基于多阶段参数辨识与蒙特卡洛不确定性传播的质子交换膜水电解槽电压退化预测和预后地平线评估集成算法（Python)

代码实现了一个完整的质子交换膜水电解槽（PEMWE）剩余使用寿命（RUL）预测与性能评估系统。整个流程从加载合成的PEMWE数据集开始，首先基于底层的物理退化模型计算真实的理论失效时间（EOL）。系统通过多阶段参数辨识方法，在不同时间点对电压退化模型的关键参数（R、B、i0）进行拟合，这些参数描述了电解槽随时间的退化行为。接着采用蒙特卡洛方法进行不确定性传播，生成大量的RUL预测样本。基于这些预测样本，系统评估相对准确性（RA）指标来衡量预测精度，并通过β准则确定预后地平线（PH），即预测结果变得统计显著并保持稳定的最早时间点。此外，系统还计算λ指标来评估在不同生命周期阶段（如λ=0.25、0.5、0.75）的预测性能。通过生成哈希值对计算密集型的结果进行缓存，避免重复计算。最终，系统创建全面的可视化图表，包括预后地平线分析图、相对准确性趋势图、β准则收敛图和λ指标汇总图，并提供详细的结果解释和维护建议，为工业维护决策提供科学依据。

详细算法步骤

初始化与配置：设置工作环境根目录，导入所有必要的库和配置文件，包括电压退化模型函数、电解槽物理模型函数以及各类数学和数据处理工具。

参数哈希生成：将所有配置参数组合并计算MD5哈希值，用于结果缓存和版本管理，避免重复计算，提高分析效率。

数据加载与预处理：读取合成的PEMWE数据集，将时间列转换为日期时间格式，筛选掉不合理的电流密度和电压数据点，确保数据质量。

真实失效时间计算：基于物理模型计算电解槽的真实退化参数，包括欧姆电阻R、塔菲尔斜率B和交换电流密度i0。通过求解Nernst方程确定最大堆栈电压，进而计算达到终止电压阈值的时间，获得真实的剩余使用寿命。

缓存检查机制：根据配置哈希值检查是否存在先前计算的结果。如果存在缓存，直接加载缓存结果；如果不存在，执行后续计算密集型分析。

多阶段参数辨识：在多个时间点上对电压退化模型的关键参数进行分段拟合，获取参数随时间的演化规律。采用不同的模型类型（线性、指数、常数）对不同参数的时间趋势进行拟合。

蒙特卡洛不确定性传播：从参数拟合的分布中抽取大量样本，生成多组可能的参数组合，为每个参数组合计算对应的剩余使用寿命预测，从而构建预测结果的概率分布。

预后地平线评估：基于蒙特卡洛模拟生成的预测分布，计算相对准确性指标，评估预测结果与真实值的接近程度。应用β准则判断预测结果何时变得统计显著且稳定，确定预后地平线的时间点。

λ指标分析：在生命周期的不同阶段（通常取λ=0.25、0.5、0.75）评估预测性能，计算各阶段预测分布的概率质量，分析预测精度随设备老化的变化趋势。

结果缓存存储：将计算得到的预后地平线结果和λ指标结果组合存储为pickle文件，使用配置哈希值命名，便于后续快速加载和分析。

数据验证与提取：从结果数据结构中提取时间序列数据、预测值、相对准确性值和β准则状态，确保数据格式正确可用于可视化。