CMAPSS发动机数据集：探索设备剩余寿命预测

该数据集包含涡扇发动机从正常运行到失效期间采集的实验数据，可用于研究涡扇发动机故障预测及其性能评估。

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实验设计在汽车发动机研发中至关重要。它基于概率论和数理统计，是一种高效安排实验并找出关键因素的科学方法。实验设计在汽车领域分为筛选设计和优化设计两类。筛选设计用于研发早期，适合应对大量潜在影响因素，帮助减少实验次数，准确识别影响发动机性能的关键参数。常用方法包括部分析因设计和Plackett-Burman设计，高级设计采用D最优设计。例如，利用这些方法可快速识别如图三所示的X5和X8等关键参数，避免试错浪费。优化设计在中后期使用，聚焦提升性能，应用响应曲面设计、空间填充设计和I最优设计等工具来寻找最佳参数组合。例如，通过Fuel pressure和Valve train调整可以优化燃料消耗，降低研发成本和周期（如图六所示）。JMP等专业统计分析软件是实验设计的重要工具，支持数据分析、模型构建和结果评估，显著加速研发。科学实验设计能帮助企业降低研发成本，缩短周期，提高产品竞争力，打破“销量下降→压缩成本→销量继续下降”的恶性循环。面对研发效率低下的问题，中国汽车企业需引入欧美及日韩领先车企已验证的实验设计策略，这将对提高国内汽车工业技术水平、开发更具动力性、经济性和环保性的发动机产生重要影响。实验设计已成为发动机研发的核心技术，通过合理应用，工程师能快速筛选关键参数、优化方案，推动汽车行业的进一步创新与发展。

本研究探讨了静止状态下汽车使用空调系统前后，空调系统对汽车发动机温度和速度的影响。研究使用了一款16气门日产发动机，首先让其运行20分钟并收集数据。在第一种情况下，测量了空调系统运行前后10分钟内的发动机温度（℃），在第二种情况下，在相同条件下测量了发动机的转速。研究假设基于20个观察结果，通过配对t检验发现，无论是温度还是速度，空调系统的安装使用均对发动机产生显著影响。温度和速度的t统计分析结果分别为-4.0329和-5.51832，都显著小于5%显著水平的临界值（温度和速度的t-Statcritical < -1.73），因此拒绝了原假设（Ht0和Hs0）。回归分析显示，温度和速度与空调系统使用之间存在强相关性，相关系数分别为0.999996066和0.999653453，R2值分别为0.999992132和0.999307027。研究结果表明，空调系统的使用显著影响了发动机的性能。

针对航空发动机可靠性指标评估的需求，提出了基于危害度的故障统计分析模型。该模型考虑不同故障样本对发动机安全性、性能、任务和维修等指标的影响，并根据故障的失效机理建立了相应的分布模型。通过采用分布计算和二次分布等算法，综合评估了航空发动机的整体可靠性指标。文中还对英国和中国生产的两种同类型航空发动机进行了故障统计分析，并进行了详细的比较分析。最后，结合累积工作时间和日历工作时间，对故障样本的时效性进行了深入探讨。

针对航空发动机磨损故障诊断专家系统知识获取困难的问题，提出了一种基于Weka平台的知识自动获取模型。该模型将数据挖掘软件Weka嵌入到专家系统中，作为知识自动获取模块。模型利用C4.5决策树算法，对发动机磨损故障知识规则进行提取，其中涉及连续属性的离散化、树的构建和修剪、规则生成等关键技术。通过对某型航空发动机实测油样光谱数据的分析，成功提取了发动机磨损故障知识规则。

采用非参数统计方法分析耐热钢寿命预测主曲线，提出双指数主曲线形式，具有优良的统计推断特性。通过长时蠕变断裂数据检验发现，双指数主曲线在外推方面具有较强稳健性。

本研究探讨了预腐蚀对飞机结构疲劳寿命的影响，并建立了疲劳寿命服从Weibull分布的加速腐蚀因子确定方法。假设预腐蚀疲劳寿命服从Weibull分布，特征寿命随时间呈指数变化规律，推导出了以疲劳寿命为腐蚀量的加速腐蚀因子表达式。在工程应用范围内，证明了加速腐蚀因子与腐蚀时间无关的结论。研究还进行了相关参数估计，建立了加速腐蚀因子的估计方法，并得到了其近似分布的统计分析。

本数据集用于预测心电图心跳信号类别，包含超过 20 万条来自某平台的心电图数据记录，每条数据均由 1 列采样频次一致、长度相等的信号序列组成。为确保比赛公平，将抽取 10 万条作为训练集，2 万条作为测试集 A，2 万条作为测试集 B，并对心跳信号类别进行脱敏处理。数据集包含以下文件：testA.csv、sample_submit.csv 和 train.csv。