Análise de confiabilidade de sistemas reparáveis: abordagens para dados de tempo de falha, degradação e degradação acelerada

dc.contributor.advisor1Tomazella, Vera Lucia Damasceno
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/8870556978317000
dc.contributor.advisor1orcidhttps://orcid.org/0000-0002-6780-2089
dc.contributor.authorPortela, Adriane Caroline Teixeira
dc.contributor.authorlatteshttps://lattes.cnpq.br/8177703084857092
dc.contributor.authororcidhttps://orcid.org/0000-0002-0566-4071
dc.date.accessioned2025-08-18T18:27:54Z
dc.date.issued2025-08-14
dc.description.abstractReliability analysis aims to understand and predict the behavior of systems over time, using both failure data and degradation data. In repairable systems, these two types of information are particularly relevant, as they allow one to characterize the evolution of failure risk and the impact of maintenance actions throughout the life cycle. Therefore, it is possible to develop more realistic models to support maintenance decisions and optimize operational costs, reflecting the actual conditions to which the systems are subjected. In this thesis, we present three statistical models focused on the analysis of repairable systems from different perspectives. Initially, we propose a frailty model for failure times in systems operating under minimal repair, accounting for unobserved heterogeneity among units. The failure intensity function follows a Power Law Process, while the frailty term is assumed to follow a non‑central Gamma distribution. Through simulation studies and applications to real datasets, we demonstrate that this approach yields more accurate estimates and reliability functions that are better adjusted to the variability among systems. Subsequently, we advance to models based on degradation trajectories, investigating processes in which the system condition deteriorates over time and can be partially restored by imperfect maintenance actions. We adopt the inverse Gaussian process associated with the order-one Arithmetic Reduction of Degradation ARD1 mechanism, which captures the variable effects of maintenance actions and provides more faithful representations of system behavior. Simulation studies and applications confirm the model's effectiveness. Finally, we propose an accelerated degradation model that combines the inverse Gaussian process with an exponential acceleration factor and the imperfect maintenance mechanism. This formulation allows for the simultaneous assessment of the effects of external stress variables and maintenance actions, providing estimates of the mean time to failure and reliability functions that are more consistent with dynamic operating conditions. Across all models, we adopt a classical approach to construct likelihood functions, estimate parameters via maximum likelihood, and investigate asymptotic properties through simulation studies. Applications demonstrate the potential of the proposed methodologies to support more effective maintenance policies and provide technical insights for managing of repairable systems operating under variable and heterogeneous conditions.eng
dc.description.resumoA análise de confiabilidade busca compreender e prever o comportamento de sistemas ao longo do tempo, utilizando tanto dados de falha quanto dados de degradação. Em sistemas reparáveis, esses dois tipos de informação são particularmente relevantes, pois permitem caracterizar a evolução do risco de falha e o impacto das ações de manutenção ao longo do ciclo de vida. Portanto, é possível desenvolver modelos mais realistas para apoiar decisões de manutenção e otimizar custos operacionais, refletindo as condições reais às quais os sistemas estão sujeitos. Nesta tese, apresentamos três modelos estatísticos voltados à análise de sistemas reparáveis sob diferentes perspectivas. Inicialmente, propomos um modelo de fragilidade para tempos de falha em sistemas sujeitos a reparo mínimo, considerando heterogeneidade não observada entre unidades. A função de intensidade de falha adota um Processo de Lei de Potência, enquanto o termo de fragilidade segue uma distribuição Gama não‑central. Por meio de estudos de simulação e aplicações a dados reais, demonstramos que essa abordagem permite estimativas mais precisas e funções de confiabilidade ajustadas à variabilidade entre sistemas. Em seguida, avançamos para modelos baseados em trajetórias de degradação, investigando processos em que a condição do sistema se deteriora ao longo do tempo e pode ser parcialmente restaurada por manutenções imperfeitas. Utilizamos o processo Gaussiano inverso associado ao mecanismo de Redução Aritmética da Degradação de ordem um ARD1, captando os efeitos variáveis das ações de manutenção e fornecendo representações mais fiéis. Estudos de simulação e aplicações confirmam a eficiência do modelo. Por fim, propomos o modelo de degradação acelerada, que combina o processo Gaussiano inverso com um fator de aceleração exponencial e o mecanismo de manutenção imperfeita. Essa formulação permite avaliar, simultaneamente, o efeito de variáveis externas de estresse e das ações de manutenção, fornecendo estimativas de tempo médio até a falha e funções de confiabilidade mais alinhadas às condições dinâmicas de operação. Em todos os modelos, adotamos uma abordagem clássica para construir funções de verossimilhança, estimar parâmetros por máxima verossimilhança e investigar propriedades assintóticas por meio de estudos de simulação. Aplicações demonstram o potencial das metodologias propostas para apoiar políticas de manutenção mais eficazes e fornecer subsídios técnicos para a gestão de sistemas reparáveis sob condições operacionais variáveis e heterogêneas.}{Sistemas reparáveis, Modelos de tempo de falha, Modelos de degradação, Heterogeneidade não observada, Fatores de aceleração
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
dc.description.sponsorshipId001
dc.identifier.citationPORTELA, Adriane Caroline Teixeira. Análise de confiabilidade de sistemas reparáveis: abordagens para dados de tempo de falha, degradação e degradação acelerada. 2025. Tese (Doutorado em Estatística) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/22582.*
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/22582
dc.language.isopor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCâmpus São Carlos
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.publisher.programPrograma Interinstitucional de Pós-Graduação em Estatística - PIPGEs
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
dc.subjectSistemas reparáveis
dc.subjectModelos de tempo de falha
dc.subjectModelos de degradação
dc.subjectHeterogeneidade não observada
dc.subjectFatores de aceleração
dc.subjectRepairable systemseng
dc.subjectFailure time modelseng
dc.subjectDegradation modelseng
dc.subjectUnobserved heterogeneityeng
dc.subjectAcceleration factorseng
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::PROBABILIDADE E ESTATISTICA
dc.titleAnálise de confiabilidade de sistemas reparáveis: abordagens para dados de tempo de falha, degradação e degradação acelerada
dc.title.alternativeReliability analysis of repairable systems: approaches for failure time, degradation, and accelerated degradation dataeng
dc.typeTese

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