьменко

doi:10.22213/2413-1172-2026-3-22-32

Авторы

В. П. Кузьменко Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения

DOI:

https://doi.org/10.22213/2413-1172-2026-3-22-32

Ключевые слова:

светодиодный источник света, прогнозирование ресурса, данные ускоренных испытаний, нормируемый показатель качества

Аннотация

Представлена модель прогнозирования ресурса светодиодных источников света по деградации нормируемого показателя качества при ускоренных испытаниях на основе нелинейного процесса Винера со случайным коэффициентом дрейфа и учетом совместного действия температуры, относительной влажности и прямого питающего тока. Параметры разработанной модели прогнозирования ресурса определялись методом максимального правдоподобия, а точки переходов между стадиями изменения нелинейности и тренда деградации - минимизацией байесовского информационного критерия Шварца. Расчетная реализация и валидация модели выполнены по данным многострессовых ускоренных испытаний в пяти различных режимах воздействия температуры, влажности и питающего тока, в результате которых выделено три стадии изменения нелинейности и тренда деградации показателя качества светодиодного источника света. Получены значения показателя нелинейности тренда деградации 0,67…0,93 для первой стадии, 1,23…1,35 - для второй и 0,87…1,05 для третьей стадии. Дополнительно произведено сравнение линейного и нелинейного трендов деградации через среднюю абсолютную ошибку прогноза, которая для нелинейного варианта не превышала 1,9 ⋅ 10-2, а для линейного - достигала 4,0 ⋅ 10-2. Полученные результаты подтверждают применимость модели для прогнозирования ресурса светодиодных источников света по нормируемому показателю качества по данным ускоренных испытаний.

Биография автора

В. П. Кузьменко, Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения

кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры электромеханики и робототехники, заместитель директора центра «Офис технологического лидерства»

Библиографические ссылки

Борисов Д. С., Кузнецов Д. И. Понимание эволюции и применения светоизлучающих диодов (LED) // Современные инновации, системы и технологии. 2023. Т. 3, № 4. С. 0601-0614. DOI: 10.47813/2782-2818-2023-3-4-0601-0614

Кузьменко В. П., Солёный С. В. Исследование влияния светодиодных прожекторов на процессы управления качеством электрической энергии и энергоэффективностью // Омский научный вестник. 2021. № 2 (176). С. 15-19.

Структурно-функциональная модель управления качеством светодиодных источников света, используемых в малых космических аппаратах В. П. Кузьменко, С. В. Солёный, Е. А. Фролова, А. П. Бобрышов // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2026. Т. 29, № 1. С. 35-43. DOI: 10.22213/2413-1172-2026-1-35-43

Ibrahim M.S., Zhou Jing, Yung W.K.C., Fan Jiajie. (2021) Bayesian based lifetime prediction for high-power white LEDs. Expert Systems with Applications, vol. 185: 115627. DOI: 10.1016/j.eswa.2021.115627

Solyonyj S., Rabin A., Solenaya O.Y., Kuzmenko V.P., Rysin A.V. (2020) Definition and approximation of the light flux degradation of a LED lamp. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, vol. 734. Art. 012197. DOI: 10.1088/1757-899X/734/1/012197

Кузьменко В. П. Модель оценки срока службы светодиодных осветительных приборов с учетом системных факторов эксплуатации // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2025. Т. 28, № 4. С. 12-21. DOI: 10.22213/2413-1172-2025-4-12-21

Zheng H., Yang J., Kang W., Zhao Y. (2025) Accelerated Degradation Data Analysis Based on Gamma Process With Random Effects. Quality and Reliability Engineering International, vol. 41, no. 4, pp. 1250-1267. DOI: 10.1002/qre.3730

Xu A., Wang J., Tang Y., Chen P. (2025) Efficient online estimation and remaining useful life prediction based on the inverse Gaussian process. Naval Research Logistics, vol. 72, no. 3, pp. 319-336. DOI: 10.1002/nav.22226

Gao H., Cui L., Dong Q. (2020) Reliability modeling for a two-phase degradation system with a change point based on a Wiener process/s Reliability Engineering & System Safety, vol. 193: 106601. DOI: 10.1016/j.ress.2019.106601

Liao G., Yin H., Chen M., Lin Z. (2021) Remaining useful life prediction for multi-phase deteriorating process based on Wiener process. Reliability Engineering & System Safety, vol. 207: 107361. DOI: 10.1016/j.ress.2020.107361

Zhai Q., Li Y., Chen P. (2025) Modeling product degradation with heterogeneity: A general random-effects Wiener process approach. IISE Transactions, vol. 57, no. 12, pp. 1422-1435. DOI: 10.1080/24725854.2024.2434125

Muhammad I., Xiahou T., Liu Y., Muhammad M. (2024) A random-effect Wiener process degradation model with transmuted normal distribution and ABC-Gibbs algorithm for parameter estimation. Reliability Engineering & System Safety, vol. 250: 110289. DOI: 10.1016/j.ress.2024.110289

Осинцева Е. А., Чимитова Е. В. Оптимальное планирование эксперимента на основе винеровской деградационной модели с ковариатами с использованием условной информационной матрицы Фишера // Вестник Томского государственного университета. Управление, вычислительная техника и информатика. 2024. № 67. С. 83-93. DOI: 10.17223/19988605/67/9

Truong M.-T., Do P., Mendizabal L., Iung B. (2022) An improved accelerated degradation model for LED reliability assessment with self-heating impacts. Microelectronics Reliability, vol. 128: 114428. DOI: 10.1016/j.microrel.2021.114428

Tian R., Li H., Wang H., et al. (2024) Optimization design method for multi-stress accelerated degradation test based on Tweedie exponential dispersion process. Applied Mathematical Modelling, vol. 136, pp. 1-22. DOI: 10.1016/j.apm.2024.115640

Rocchetta R., Khalid S., Mafi A., Mossad M., Eifert A., van Driel W.D. (2024) A survey on LED Prognostics and Health Management and uncertainty reduction. Microelectronics Reliability, vol. 157: 115399. DOI: 10.1016/j.microrel.2024.115399

Dong Y., Zhou Z., Dai H., Liu K. (2024) Reliability Evaluation of LED Lamp Beads Considering Multi-Stage Wiener Degradation Process Under Generalized Coupled Accelerated Stress. Electronics, vol. 13: 4724. DOI: 10.3390/electronics13234724

Sun G., Bai Y., Zhang Z. (2024) Overview of high-power LED life prediction algorithms. Sustainable Energy Policy, vol. 3: 1343339. DOI: 10.3389/fsuep.2024.1343339

Li C., Cheng J., Zhu H., Wen B., Zhao X., Kang W. (2025) Degradation modeling and remaining useful life prediction for electronic device under multiple stress influences. Scientific Reports, vol. 15, no. 1: 19117. DOI: 10.1038/s41598-025-03786-y. PMID: 40450133; PMCID: PMC12126570

Miao H., Guo W. (2024) Lifetime prediction of UV LEDs based on Bayesian MCMC and other models. Acta Optica Sinica, vol. 44: 2223001.

Indmeskine F.E., Saintis L., Kobi A. (2023) Review on accelerated life testing plan to develop predictive reliability models for electronic components based on design-of-experiments. Quality and Reliability Engineering International, vol. 39, pp. 2594-2607.