编辑: 鱼饵虫 | 2019-07-06 |
"%%& 年$月'日收到修改稿) 在不考虑部件每一次修如新的条件下, 给出了物理系统状态失效时间的一种等效方法, 建立了需要周期更换 部件状态的分时冗余系统的累积损伤可靠性模型, 并基于 ()*+,-- 分布对相应模型参数进行了估计, 并给出了一个 用于评价系统可靠性的仿真方法.
为验证模型与仿真方法的有效性, 对一个 '/$ 型机械系统的可靠性进行了分析. 关键词:分时冗余系统,可靠性,累积损伤模型,物理失效 !"##:%0%%,%1'%2,"3#02 !高等学校优秀青年人才基金项目 (批准号: "%%&4567%1") , 国家自然科学基金 (批准号: 1%81'%'3) 资助的课题. ! 9:;
?@-A?B CDE,. FD;
'G 引言一类大型复杂物理系统, 如核电厂与化工厂, 通 常是由不同作用的主干部件与辅助部件构成, 其中 主干部件是那些完成主要功能的部件, 如发电厂的 锅炉, 发电机等;
辅助部件支持主干部件, 如油泵, 风 扇等. 虽然辅助部件没有主干部件那么重要, 但是 如果一个辅助系统失效, 它将引起整个系统失效, 通 常采取冗余设计来增加系统运行的有效与可靠性. 在一个分时 !/" 型冗余系统中, 处于使用状态的部 件运行到规定更换时间或者失效时, 备用部件就要 替换上, 系统继续运行, 而被更换的部件经过最小维 修后被转移到贮存状态, 如此循环操作, 其中 " 个 同类型部件中有 ! 个部件处于工作状态," H ! 个 部件处于贮存状态. 在工程实际情况下, 对某些工作部件进行检修 是不实用可行的, 如蒸汽动力发电厂的在役有杆油 泵['] , 需要卸载才能够检测其是否失效, 在这种情况 下, 通常是在使用与备件之间做周期更换以提高系 统的可靠性. 在不考虑周期检修情况下, 关于部件 非完全修复的 #/$ 型冗余安全系统可靠性评价以 及冗余类型的选择可参考文献 [", $] ;
7E) 式得到 %= 时刻的使用可靠性等效贮存可靠性 时间为 %= ! %6 ;
!( !) (%=
2 %6 ) ! %6 ;
(%=
2 %6 ) ,01 (#<
2 #/) ( (6@) 一般地, 系统部件的可靠性函数为 ' (%)! 5, % " 5;
'5 ,01
2 ,01 *+ (% [ ] { } ) , %+26 '5 ,01
2 ,01 *, (% [ ] { } ) , %, : % : {
9 ( (6A) 其中 *+ (%)! "# (%
2 %+26 ;
%+26 )2 # $ (+ ! 6, =, …, ,) , %5 ! 5, %5 ! 5( 根据部件所处的不同状态, # 取#< 或#/ (在第 + 次状态转换, 等效可靠性的时间%+ 为%+ ! ! + - !
6 (%-
2 %-26 ) ,01(.+;
6
2 .- ) (#)
2 #( [ ] ) ( (6B) !"$" 参数#< , #/ , $的对数似然估计 由概率密度函数 / (%)!
0 [6
2 ' (%) ] 3C% 以及 (6A) 式知 / (%) ! '5 ,01
2 ,01 [*+ (% { } ) ],01 [*+ (%) ] (%
2 %+26 ;
%+26 ) $ , %+26 6$) 从而根据 (B) , (6A) , (6$) 式, 系统部件的对数似然函 数为 " ! ! %+ #1 .+ *+ (%+ )2 "# [ (%+
2 %+26 ;
%+26 ) $ ( ) [ { ] ;
& ] + ;
(6
2 .+ ) "# '+ ;
,01 *+2( (%+2( ( ) [ ] } ) ;
! %+ # $
1 .+ &+ ;
(6
2 .+ ) ) { } + , (=5) 其中 &+ ! ,01 [*+26 (%+26 ) ]2 ,01 [*+ (%+ ) ] , )+ ! ,01 [*+2( (%+2( ) ]2 ,01 [*+ (%+ ) ] , '+ !
6 2 ,01 ,01 [*+2( (%+2( ) ]2 ,01 [*+ (%+ { } ) ], 于是关于参数#< , #/ , $的对数偏微分为 !" ! #< ! ! %+ #1
2 6 ( ) $ .+ ;
! '+ ! #<
2 ,01 *+26 (%+26 ( ) ) [ ] { $ D(6
2 .+ } ) ;
! %+ # $
1 ! &+ ! #< , @ A
5 @ 物理学报?B 卷!! ! !! " ! "# "$ (# $") ## $ # " % { # % ! $# ! !& ("#$# ( ) [ ] ) ) % ! "# "$ ! %# ! !! , !! ! " " ! "# "$ # % '# ("# ) " % { # % ! $# ! " % &'( '#$# ("#$# ( ) ) '#$# ("#$# ) [ ] " ) % ! "# "$ ! %# ! " , (*#) 其中 ## " ! #$# ( " + &'( [!! ] , ! %# ! " " # " [&'( '# ("# ( ) ) '# ("# ) ("#$# ( ) ) '#$# ("#$# ) ] , ! %# ! !) " # " &'( '# ("# ( ) ("#$# ( ) [ ] ) , ! %# ! !! " # " ("#$# ( ) ("# ( ) )## ] , 从而整个生产系统的对数似然函数为 * " ! 所有部件 ! , (**) 利用牛顿迭代法, 从下面似然方程组可以得到!- , !! 及"的极大似然估计! . - , ! . ! , " . , !* ! !- " +, !* ! !! " +, !* ! " 于是 01-2&3 信息阵 % (! . - , ! . ! , " . ) 为%(! . - , ! . ! , " . ) " ! * * ! ! * - ! * * ! !!! !- ! * * ! " ! !- ! * * ! !!! !- ! * * ! ! * ! ! * * ! " ! !! ! * * ! " ! !- ! * * ! " ! !! ! * * ! " ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? * !- "! . - , !! "! . ! , """ . , (*4) 从而渐进协方差矩阵为 %$# (! . - , ! . ! , " . ) , 理论上, 可以应用