Modelagem de tempo de falha acelerado para sistemas reparáveis considerando fragilidade e diferentes funções de aceleração
| Ano de defesa: | 2025 |
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| Tipo de documento: | Tese |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
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| Instituição de defesa: |
Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos |
| Programa de Pós-Graduação: |
Programa Interinstitucional de Pós-Graduação em Estatística - PIPGEs
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
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| País: |
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| Palavras-chave em Português: | |
| Palavras-chave em Inglês: | |
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| Link de acesso: | https://hdl.handle.net/20.500.14289/22936 |
Resumo: | Reliability analysis in accelerated life testing aims to understand and anticipate the behavior of systems subjected to intensified stress conditions, enabling the estimation of their durability under normal usage conditions. In this context, acceleration functions play a central role, as they describe how stress affects the time to failure. The main objective of this thesis is to investigate, study, and propose acceleration functions that enhance the models’ ability to capture complex relationships between stress and response. To this end, we adopt the context of multiple repairable systems under the assumption of minimal repair, where failures follow a Non-Homogeneous Poisson Process (NHPP) with a baseline intensity function governed by a Power Law Process. The modeling also incorporates unobserved heterogeneity through a frailty term, capturing random effects that influence system performance over time. Model development was carried out in several stages. Initially, an exponential accelerated failure time model with weighted Lindley frailty was proposed and compared to a model with gamma frailty. Next, the scope of acceleration functions was expanded to include the classical forms: Arrhenius, Eyring, and Inverse Power, in comparison with the Exponential form. This methodological extension resulted in eight models: four without frailty and four incorporating gamma frailty. Subsequently, two new acceleration functions were proposed, Exponentiated Exponential and Exponentiated Eyring, aiming to provide greater flexibility in modeling and broaden the potential for application in different accelerated stress scenarios, overcoming limitations of classical forms. Finally, two additional models were developed by combining these new functions with the inclusion of gamma frailty. Parameter estimation for all proposed models was conducted under a frequentist approach, through the construction of the likelihood function and the derivation of maximum likelihood estimators, along with their asymptotic confidence intervals obtained via numerical methods. In all cases, the performance of the estimators was evaluated through a simulation study that covered various scenarios and acceleration levels, and all models yielded satisfactory results. The applicability of these models was illustrated with practical examples involving multiple systems and varying stress levels, highlighting the relevance of these acceleration functions for reliability analysis in accelerated life testing. |
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Pereira, Edilenia QueirozAlberto Gonzatto Junior, Oilsonhttp://lattes.cnpq.br/7365405141909374http://lattes.cnpq.br/5581116134666021https://orcid.org/0000-0001-5806-2034https://orcid.org/0000-0002-5447-3044https://orcid.org/0000-0001-7815-9554https://orcid.org/0000-0001-6312-6098https://orcid.org/0000-0001-5912-5754https://orcid.org/0000-0001-5555-5343Louzada Neto, FranciscoHenrique Ferreira da Silva, PauloHanna Martins Morita , LiaLívio da Cunha Lopes , Titohttp://lattes.cnpq.br/0994050156415890http://lattes.cnpq.br/8538524597034643http://lattes.cnpq.br/8952048121396398http://lattes.cnpq.br/41724671054817542025-10-21T18:03:13Z2025-09-25PEREIRA, Edilenia Queiroz. Modelagem de tempo de falha acelerado para sistemas reparáveis considerando fragilidade e diferentes funções de aceleração. 2025. Tese (Doutorado em Estatística) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/22936.https://hdl.handle.net/20.500.14289/22936Reliability analysis in accelerated life testing aims to understand and anticipate the behavior of systems subjected to intensified stress conditions, enabling the estimation of their durability under normal usage conditions. In this context, acceleration functions play a central role, as they describe how stress affects the time to failure. The main objective of this thesis is to investigate, study, and propose acceleration functions that enhance the models’ ability to capture complex relationships between stress and response. To this end, we adopt the context of multiple repairable systems under the assumption of minimal repair, where failures follow a Non-Homogeneous Poisson Process (NHPP) with a baseline intensity function governed by a Power Law Process. The modeling also incorporates unobserved heterogeneity through a frailty term, capturing random effects that influence system performance over time. Model development was carried out in several stages. Initially, an exponential accelerated failure time model with weighted Lindley frailty was proposed and compared to a model with gamma frailty. Next, the scope of acceleration functions was expanded to include the classical forms: Arrhenius, Eyring, and Inverse Power, in comparison with the Exponential form. This methodological extension resulted in eight models: four without frailty and four incorporating gamma frailty. Subsequently, two new acceleration functions were proposed, Exponentiated Exponential and Exponentiated Eyring, aiming to provide greater flexibility in modeling and broaden the potential for application in different accelerated stress scenarios, overcoming limitations of classical forms. Finally, two additional models were developed by combining these new functions with the inclusion of gamma frailty. Parameter estimation for all proposed models was conducted under a frequentist approach, through the construction of the likelihood function and the derivation of maximum likelihood estimators, along with their asymptotic confidence intervals obtained via numerical methods. In all cases, the performance of the estimators was evaluated through a simulation study that covered various scenarios and acceleration levels, and all models yielded satisfactory results. The applicability of these models was illustrated with practical examples involving multiple systems and varying stress levels, highlighting the relevance of these acceleration functions for reliability analysis in accelerated life testing.A análise de confiabilidade em testes acelerados busca compreender e antecipar o comportamento de sistemas submetidos a condições de estresse intensificado, permitindo estimar sua durabilidade em condições normais de uso. Nesse contexto, as funções de aceleração desempenham um papel central, pois descrevem como o estresse afeta o tempo até a falha. O principal objetivo desta tese é investigar, estudar e propor funções de aceleração que ampliem a capacidade dos modelos em capturar relações complexas entre estresse e resposta. Para isso, adota-se o contexto de múltiplos sistemas reparáveis sob a suposição de reparo mínimo, cujas falhas seguem um Processo de Poisson Não Homogêneo com função de intensidade de base regida pelo Processo de Lei de Potência. A modelagem também incorpora a variabilidade não observada por meio da fragilidade, capturando efeitos aleatórios que afetam o desempenho dos sistemas ao longo do tempo. A construção dos modelos foi realizada em diferentes etapas. Inicialmente, propôs-se o modelo de tempo de falha acelerado exponencial com fragilidade Lindley ponderada, em comparação ao modelo com fragilidade gama. Na sequência, ampliou-se o escopo das funções de aceleração para incluir as formas clássicas de Arrhenius, de Eyring e de Potência Inversa em comparação à Exponencial, resultando em oito modelos: quatro sem a inclusão de fragilidade e quatro com a incorporação de fragilidade gama. Posteriormente, foram propostas duas novas funções de aceleração, Exponencial Exponenciada e Eyring Exponenciada, com o objetivo de proporcionar maior flexibilidade à modelagem e ampliar seu potencial de aplicação em diferentes cenários de estresse acelerado, superando limitações das formas clássicas. Por fim, foram desenvolvidos dois modelos adicionais combinando essas novas funções com a inclusão de fragilidade gama. A estimação dos parâmetros, para todos os modelos propostos, foi realizada sob a abordagem frequentista, por meio da construção da função de verossimilhança e da obtenção dos estimadores de máxima verossimilhança, juntamente com seus intervalos de confiança assintóticos, determinados por métodos numéricos. Em todos os casos, o desempenho dos estimadores foi avaliados por meio de um estudo de simulação abrangendo diferentes cenários e níveis de aceleração e todos os modelos apresentaram resultados satisfatórios. A aplicabilidade desses modelos foi ilustrada com exemplos práticos envolvendo múltiplos sistemas e diferentes níveis de estresse, evidenciando a relevância dessas funções de aceleração para a análise de confiabilidade em testes acelerados.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)88887.890270/2023-00porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma Interinstitucional de Pós-Graduação em Estatística - PIPGEsUFSCarhttps://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/asmb.2864Attribution 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessFragilidadeFunções de aceleraçãoModelo de regressãoProcesso de Lei de PotênciaSistemas reparáveisTestes aceleradosAcceleration functionsAccelerated testingFrailtyPower Law ProcessRegression modelRepairable systemsCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::PROBABILIDADE E ESTATISTICA18. Igualdade Étnico-Racial para o Desenvolvimento SustentávelModelagem de tempo de falha acelerado para sistemas reparáveis considerando fragilidade e diferentes funções de aceleraçãoAccelerated failure time modeling for repairable systems considering frailty and acceleration functionsinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINAL1_TESE_Edilenia_Queiroz_2025.pdf1_TESE_Edilenia_Queiroz_2025.pdfapplication/pdf4031539https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/4a8f774b-33c4-4943-9bf3-9295eff1e085/download974e5c30b9a3d5de205fc0226c037485MD51trueAnonymousREADCC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-81026https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/bc799d34-30db-4931-b413-15ebc4662b56/download8b1d7be50365a944321ad7a1789f6ebfMD52falseAnonymousREADTEXT1_TESE_Edilenia_Queiroz_2025.pdf.txt1_TESE_Edilenia_Queiroz_2025.pdf.txtExtracted texttext/plain103566https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/410c346e-56b5-4cde-8872-8d88e9ba589b/download727f1c18c10ca6110a9054bf1170b887MD53falseAnonymousREADTHUMBNAIL1_TESE_Edilenia_Queiroz_2025.pdf.jpg1_TESE_Edilenia_Queiroz_2025.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg6500https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/7651b4e2-aae5-41cc-b7f1-35fdeb1b124e/downloada4d1308a4f9f66ea05f483f8b6d97123MD54falseAnonymousREAD20.500.14289/229362025-10-22T03:01:32.711065Zhttp://creativecommons.org/licenses/by/3.0/br/Attribution 3.0 Brazilopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/22936https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-10-22T03:01:32Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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Modelagem de tempo de falha acelerado para sistemas reparáveis considerando fragilidade e diferentes funções de aceleração Pereira, Edilenia Queiroz Fragilidade Funções de aceleração Modelo de regressão Processo de Lei de Potência Sistemas reparáveis Testes acelerados Acceleration functions Accelerated testing Frailty Power Law Process Regression model Repairable systems CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::PROBABILIDADE E ESTATISTICA 18. Igualdade Étnico-Racial para o Desenvolvimento Sustentável |
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