Reliability Evaluation and Sensitivity Analysis for Multi-state System Based on Time Degradation Measures

The performance and state of multi-state system depend on its structure and different state combinations of the components. In order to evaluate the reliability of multi-state system effectively,a reliability evaluation and sensitivity analysis method based on the time degradation measures was proposed. The equivalence sets of the multi-state system under different output performances were established. The state combinations were classified according to the performance level. The degradation probability models under different states were established,and the new reliability measures,such as dynamic probability of multi-state system,holding time in each state,dynamic expectation function and integrated expectation function of the performance,were proposed and used to implement the dynamic reliability evaluation and sensitivity analysis. A certain diesel engine fuel feeding system was taken as an application example to illustrate the proposed method. The results show that not only the holding time in the desired state of the components and the system can be predicted,but also the best state component in a certain time period can be obtained.     

基于有限退化结构的多态组合导航系统可靠性

组合导航系统（ Integrated Navigation System ,INS）广泛用于航空航天、海洋探索等领域,因其工作环境、系统构成的复杂性等因素,系统从正常工作到完全失效会经历各种退化状态,进而增加系统可靠性分析难度。将有限退化结构(Finite Degradation Structures,FDS)方法应用于多态组合导航系统可靠性分析。首先,参考故障模式与影响分析（ Failure Mode and Effect Analysis,FMEA）方法将组件的故障模式转化为状态空间;其次,利用抽象运算得到组件状态和系统状态的关联关系,建立组合导航系统的FDS模型;然后,进行系统临界场景分析和可靠性指标计算,得出系统状态的发生概率、组件状态的敏感性,找到系统的薄弱环节、系统完全失效前的退化边界;最后,根据结果指导制定系统维护策略、预防系统风险发生方案等可靠性决策。     

多态系统中具有非一致状态的元件重要度评价

多态系统可靠性研究中常见的重要度评价主要包括:评价给定元件对系统可靠度的影响和评价给定元件的特定状态或状态集合对系统可靠度的影响。针对元件的重要度分析往往假设元件状态和环境因素一定的情况下,系统具有一致的可靠性表现。然而在系统实际运行中,部分元件存在非一致性状态,在故障下元件状态不变,却引起系统的降级运行甚至崩溃。该文研究了具有非一致性状态的元件重要度评价方法。通过大量故障注入实验验证元件非一致状态对系统可靠性的影响,在传统的重要度评价方法基础上结合对实验结果进行统计和分析提出多态系统下非一致状态的元件重要度评价方法。对示例系统的分析表明:该重要度评价方法相对于传统方法能够更有效地反映非一致状态的特征以及故障的影响。     

多状态劣化系统的运行指标分析

研究了多状态系统的故障诊断和检测策略，在此基础上，给出了该系统的一些新的可靠性指标和运行指标。     

维修有优先权的且含有r个修理工的环形相邻k/n(F)可修系统分析

研究由n个部件及r个修理工组成的环形相邻k/n(F)可修系统的可靠性问题,假定每个部件工作时间和维修时间均服从指数分布,故障部件可以修复如新.利用广义转移概率的定义和关键部件优先维修的规则,求得该系统的状态转移概率矩阵,并给出一个具体的实例相邻2-out-of-6:F环形可修系统,获得该系统的可靠度及重要可靠性指标.     

计及输电线路相关停运的大电网可靠性评估

为了计算和分析输电线路对大电网可靠性评估的影响,提出一种计及双回平行输电线路独立停运、共同模式停运和相关停运的大电网可靠性评估模型和算法.计及共同模式停运和相关停运时,双回平行输电线路的两回线实际上是一个具有多个状态的元件.提出的算法可以在形成可靠性指标时,同时计算这种多状态元件造成系统失效状态下独立停运、共同模式停运和相关停运的概率和频率,减少了计算复杂性.通过对RBTS系统、IEEE-RTS96区域A系统和一个实际电力系统进行的可靠性计算分析,验证了提出的算法的正确性和有效性.     

Global Mission Sensitivity Study for Phased MissionSystem with Analysis of Variance Method

A comprehensive mission sensitivity analysis index based on Sobol＇s index called global mission sensitivity（ GMS） was proposed in this paper which focused on analyzing the mission sensitivity of components of phased mission systems（ PMS）. The simulation strategy of GMS based on a Petri net and Monte Carlo method was presented which had broad applicability. Finally,the GMS and Birnbaum＇s sensitivity of components in a PMS example were compared. The GMS of component is demonstrated to be more adaptable to reflect the component mission sensitivity when the rated reliability parameters of components cannot be obtained, and components have state dependency or the system is subjected to common cause failure.     

多态系统性能变化评估

在多态系统的寿命周期中,随着系统组(部)件状态的劣化,系统性能逐渐降低,所以研究关键组(部)件的状态对系统性能的影响可以为系统性能的提升提供技术支持。综合重要度主要是用来定量评估系统组(部)件状态变化对系统性能变化的影响程度。基于综合重要度:(1)给出当系统组(部)件某些状态概率发生改变时,如何利用综合重要度来衡量系统性能的变化量;(2)当系统组(部)件某两状态概率发生相同变化时,如何利用综合重要度来排列组(部)件状态对系统性能影响的大小,为工程师分析系统性能的变化提供了理论依据。     

考虑性能退化及变工况的多状态系统可靠性分析方法

工作状况频繁变化(变工况)的复杂系统,由于其组成单元在复杂的工作环境下呈现出不同的性能退化规律,使得多状态系统的可靠性评估十分困难。考虑性能退化的多状态可靠性分析基本理论,定义了退化单元及复杂系统的多状态可靠性函数;给出了相应的计算方法。结合船舶复杂动力系统的应用实例,得到了其性能退化规律及变工况工作时的可靠度变化规律,所提出的考虑性能退化及变工况的多状态系统可靠性分析方法对复杂系统的可靠性评估有一定借鉴价值。     

基于元胞自动机的可修复网络系统可靠性评估模型

为了实时有效评估可修复网络系统的可靠性,克服枚举法的状态空间爆炸问题和马尔科夫过程分析只针对一种系统结构的缺陷,提出了一种基于元胞自 动机的网络系统可靠性评估模型?该模型从节点的内在失效概率和网络结构角度,建立元胞自动机的邻域和状态转移函数,提出可修复网络系统演化模型;在离散演化周期内,利用元胞自动机的传播特性算法定期检测系统的瞬时可靠性,累积得到可修复网络系统的近似稳态可靠性?该模型结合解析法和模拟法优点,得到与时间相关的可修复系统稳态可靠性?该算法分别与状态枚举法?蒙特卡罗法进行仿真对比,仿真结果表明,该方法可准确描述可修复网络系统的稳态可靠性,该方法也适用于其他大规模可修复系统可靠性评估?     

结构系统强度和刚度耦合的可靠性分析

基于计算结构力学概念,提出框架结构强度和刚度耦合的可靠性分析方法,解决了极限状态函数和内力的连续生成问题.将该方法与分枝定界法相结合对系统加以分析,计算了结构的总体失效概率.文中方法实现了变更结构的连续可靠性分析,简化了繁琐的总刚运算,为结构退化为机构提供了新判据,加快了系统失效模式的搜索速度,提高了结构系统可靠性分析的时效.     

基于Ion-Channel的故障多态安全关键系统可靠性研究

通过分析安全关键系统的特点,综合考虑了不同的部件失效模式、维修模式导致系统的不同安全性,建立了部件故障三态、系统故障多态模型.由于系统中每一个部件有工作、安全和危险3种状态,系统状态数随着部件数的增加急剧增加,此情况与生物学中离子通道模型极为相似,作者利用生物学中Ion-Channel理论来聚合系统状态,从而得出一些重要的系统分布和可靠性指标,该模型对系统故障进行了更为细致的划分,提高了分析的准确性.     

基于网络流与危险与可操作性分析的天然气站场系统可靠性

为了更全面、准确地分析天然气站场的系统整体可靠性，提出采用跨领域的网络流理论来分析天然气站场系统的整体可靠性，并对网络流理论做了归纳创新与适应性分析，通过最小路集与不交化算法计算出站场系统在正常工艺状态下的失效概率，然后创新性地提出基于HAZOP分析确定站场系统在工艺参数偏差状态下的失效概率，分析偏差状态对于站场系统可靠性的影响，将其与正常工艺状态下的站场系统失效概率对比，从而更加全面地分析天然气站场系统的整体可靠性。结果表明：所提出的网络流分步法比网络流整体法分析站场系统的可靠性适应性更强，网络流分步法不存在必要通路不在最小路集内的问题，既能保证连通性又能保证满足工艺要求；正常工艺状态下该站的系统失效概率为4.986 9×10-2，工艺参数偏差状态下该站的系统失效概率为5.803 6×10-2，较正常工艺状态增大16.38 %，两种状态下各子系统的失效概率数量级没有改变，大小排序也没有改变，因此该工艺参数偏差状态下建议重点关注各子系统排序不变，但对于各子系统中的设备需按各自失效概率增大的程度进行重点关注的调整，这对于天然气站场的实际生产运行与安全运行管理具有一定的指导意义。     

基于离散时间贝叶斯网络的动态故障树分析方法

提出了一种基于离散时间贝叶斯网络的动态故障树分析方法．首先给出优先与门、顺序相关门、备件门、功能相关门等动态逻辑门向离散时间贝叶斯网络的转化方法，在得到动态故障树对应的离散时间贝叶斯网络之后，再利用贝叶斯网络推理算法计算、诊断和预计顶事件概率、重要度等常规分析结果．对数字飞控计算机系统进行的分析表明，该方法能够保证较高的求解精度，其相对误差均保持在0．4%以内，而且易于扩展到多态和非确定性逻辑关系的情形．     

状态概率矩阵及其在GO法中应用

状态组合算法和概率公式算法是GO法常用的定量分析方法,但对于多输入多状态的复杂系统,二者的计算均过于烦琐.结合两种算法,提出了一种简化的GO定量概率矩阵算法.首先引入状态概率矩阵的概念,对常用操作符导出基于矩阵的定量计算公式;然后针对系统中共有信号的修正,提出了对任意多状态共有信号均适用的新算式;最后通过两个算例的可靠性计算,证明了所提算法的有效性.新算法不仅便于分析操作符状态和信号流状态之间的组合关系,而且算式直观、计算简单、易于编程,尤其在多输入多状态系统的可靠性计算上具有更大的优势.     

具有马氏相依的环形n中取相邻2坏可修系统

研究环形con/2/n∶F可修系统.假定每个部件的工作时间和维修时间均为负指数分布且系统中的部件是马氏相依的,利用广义转移概率的定义和关键部件优先维修的规则,求得该系统的状态转移概率矩阵.当n已知时,获得该系统的一些重要的可靠性指标.     

Design and RAMS Analysis of a Fault-Tolerant Computer Control System

This paper presents a fault-tolerant computer system. It is designed as a double 2-out-of-2 architecture based on component redundant technique. Also, a quantitative probabilistic model is presented for evaluating the reliability, availability, maintainability and safety (RAMS) of this architecture. Hierarchical modeling method and Markov modeling method are used in RAMS analysis to evaluate the system characteristics. The double 2-out-of-2 system is compared with the other two systems, all voting triple modular redundancy (AVTMR) system and dual-duplex system. According to the result, the double 2-out-of-2 system has the highest dependability. Especially, the system can satisfy the safety integrity level (SIL) 4, which means the system's probability of catastrophic failure less than or equal to 10-8 per hour, therefore, it can be applied to life critical systems such as high-speed railway systems.     

复杂情境下的核电系统可靠性

为提高复杂情境下的核电系统可靠性,保证核电系统安全运行,采用证据网络(evidence network,EN)对核电不确定信息问题进行分析、建模、推理和评估,有效地处理和表达专家语言变量,同时解决非布尔逻辑关系和多状态变量的问题,建立核电系统可靠性模型.提出一种将语言数据转换成基本信度指派函数的方法,对于在故障树映射到证据网络中存在的非布尔逻辑关系,建立一种新的条件信度表,解决复杂情境下的核电系统可靠性问题.研究结果表明,实验结果符合预期,建立的可靠性模型对研究核电系统可靠性有一定的借鉴作用.     

有共因失效的系统可靠性的GO法分析

研究在风险评价中应用GO法进行含有共因失效的系统可靠性定量分析方法。应用M arkov过程理论,导出了可修部件共因失效概率的近似计算公式,利用GO法即可直接计算系统状态概率,提出了有共因失效的可修系统状态概率定量分析的GO法算法,并应用于三取二系统和外电源备用系统的共因失效分析。结果表明:共因失效对系统可靠性有很大影响,而GO法算法是进行系统共因失效分析的有效而实用的方法。     

多状态多阶段任务系统的可靠度理论计算方法

多状态多阶段任务系统常见于关键性系统，其可靠性要求较高而其可靠度计算又相对困难.为实现该类系统可靠度的精准预测，研究了部件劣化符合马尔科夫过程的多状态多阶段任务系统的可靠度理论计算方法.首先，基于工作效率与需求的关系对该类系统可靠度进行了界定.其次，依据条件概率理论，建立了多阶段任务系统任务成功完成的概率公式.基于此，根据部件劣化的马尔科夫性及部件状态的跨阶段依赖性，推导了多状态多阶段任务系统的可靠度理论计算方法，并提出一种快速穷举部件状态组合的方法用于提高该计算方法的计算效率.最后，通过与蒙特卡罗模拟方法对比，验证了推导的可靠度理论计算方法的准确性与计算的有效性.