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。     

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。     

Importance Analysis of a Multi-state System Based on Direct Partial Logic Derivatives and Multi-valued Decision Diagrams

Importance analysis quantifies the critical degree of individual component. Compared with the traditional binary state system,importance analysis of the multi-state system is more aligned with the practice. Because the multi-valued decision diagram（ MDD） can reflect the relationship between the components and the system state bilaterally, it was introduced into the reliability calculation of the multi-state system（ MSS）. The building method,simplified criteria,and path search and probability algorithm of MSS structure function MDD were given,and the reliability of the system was calculated. The computing methods of importance based on MDD and direct partial logic derivatives（ DPLD） were presented. The diesel engine fuel supply system was taken as an example to illustrate the proposed method. The results show that not only the probability of the system in each state can be easily obtained,but also the influence degree of each component and its state on the system reliability can be obtained,which is conducive to the condition monitoring and structure optimization of the system.     

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。     

量化评估用户感知的可用性

为了量化分析Web服务失效和性能降级的原因，提出了基于Web集群服务器的用户感知的可用性模型．首先使用Markov生灭过程估算系统状态概率，再利用排队论估算系统稳定状态下的请求丢失概率，最后结合二者建立起用户感知的可用性数学表达式，并以此来量化评估用户感知的可用性对各系统性能参数的敏感性．数值计算结果表明，影响用户感知的可用性的主要因素有2种，即低负载下的平均故障检测时间与平均无故障时间之比值，高负载下的平均故障修复时间与平均无故障时间之比值，同时用户感知的可用性可以通过增加后端节点的个数来改善，当后端节点数增加到一定程度时，该性能将趋于平稳．     

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。     

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.     

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.     

基于响应面法的混凝土桥梁时变可靠度分析

为了求解劣化环境作用时混凝土桥梁的时变可靠度,建立了基于改进响应面法和确定性的混凝土桥梁退化过程分析方法相结合的混凝土桥梁时变可靠度分析方法.利用FORTRAN95分别编写了混凝土桥梁耐久性分析程序CBDAS和可靠度分析程序PIRSM.以一座预应力混凝土简支梁为对象,分析了不同极限状态下结构力学性能指标的可靠度随时间的...     

随机Petri网对装备维修保障的建模与分析

利用Petri网与马尔可夫链的同构关系,采用Petri网与马尔可夫链理论相结合的维修保障系统性能分析方法,对系统性能有效评估提供了理论依据。通过两个不同实例分析了系统状态空间、各状态在稳态下的期望概率、系统可靠性和维修人员的工作强度。实例表明,相比传统的建模方法,在分析装备维修保障各状态间的逻辑关系和系统动态过程中,随机Petri网具有显著的有效性和优越性。     

带有止步和中途退出的M／M／R／N部分服务员同步单重休假排队系统的性能分析

研究了带有止步和中途退出的M／M／R／N部分服务员同步单重休假的排队系统．假定在服务员全忙时,到达的顾客以一定的概率不进入系统,而进入系统的顾客可能因为等待得不耐烦则中途退出系统．当某顾客离去使得系统中的顾客数减少到定值R—d（1≤d〈R）时,空出的d个服务员立即进行同步单重休假．利用马尔可夫过程理论,建立了系统稳态概率方程组,用分块矩阵解法,得到了稳态概率的矩阵解,并求出了系统的性能指标．在此基础上,建立了系统费用模型,并通过数值方法进行了敏感性分析．     

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．     

外载冲击与性能退化相关失效进程下产品可靠性综合评估模型

综合考虑了内部性能退化与外载冲击交互作用下产品的可靠性评估,针对产品承载最大冲击的强度会随着性能的逐渐衰退而减小这一特征,对比传统的恒定强度阈值,建立了随机强度阈值下的产品可靠性分析模型。依据冲击发生的次数将产品的性能退化假定成多状态过程,分别构造了恒定强度阈值与随机强度阈值下产品可靠性评估模型,并借助Copula理论来刻画内部性能退化、外部载荷冲击交互作用相关失效下产品的可靠性。最后以正态分布为例描述产品的内部退化过程,分析了两类强度阈值下产品的可靠性,验证了模型的合理性。     

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。     

水环境治理PPP项目的多主体行为演化博弈

基于水环境治理PPP项目多主体不同策略组合下的收益函数，构建政府主体、经济主体和社会主体多主体演化博弈模型，并通过MATLAB软件进行数值模拟和参数敏感性分析.结果表明：在一定条件下复制动态系统可以达到积极规制，自主推进，主动参与的理想稳定状态；激励措施可以加快自主推进、主动参与策略收敛速度，但激励强度并非越强越好；演化稳定策略受惩罚力度和损失系数γ影响，对损失系数β不敏感.     

Evolution-Based Uncertainty Analysis for Incline Hoist

The effect of uncertainty and its evolution with time on the incline hoist reliability are investigated in this paper.The performance of incline hoist is changed over time and gradually degraded.The degradation will influence the safe usage and reliability of incline hoist.Degradation process can be described by stochastic process.The degradation process of incline hoist is modeled in geometric Brownian motions(GBM),and the drift rate and diffusion rate of this process can reflect the failure extent and fluctuation of the system.Evolution-based uncertainty analysis(EBUA)method is proposed to describe the dynamic reliability of the incline hoist,and the system of incline hoist can be designed with the specified reliability value at the given time.     

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.     

基于时变状态转移隐半马尔科夫模型的寿命预测

隐半马尔科夫模型在进行系统状态估计及寿命预测时,其状态转移概率矩阵是固定值,得到的剩余寿命预测值呈阶梯状变化,与系统的实际剩余寿命值之间存在着较大的误差.针对上述问题,提出了具有时变状态转移概率矩阵的隐半马尔科夫模型,根据系统的3种典型退化状态分析,给出3种不同的状态转移系数.与初始状态转移矩阵相结合,得到随时间变化的状态转移矩阵.提高系统在当前健康状态下的剩余持续时间估计精度,最终得到更为准确的总体剩余寿命预测值.结果表明,基于时变状态转移概率矩阵的隐半马尔科夫模型相比传统的隐半马尔科夫模型,可显著提高剩余寿命预测的准确性.     

基于随机载荷和强度退化的可靠性灵敏度分析

针对随机载荷和强度退化所引起的动态可靠性问题,将载荷和强度同时考虑成随机过程,利用顺序统计理论得出最大等效载荷,利用Gamma过程来描述机械零件的强度退化过程,并对零件进行动态可靠性建模.在此基础上,运用随机摄动理论和四阶矩技术给出了动态可靠性灵敏度的求解公式,解决了参数服从任意分布的灵敏度求解问题.以零件螺栓为例建立了可靠性动态模型,给出了各参数变量的灵敏度随时间变化的动态曲线,并用Monte Carlo方法进行了验证,结果表明所建立的模型能准确反映出机械零件的可靠性随使用时间的变化规律.     

带非抢占优先权和可变服务率的离散工作休假排队

主要研究带非抢占优先权和可变服务率的离散工作休假排队系统模型.建立关于两类顾客数及系统和服务台状态的四维离散马尔科夫链,并得到了转移概率矩阵.利用拟生灭过程和高斯-赛德尔迭代法,给出了系统的平稳分布和一些重要的性能指标.通过数值例子分析系统参数对性能指标的影响.构造两类顾客的利益函数分析顾客的均衡行为,根据对社会利益的算例分析,得到了在一定范围内的最优到达率.