计算机可靠性和冗余设计设计

高可靠性双机冗余系统的设计

要保证所选器件和设备可以构成高可靠性系统,一般要采用下述一些技术:

(1)采用冗余备份技术,使系统在出现故障时,仍可以保持正常工作。

(2)优化系统的故障检测(BITE)技术,用最短的时间将故障定位。

(3)研究快速恢复技术,从而将问题尽快解决。

(4)增加纠错和容错措施,减少故障的出现。

其中,冗余备份技术在网络维护、数据库数据存储及各种重要数据采集和通讯中都得到了广泛的应用,为提高系统工作的可靠性起到了十分重要的作用。

1、常用冗余备份技术冗余备份,其实就是备份的一种形式,主要是为了不使系统在工作中由于某中原因将重要的信息在通信中产生中断,避免造成重大的损失,利用有效的手段切换到备份的部件中。也就是重复配置系统的一些部件,当系统发生故障时,冗余配置的部件介入并承担故障部件的工作,大大减少故障存在的时间,从而保证系统的正常工作。

常用的冗余备份技术有:

(1)单机冗余技术:

此技术以提高计算机自身可靠性为手段,对组成计算机的易损部件进行冗余设计。

(2)双工备份技术:

此技术用2个完全相同的子部件,一个处于联机工作状态,另一个处于等待状态。一旦联机工作的部件出现故障,备份部件便代替其工作。但联机工作出现故障及备份部件的工作需要相应的监测软件进行判断和工作部件切换。

(3)双机热备份技术:

该技术也即是目前通常所说的active/standby工作方式。Active与standby设备具有相同的硬件配置并装有相同的操作系统和工作软件,且二者在正常工作时输入和输出的数据及其软件协议均相同。当active设备出现故障的时候,通过软件检测将standby设备激活,保证系统在短时间内完全恢复正常使用。此技术结构如图1所示。

(4)网络冗余:

随着计算机网络技术的飞速发展,网络通信已在大大小小不同的系统中承担越来越重要的作用,网络冗余技术也便应运而生。这种技术一般是通过在网络交换机建立冗余环,从而提供计算机数据的备份通道。图2所示的网络冗余接线图,便是其中的一种。图中所示的3台网络交换机在遵循其相同的软件协议下组成冗余环,在segment1、segment2和segment3中任何一个出现接触不良或完全断开的情况下,

均不会影响整个网络中任何一台计算机的通信,设备会在毫秒级的时间内自动恢复。此外,每个网络交换机也可与其他网络交换机进行级联操作。

2、高可靠性双机冗余系统

在分析了上述冗余技术后,在此将主要讨论利用双机

热备份技术和网络冗余技术进行系统的设计。

2.1系统组成及功能

该系统主要由2台显示控制计算机、2台工作主机、1台监测计算机、1台网络交换机组成(可用3台组成冗余环,进行系统扩充)。其中,工作主机为自行开发的计算机插件,既具有常规计算机的所有功能,又可与插件本身布有的大规模可编程集成电路EPLD进行数据交换,大大丰富了主机的工作模式,并增加了对外的接口形式,为系统更灵活的功能扩充提供了条件。主机的原理框图如图3所示。

2台显示控制计算机和2台工作主机均为冗余备份设计。显示控制计算机处理并显示主机输出的有关数据及信息,是进行人机交互的窗口。主机完成数据的采集、管理及传输功能。监测计算机用来诊断系统的工作状态,从而进行通信链路的判断选择。网络交换机用于各计算机间的数据交换。系统的组成框图如图4所示。

2.2设计的基本原则

(1)具有智能化的切换方式,系统根据监测计算机判断的工作状态自动选择通信链路,并可用命令切换相辅助;

(2)具有可靠的自检测功能[3],确保各功能的工作状态如实反应,使链路切换后可正常工作;

(3)采用软件化设计技术,广泛采用软件处理方式,替代硬件功能,完成

相应的处理任务,达到提高任务可靠性的目的;

(4)采用计算机网络技术,提高整个系统中各计算机的利用率,并有利于系统的扩充和升级;

(5)采用大规模可编程芯片,提高了系统处理能力和灵活性,降低了功耗,增强了产品的可靠性;

(6)采用嵌入式计算机技术!和实时操作系统技术!,提高系统的实时处理能力和软件的稳固性。

2.3工作原理

由系统组成框图可看出各计算机均可通过网络交换信息,且2块显示控制计算机与2块主机为网络节点备份工作方式,这种分布式的工作特点可以使各计算机完全独立的进行工作。对显控计算机而言,二者同时接收来自主机的数据,同时输出所需显示的信息,不需要故障判断和切换,在其中一台出现故障时均不影响另外一台的正常工作,并根据监测计算机回馈的系统工作状态进行相应的人机交互。2台主机作为一个功能单元,也具有相同的输入和输出配置,二者的不同是通过分配给其不同的网络地址来判断。显控计算机的干预命令送给监测计算机,再由其转送给在线工作的主机。监测计算机按其工作软件设置的检测周期对两台主机的运行状况进行诊断,一旦发现链路中断或回馈的信息有误便自动切换到另一台主机进行在线工作,并将诊断结果送给显控计算机进行显示,以便操作人员及时发现问题并进行故障处理。图5为系统工作流程图。

考虑到主机处理数据的实时性、监测计算机对设备状态和控制命令的实时检测和传送,二者的操作系统选择嵌入式实时QNX操作系统并采用C++编程语言完成相应的功能。显控计算机选择WindowsNT操作系统和VisualC++6.0作为开发工具,WindowsNT是32位商用操作系统,比较稳定、可靠,并支持多进程和多线程开发,可以根据需要划分任务,设置不同的优先级。系统开机后各计算机进入工作程序,默认主机A在线工作,监测计算机将相应的控制命令送给它,但检测命令主机A和主机B可同时收到。

可靠性设计准则

可靠性设计准则 1、新技术采用准则： 实施合理的继承性设计，在原有成熟产品的基础上开发、研制新产品； 尽量不使用不成熟的新技术、新工艺及新材料； 新技术的采用必须有良好的预研基础，并按规定进行评审和鉴定。 2、简化设计准则： 分析权衡产品功能，合并相同或相似功能，消除不必要功能； 在满足技术指标前提下尽量简化设计方案，减少零部件的数量； 尽量减少执行同一或相近功能的零部件、元器件数量； 优选标准化程度高的零部件、紧固件、元器件、连接件等； 最大限度采用通用组件、零部件、元器件，并尽量减少其品种； 必须使故障率高、易损坏、关键件的单元具有良好互换性和通用性； 产品修改时，不应改变其安装和连接方式以及有关部位的尺寸，使新旧可互换；设计须尽量使电路、结构简单的同时不给其他电路、结构增加不合理应力。 3、热设计准则： 元器件布局时应考虑周围零部件热辐射影响，将发热较大器件尽可能分散; 将热敏感器件远离热源或采取隔离（如电容器）； 尽量采用温度漂移小的器件； 尽量降低接触面的热阻——加大热传导的面积、增加传导器件之间的接触压力、接触面应平整光滑且必要时可在发热体表面涂上散热图层以增加黑度系数、在传导路径中不应有绝热或隔热件； 应选用导热系数大的材料制造传导材料； 尽量缩短热传导的路径（加大横截面）； 接近高温区的所有器件均应采取防护措施（间隙及使用耐高温绝缘材料）； 发热器件应尽可能置于上方，条件允许应处于气流通道上； 发热量较大或电流较大元器件应安装散热器并远离其他器件； 尽可能利用金属机箱或底盘散热。

4、容差设计准则： 设计应考虑零部件元器件的制造容差、温漂、时漂的影响； 对系统参数影响较大的器件应选用低允差和高稳定性器件； 电路的阻抗匹配参数应保证在极限温度情况下电路工作稳定； 对稳定性要求高的电路，应通过容差分析进行参数设计； 正确选择元器件的工作点，使温度和使用环境的变化对电路影响最小。 5、机械环境设计准则： 应使电路结构对机械环境的影响最小； 元器件、材料的特性应满足产品的机械环境要求； 细长或较重的元器件应予以固定，以防振动疲劳断裂； 对振动和冲击强烈的部位应进行减震设计； 接插件等可移动的点接触部位，应加固和锁紧，以免振动时接触不良； 零部件应避免悬挂式安装，以防振动疲劳断裂； 供导线通过的金属隔板孔必须设置绝缘套，导线不得沿锐边、棱角铺设，以防磨损； 对于印制电路板应加固和锁紧，以免在振动时产生接触不良和脱开； 继电器安装应使触电的动作方向与衔铁的吸合方向相同，尽量不要与振动方向一致； 接插头处尽可能有支撑物； 在绕曲与振动环境下，应尽量使用软导线。 6、电磁兼容设计准则： 应采用良导体（如铜、铝）作为高频电场的屏蔽材料； 应采用导磁材料（如铁）作为低频磁场的屏蔽材料； 多重屏蔽能提高屏蔽效果和扩大屏蔽的频率范围； 有屏蔽要求的设备，应注意开口和间断处并做屏蔽处理； 金属表面之间必须紧密接触是获得良好搭接的关键； 搭接最好选用相同材料，选用不同材料时要注意搭接腐蚀问题； 在需要的场合，必须保护搭接免受潮气和其它腐蚀作用； 应把搭接片直接搭接在基体构件上，搭接片应能承受流过的电流；

建筑结构可靠度设计统一标准GB50068-2001

建筑结构可靠度设计统一标准GB 50068-2001 中华人民共和国国家标准 建筑结构可靠度设计统一标准 Unified standard for reliability design of building structures GB 50068-2001 主编部门：中华人民共和国建设部 批准部门：中华人民共和国建设部 施行日期：2002年3月1日 关于发布国家标准《建筑结构可靠度设计统一标准》的通知 建标[2001]230 号 根据我部“关于印发《一九九七年工程建设标准制订、修订计划的通知》”（建标[1997]108号）的要求，由建设部会同有关部门共同修订的《建筑结构可靠度设计统一标准》，经有关部门会审，批准为国家标准，编号为GB 50068-2001 ，自2002年3月1日起施行。其中1.0.5，1.0.8为强制性条文，必须严格执行，原《建筑结构设计统一标准》GBJ 68-84 于2002年12月31日废止。 本标准由建设部负责管理，中国建筑科学研究院负责具体解释工作。建设部标准定额研究所组织中国建筑工业出版社出版发行。 中华人民共和国建设部 2001年11月13日 前言 本标准是根据建设部建标[1997]108 号文的要求，由中国建筑科学研究院会同有关单位对原《建筑结构设计统一标准》(GBJ 68-84)共同修订而成的。 本次修订的内容有：

1.标准的适用范围:鉴于《建筑地基基础设计规范》、《建筑抗震设计规范》在结构可靠度设计方法上有一定特殊性，从原标准要求的"应遵守"本标准，改为"宜遵守"本标准； 2.根据《工程结构可靠度设计统一标准》(GB 50153-92)的规定，增加了有关设计工作状况的规定，并明确了设计状况与极限状态的关系； 3.借鉴最新版国际标准ISO 2394:1998 《结构可靠度总原则》，给出了不同类型建筑结构的设计使用年限； 4.在承载能力极限状态的设计表达式中，对于荷载效应的基本组合，增加了永久荷载效应为主时起控制作用的组合式； 5.对楼面活荷载、风荷载、雪荷载标准值的取值原则和结构构件的可靠指标以及结构重要性系数等作了调整； 6.首次对结构构件正常使用的可靠度做出了规定，这将促进房屋使用性能的改善和可靠度设计方法的发展； 7.取消了原标准的附件。 本标准黑体字标志的条文为强制性条文，必须严格执行。 本标准将来可能需要进行局部修订，有关局部修订的信息和条文内容将刊登在《工程建设标准化》杂志上。 为了提高标准质量，请各单位在执行本标准的过程中，注意总结经验，积累资料，随时将有关的意见和建议寄给中国建筑科学研究院，以供今后修订时参考。 本标准主编单位：中国建筑科学研究院 本标准参编单位：中国建筑东北设计研究院，重庆大学，中南建筑设计院，四川省建筑科学研究院，福建师范大学。 本标准主要起草人：李明顺胡德炘史志华陶学康陈基发白生翔苑振芳戴国欣陈雪庭王永维钟亮戴国莹林忠民 1 总则 1.0.1 为统一各类材料的建筑结构可靠度设计的基本原则和方法，使设计符合技术先进，经济合理、安全适用、确保质量的要求，制定本标准。 1.0.2 本标准适用于建筑结构，组成结构的构件及地基基础的设计。

机电设备可靠性设计准则条

A1 在确定设备整体方案时，除了考虑技术性、经济性、体积、重量、耗电等外，可靠性是首先要考虑的重要因素。在满足体积、重量及耗电等于数条件下，必须确立以可靠性、技术先进性及经济性为准则的最佳构成整体方案。 A2 在方案论证时，一定要进行可靠性论证。 A3 在确定产品技术指标的同时，应根据需要和实现可能确定可靠性指标与维修性指标。 A4 对己投入使用的相同（或相似）的产品，考察其现场可靠性指标，维修性指标及对这两种备标的影响因素，以确定提高当前研制产可靠性的有效措施。 A5 应对可靠性指标和维修性指标进行合理分配，明确分系统（或分机）、不见、以至元器件的的可靠性指标。 A6 根据设备的设计文件，建立可靠性框图和数学模型，进行可靠性预计。随着研制工作深入地进行，预计于分配应反复进行多次，以保持其有效性。 A7 提出整机的元器件限用要求及选用准则，拟订元器件优选手册（或清单）A8 在满足技术性要求的情况下，尽量简化方案及电路设计和结构设计，减少整机元器件数量及机械结构零件。 A9 在确定方案前，应对设备将投入使用的环境进行详细的现场调查，并对其进行分析，确定影响设备可靠性最重要的环境及应力，以作为采取防护设计和环境隔离设计的依据。 A10 尽量实施系列化设计。在原有的成熟产品上逐步扩展，抅成系列，在一个型号上不能采用过多的新技术。采用新技术要考虑继承性。 A11 尽量实施统一化设计。凡有可能均应用通用零件，保证全部相同的可移动模块、组件和零件都能互换。

A12 尽量实施集成化设计。在设计中，尽量采用固体组件，使分立元器件减少到最小程度。其优选序列为：大规模集成电路-中规模集成电路-小规模集成电路-分立元器件 A13 尽量不用不成熟的新技术。如必须使用时应对其可行性及可靠性进行充分论证，并进行各种严格试验。 A14 尽量减少元器件规格品种，增加元器件的复用率，使元器件品种规格与数量比减少到最小程度。 A15 在设备设计上，应尽量采用数字电路取代线性电路，因为数字电路具有标准化程度高、稳定性好、漂移小、通用性强及接口参数易匹配等优点。 A16 根据经济性及重量、体积、耗电约束要求，确定设备降额程度，使其降额比尽量减小，便不要因选择过于保守的组件和零件导致体积和重量过于庞大。A17 在确定方案时，应根据体积、重量、经济性与可靠性及维修性确定设备的冗余设计，尽量采用功能冗余。 A18 设计设备时，必须符合实际要求，无论在电气上或是结构上，提出局部过高的性能要求，必将导致可靠性下降。 A19 不要设计比技术规范要求更高的输出功率或灵敏度的线路，但是也必须在最坏的条件下使用而留有余地。 A20 在设计初始阶段就要考虑小型化和超小型化设计，但以不妨碍设备的可靠性与维修性为原则。 A21 对于电气和结构设计使用公差需考虑设备在寿命期内出现的渐变和磨损，并保证能正常使用。 A22 加大电路使用状态的公差安全系数，以消除临界电路。

可靠性设计技术工作规范

可靠性设计技术工作规范 1. 范围 本规范规定了可靠性设计大纲、工作计划编制的相关要求。 本规范规定了可靠性设计准则、原则与方法的相关要求。 2. 规范性引用文件 GJB450A-2004 装备可靠性工作通用要求 GJB841-1990 故障报告、分析和纠正措施系统 GJB899A-2009 可靠性鉴定和验收试验 GB/T7826-20012 系统可靠性分析技术――失效模式和影响分析(FMEA)程序 3. 术语和定义 3.1 可靠性 可靠性(Reliability)指产品(包括零件和元器件、整机设备、系统)在规定的条件下和规定的时间内,完成规定功能的能力。 可靠性指标主要反映产品或设备的可靠性(Reliability),可靠性是部件(Part)、元件(Component)、产品(Product)或系统(System)的完整性的最佳数量的度量。 平均故障间隔时间又称平均无故障时间(Mean Time Between Failure,MTBF)指可修复产品两次相邻故障之间的平均时间,是衡量一个产品的可靠性指标。 3.2 可靠性设计 可靠性设计(Reliability Design),即根据可靠性理论与方法确定产品零部件以及整机的结构方案和有关参数的过程。设计水平是保证产品可靠性的基础。 可靠性设计,在产品设计过程中,为消除产品的潜在缺陷和薄弱环节,防止故障发生,以确保满足规定的固有可靠性要求所采取的技术活动。可靠性设计是可靠性工程的重要组成部分,是实现产品固有可靠性要求的最关键的环节,是在可靠性分析的基础上通过制定和贯彻可靠性设计准则来实现的。 4. 可靠性设计大纲 为了保证产品满足规定的可靠性要求而制定的一套文件,包括可靠性设计组织机构及其职责,要求按进度实施的工作项目、工作程序和需要的资源等。

常见五种安全PLC 的冗余系统结构和安全性可靠性分析

常用安全PLC 的结构和性能 【摘要】本文介绍了几种常见的安全PLC的结构和性能，然后对各种安全PLC的特性进行了归纳和总结。 【关键词】安全PLC N选X系统三重冗余四重冗余 Abstract: The article analyses several popular safety PLC’s architecture and performance. Finally, summarize their features. Key word: Safety PLC XooN TMR QMR 近几十年来，多起工业事故发生的原因可以追溯到计算机系统的失效，引起了人员伤亡、设备损坏和环境污染。这些信息也唤醒了国家和公众对减少危险、建立安全工业流程的意识。为此，IEC制定了新的安全国际标准：IEC 61508/ 61511，也已经由工业组织合作制定完成，我国的相关标准也即将颁布。 为了帮助读者了解目前安全仪表系统（SIS）使用安全PLC实现电气/电子/可编程电子系统（E/E/PES）功能的情况，就常见的几种安全系统结构进行探讨，希望能对今后的系统选择有所借鉴和参考。 1．PLC 是一个逻辑解算器 一个安全系统的逻辑解算器是一种特殊类型的PLC，它具有独立的安全功能认证，但也有继电器逻辑或者固态逻辑的运算能力。逻辑解算器从传感器读入信号，执行事先编制好的程序或者事先设计好的功能，用于防止或者减轻潜在的安全隐患，然后通过发送信号到执行器或最终元件采取行动。 逻辑解算器的设计有很多种，来满足不同的市场需求、应用和任务。我们下面将就比较典型的安全PLC的结构进行探讨。 2．安全PLC 的体系结构 当你构建一个安全系统时，可以有很多方式来安排安全系统部件。有些安排考虑的是对成功操作有效性的最大化。（可靠性或可用性）。有些安排考虑的是防止特殊失效的发生（失效安全，失效危险）。 控制系统部件的不同安排可以从它们的体系结构中看出来。这节内容将介绍市场上几款常见的可编程电子系统（PES）的体系结构，了解它们的安全特性，以及在安全和关键控制的应用。它们是已经在实践中存在的多种结构的代表，真正现场使用的系统就是这些结构的不同组合。 下面的内容将用N选X (比如2选1) 的方式：XooN 来介绍系统。在每个类型中，X 代表需要执行安全功能的通道数，而N 代表整个可用的通道数。. 2.1．1oo1 单通道系统 单控制器带有单个逻辑解算器和单个I/O 代表了一个最小化的系统，见下图（图1）。这个系统没有提供冗余，也没有失效模式保护。电子电路可以失效安全（输出断电，回路开路）或者失效危险（输出粘连或给电，短路）。这种安排方式是典型的非安全－常规PLC系统结构。

机电设备可靠性设计准则1000条.

机电设备可靠性 设计准则1000条 陕西神木神源煤炭矿业有限公司 2016年1月

机电设备可靠性设计准则1000条 A1 在确定设备整体方案时，除了考虑技术性、经济性、体积、重量、耗电等外，可靠性是首先要考虑的重要因素。在满足体积、重量及耗电等条件下， 必须确立以可靠性、技术先进性及经济性为准则的最佳构成整体方案。 A2 在方案论证时，一定要进行可靠性论证。 A3 在确定产品技术指标的同时，应根据需要和实现可能确定可靠性指标与维修性指标。 A4 对己投入使用的相同（或相似）的产品，考察其现场可靠性指标，维修性指标及对这两种备标的影响因素，以确定提高当前研制产可靠性的有效措 施。 A5 应对可靠性指标和维修性指标进行合理分配，明确分系统（或分机）、不见、以至元器件的的可靠性指标。 A6 根据设备的设计文件，建立可靠性框图和数学模型，进行可靠性预计。 随着研制工作深入地进行，预计于分配应反复进行多次，以保持其有效性。 A7 提出整机的元器件限用要求及选用准则，拟订元器件优选手册（或清单）A8 在满足技术性要求的情况下，尽量简化方案及电路设计和结构设计，减少整机元器件数量及机械结构零件。 A9 在确定方案前，应对设备将投入使用的环境进行详细的现场调查，并对其进行分析，确定影响设备可靠性最重要的环境及应力，以作为采取防护设计 和环境隔离设计的依据。 A10 尽量实施系列化设计。在原有的成熟产品上逐步扩展，抅成系列，在一个型号上不能采用过多的新技术。采用新技术要考虑继承性。 A11 尽量实施统一化设计。凡有可能均应用通用零件，保证全部相同的可移动模块、组件和零件都能互换。 A12 尽量实施集成化设计。在设计中，尽量采用固体组件，使分立元器件减少到最小程度。其优选序列为：大规模集成电路-中规模集成电路-小规模集成 电路-分立元器件 A13 尽量不用不成熟的新技术。如必须使用时应对其可行性及可靠性进行充分论证，并进行各种严格试验。 A14 尽量减少元器件规格品种，增加元器件的复用率，使元器件品种规格与数量比减少到最小程度。 A15 在设备设计上，应尽量采用数字电路取代线性电路，因为数字电路具有标准化程度高、稳定性好、漂移小、通用性强及接口参数易匹配等优点。 A16 根据经济性及重量、体积、耗电约束要求，确定设备降额程度，使其降额比尽量减小，便不要因选择过于保守的组件和零件导致体积和重量过于庞 大。 A17 在确定方案时，应根据体积、重量、经济性与可靠性及维修性确定设备的冗余设计，尽量采用功能冗余。 A18 设计设备时，必须符合实际要求，无论在电气上或是结构上，提出局部过高的性能要求，必将导致可靠性下降。 A19 不要设计比技术规范要求更高的输出功率或灵敏度的线路，但是也必须

基于混合法的监控系统可靠性分析

基于混合法的监控系统可靠性分析 于 敏a ，何正友b ，钱清泉b (西南交通大学 a. 信息科学与技术学院；b. 电气工程学院，成都 610031) 摘 要：针对复杂监控系统规模庞大及关键设备为双机冗余结构的特点，提出以动态故障树(DFT)为基础并结合蒙特卡罗方法对监控系统进行可靠性分析的混合方法。利用DFT 建立系统可靠性模型，通过蒙特卡罗仿真算法对模型进行仿真计算，得到系统的可靠性指标。通过对地铁车站级监控系统的可靠性分析，证明了该模型的可行性和算法的有效性。 关键词：监控系统；动态故障树；蒙特卡罗方法；可靠性分析 Reliability Analysis of Monitor System Based on Hybrid Method YU Min a , HE Zheng-you b , QIAN Qing-quan b (a. School of Information Science & Technology; b. School of Electric Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China) 【Abstract 】For dealing with the large scale characteristic of complex monitor system as well as redundant structures of critical components, a hybrid method of reliability analysis for monitor system is presented on basis of dynamic fault tree and in combination with Monte Carlo simulation algorithm. Dynamic Fault Tree(DFT) is used to establish the reliability model of monitor systems. Reliability indices can be obtained by Monte Carlo method, which is used to solve the reliability model. A special reliability analysis case of the subway station-level monitor system is proposed, it demonstrates the feasibility of the model and the effectiveness of the algorithm. 【Key words 】monitor system; Dynamic Fault Tree(DFT); Monte Carlo method; reliability analysis 计 算 机 工 程 Computer Engineering 第36卷 第19期 Vol.36 No.19 2010年10月 October 2010 ·博士论文· 文章编号：1000—3428(2010)19—0014—04 文献标识码：A 中图分类号：TP391 1 概述 监控系统是实现监视控制与数据采集功能的系统，完成远方现场运行参数与开关状态的采集和监视、远方开关的操作、远方参数的调节等任务，并为采集到的数据提供共享的途径[1-2]。监控系统作为一种保证复杂系统正常工作与提高其运行可靠性的重要手段已经被广泛应用[3]。 对系统进行可靠性分析时，经常采用静态(传统)故障树模型及其相应的处理方法。但在工程中，监控系统的关键设备诸如服务器、网络设备等多采用双机冗余结构，而传统故障树方法用于描述冗余部件之间的顺序失效以及动态冗余管理机制时存在局限。因此，可引入动态故障树(Dynamic Fault Tree, DFT)对其进行可靠性分析。DFT 是在传统故障树基础上引入新的逻辑门来表征动态系统故障行为，常利用Markov 状态转移过程进行计算，但它的计算量将随着系统规模的增 大呈指数增长[4]， 且Markov 过程仅适用于失效与维修时间变量服从指数分布的情况。文献[5]提出利用基于梯形公式的顶事件概率计算法，但仍然存在组合爆炸的问题，并不适用于大型监控系统分析。而蒙特卡罗方法作为一种以概率统计理论为基础的数值计算方法，其计算量不受系统规模的制约[6]。结合DFT 具有建模物理概念清楚的特点，本文提出利用混合法对监控系统可靠性进行分析。 2 监控系统可靠性模型 2.1 动态逻辑门 DFT 指至少包含一个专用动态逻辑门的故障树，具有顺序相关性、容错性以及冗余等特性[3]，本文对监控系统可靠性分析可引入如图1所示的4个动态逻辑门。图1(a)~图1(c)为双机储备门，用于描述双机冗余子系统的状态与其主、备用设备状态之间的关系。其中，输入事件A 、B 分别用于描述主、备用设备的状态，输出事件C 则用于描述双机冗余子系统的状态。若主设备的失效率为λ，备用设备的失效率一般为αλ,01α≤≤。当冷储备时备用设备故障率为0，则 0=α；温储备时备用设备故障率小于主设备故障率，则10<<α；热储备时主、备用设备的故障率相同，即有1=α。图1(d)为顺序与门，当且仅当事件按从A 到B 的顺序发生时，输出事件C 才会发生。 (a)双机冷备门 (b)双机温备门 (c)双机热备门 (d)顺序与门 图1 动态逻辑门 2.2 DFT 预处理 当使用混合法对监控系统可靠性进行分析时，根据系统的失效原因建立DFT ，DFT 的顶事件为系统的故障事件，底事件为设备的故障事件。但蒙特卡罗方法是依据静态故障树的结构函数作为仿真的逻辑关系，因此，仿真之前需对DFT 进行预处理，将DFT 转换成静态故障树的方法如下： 基金项目：国家自然科学基金资助项目(50878188) 作者简介：于 敏(1982－)，女，博士研究生，主研方向：大型监控系统可靠性分析；何正友，教授、博士生导师；钱清泉，教授、 中国工程院院士 收稿日期：2010-04-18 E-mail ：yugnm@https://www.wendangku.net/doc/1910550099.html,

地铁供电系统可靠性和安全性分析方法研究(通用版)

( 安全论文 ) 单位：_________________________ 姓名：_________________________ 日期：_________________________ 精品文档 / Word文档 / 文字可改 地铁供电系统可靠性和安全性分析方法研究(通用版) Safety is inseparable from production and efficiency. Only when safety is good can we ensure better production. Pay attention to safety at all times.

地铁供电系统可靠性和安全性分析方法研 究(通用版) 摘要：随着社会的快速发展，地铁也渐渐的融入了人们的生活，为人们提供了便利的出行条件。地铁的供电系统是否安全和可靠运行直接影响到地铁的安全运行和稳定性能。随着地铁线路不断增设，地铁的供电系统也越来越复杂化，出现故障的可能性也在不断提高。如果地铁的供电系统出现故障，会直接导致城市地铁运输功能的失灵，可能会危及乘客的生命和安全。因此，本文重点对地铁供电系统的可靠性和安全性进行分析，旨在提高地铁的运行效率和安全性能。 关键词：地铁供电系统；可靠性；安全性；分析方法；研究 一、地铁供电系统的概述 随着社会和经济的迅速发展，我国的城市人口密度也在不断增

加，人们对地铁的需求也随之不断增强，地铁已经成为人们生活中不可或缺的交通工具，由于地铁具有运行速度快、旅客运送量大、车次多、方便舒适等优点，所以被众多国家所使用，缓解了城市大部分的交通压力。因此，我们对地铁可靠性、安全性的要求也越来越高。地铁供电系统的安全可靠运行，对地铁列车的安全可靠运行起着至关重要的作用。供电系统是地铁运行的重要组成部分，供电系统的安全可靠是地铁正常运行的前提和重要保障。 二、地铁供电系统的组成部分 地铁供电系统是为地铁车辆提供电能运行动力的系统。地铁供电系统是由两部分内容组成。第一部分是高压的供电系统，高压供电的系统的供电方式有三种：集中式供电、分散式供电和混合式供电。集中式供电具有可靠性高、便于统一调度管理、施工方便、维护简单、计费便捷等优点，但投资比较大。分散式供电方式一般会受外部电网影响，可靠性相对差一些。混合供电方式集中了前两者共同的优点，但是增大了复杂性。所以，三种供电方式各有其自身的优点和缺点，需要根据地铁运行及管理的实际情况进行选择；而

乳化液泵站液压系统可靠性分析

乳化液泵站液压系统可靠性分析 发表时间：2019-04-01T14:40:59.160Z 来源：《电力设备》2018年第28期作者：李强 [导读] 摘要：随着科学技术水平的提高，我国矿山生产过程中乳化液泵站液压系统的应用也逐渐受到重视。 （身份证号：61272819860910xxxx 神东设备维修中心一厂四部内蒙古鄂尔多斯 017209） 摘要：随着科学技术水平的提高，我国矿山生产过程中乳化液泵站液压系统的应用也逐渐受到重视。文章主要对乳化液泵站液压系统可靠性分析的重要性进行分析，并探讨可靠性优化策略。 关键词：乳化液泵站；液压系统；可靠性 引言 矿用乳化液泵站是综采工作面的关键设备,它一方面为机械化综采面单体液压支柱提供基础保障,另一方面将机械能转化为液压能为掘进设备提供转矩。在液压系统中,液压源的稳定性是液压系统稳定性的决定性因素。当系统液压源出现压力波动时,会引起整个系统的压力震荡,加快系统密封元件、管道和压力元件的损坏,严重时会引发系统故障,造成重大事故。 1常规乳化液泵站工作原理 乳化液泵站工作原理为:磁力启动器(6)闭合,给乳化液泵电机(4)供电,驱动乳化液泵(3)工作,将乳化液由液箱(15)经输液管道送到综采工作面液压支架(14),为液压支架提供动力。乳化液泵的输出能力,为单体液压支柱供液的应不小于18MPa,为综采液压支架供液的应不小于30MPa,并且不得超过31.5MPa。乳化液泵采用的是由电动机驱动的电动泵；在运动形式上，采取柱塞驱动的形式，这主要是因为柱塞泵排出压力范围广、可靠性高；从外观结构上，泵分为卧式泵和立式泵，此次设计采用卧式泵，方便维护、维修、操作，可保证工作效率；泵的联数、缸数及作用数也是总体设计时需要考虑的关键问题，在柱塞泵中，一根柱塞和其连杆的组合，称为一联，当柱塞间相位差不同，但一同排出时，联可以称为缸，缸数的多少影响泵的流量脉动。一般而言，缸数越多，其脉动越小，但考虑到制造工艺的方便，此次设计为五缸泵，柱塞往复一次吸入与排出介质的次数称为作用数，因为结构的关系，柱塞泵一般是单作用泵。 图1 常规乳化液泵站液压系统示意图 在乳化液泵站的出液口还安装安全阀(8),作为泵站的的高压保护零件,安全阀的调定压力为泵工作压力的110%~115%左右,超压时,乳化液通过安全阀回流入液箱。图1中蓄能器(11)的主要作用是补充高压系统中的漏损,从而减少卸载阀的动作次数,延长液压系统中液压元件的使用寿命;同时还能吸收高压系统的压力脉动。 2乳化液泵站液压系统可靠性分析的重要作用 综采工作面的支护体系主要由液压支架与乳化液泵站以及控制、调节、保护元件和辅助装置构成。其中，乳化液泵站液压系统是整个工作面支护体系完整系统的一部分。泵站液压系统既能安全可靠地向工作面输送液压支架等液压装置所需压力等级的高压液体，又能将通过回液管道流回乳化液箱的乳化液经过滤净化后，再次输送至工作面液压设备，形成连续无间断的循环供液模式。在功能方面，当液压支架动作时泵站液压系统可以满足其需要，系统可以即时供给高压液体;当液压支架不动作乳化液泵仍在运转时，系统能够自动卸载，保证乳化液泵站安全运行;当液压支架等液压设备动作受阻时，工作液压力超过限定值，系统能够限压保护。乳化液泵站液压系统是综采工作面泵站与液压支架及辅助元件组成的整体系统的一部分。不仅可以向工作面液压装置提供所需压力等级的乳化液体，还可以将输送完能量的乳化液进行回收、过滤后再进行加压，形成连续循环的供液体系。乳化液泵液压系统通常具有以下特点：乳化液泵站液压系统可以满足工作面液压支架及其附属装置的工作用液要求，当工作面液压支架需要压力时，乳化液泵站可以及时提供符合压力及流量要求的乳化液;工作面液压支架不需要供液时，泵站液压系统仍正常运转并自动卸载压力;系统压力超过调定值时，系统可以自动卸载，当压力降至调定值时，系统又可恢复正常工作;保护乳化液泵，空载启动减少对泵体自身的损害;系统内有完善的压力及流量缓冲装置、良好的过滤装置、压力指示装置以及自动配液装置等。 3乳化液泵站液压系统可靠性 3.1建立可靠性模型 在分析乳化液泵的可靠性时,首先要了解乳化液泵中每个元部件的功能、各个元部件之间在功能上的关系,以及各个元部件的功能和故障对整个乳化液泵的影响。用方框代表系统元部件,用短线把各个代表元部件的方框按照功能上的逻辑关系连接起来,就建立了整个系统的可靠性框图。根据可靠性理论,乳化液泵各个元部件之间都是串联关系,其中任何一个元件出现故障都可以导致乳化液泵站故障。因此,乳化液泵站的可靠性模型是由电动机、齿轮副、滑块、曲轴、缸体、进液阀和排液阀组成的串联系统。设U代表乳化液泵站无故障工作的事件,Ui 代表第i个元部件无故障工作的事件。因为乳化液泵站各个元部件之间是串联关系,所以U事件出现等于U1,U2,…Un,事件同时发生,即:U=U1U2…Un。依照概率计算的原则,假如乳化液泵站中各元部件是相互独立的,得出的乳化液泵站可靠度

硬件系统可靠性设计规范

硬件系统可靠性设计规范 一、概论 可靠性的定义：产品或系统在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力 可靠性及抗干扰设计是硬件设计必不可少的一部分,它包括芯片、器件选择、去耦滤波、印刷电路板布线、通道隔离等。有完善的抗干扰措施，是保证系统精度、工作正常和不产生错误的必要条件。设备可靠性设计规范的一个核心思想是监控过程，而不是监控结果。 二、可靠性设计方法 1、元器件：构成系统的基本部件，作为设计与使用者，主要是保证所选用的元器件的质量或可靠性指标满足设计的要求 2、降额设计：使电子元器件的工作应力适当低于其规定的额定值，从而达到降低基本故障率，保证系统可靠性的目的。幅度的大小可分为一、二、三级降额，一级降额（(实际承受应力)/(器件额定应力) < 50%的降额），建议使用二级降额设计方法，一级降额<70% 3、冗余设计：也称为容错技术或故障掩盖技术，它是通过增加完成同一功能的并联或备用单元（包括硬件单元或软件单元）数目来提高系统可靠性的一种设计方法，实现方法主要包括：硬件冗余；软件冗余；信息冗余；时间冗余等 4、电磁兼容设计：系统在电磁环境中运行的适应性，即在电磁环境下能保持完成规定功能的能力。电磁兼容性设计的目的是使系统既不受外部电磁干扰的影响，也不对其它电子设备产生电磁干扰。硬件措施主要有滤波技术、去耦电路、屏蔽技术、接地技术等；软件措施主要有数字滤波、软件冗余、程序运行监视及故障自动恢复技术等 5、故障自动检测及诊断 6、软件可靠性设计：为了提高软件的可靠性，应尽量将软件规范化、标准化、模块化 7、失效保险技术 8、热设计 9、EMC设计：电磁兼容（EMC）包括电磁干扰（EMI）和电磁敏感度（EMS）两个方面 三、可靠性设计准则

推钢机液压系统的设计与可靠性分析

2016年7月机床与液压Jul.2016第 44 卷第13 期 MACHINE TOOL &HYDRAULICS Vol.44 No. 13 D O I：10.3969/j.issn. 1001-3881. 2016. 13.040 推钢机液压系统的设计与可靠性分析 王海芳，戴亚威，汪澄，韦博 (东北大学秦皇岛分校控制工程学院，河北秦皇岛〇66〇〇4) 摘要：在对推钢机传动系统相关资料深人研究的基础上，设计了一套液压传动系统，详细阐述其工作原理，并对其重 要元件的参数进行计算。基于液压元件基本失效概率，应用串联系统的可靠度计算方法建立该液压系统的可靠性数学模 型，最后利用MATLAB软件进行了仿真分析。结果表明：工作时间越长，推钢机液压系统的可靠性越低，而且其可靠度随 着时间先下降较快，后下降较缓，只有限定工作时间，液压系统的可靠性才能得到保障。 关键词：推钢机；液压系统；可靠性；串联系统；MATLAB 中图分类号：TH137 文献标志码：A 文章编号：1001-3881 (2016) 13-178-2 Design and Reliability Analysis on Hydraulic System of Rolling Pusher WANG Haifang,D AI Yawei,WANG Cheng,W EI Bo (School of Control Engineering,Northeastern University at Qinhuangdao,Qinhuangdao Hebei 066004, China) Abstract ：The hydraulic system of a pusher drive system was designed based on the analysis of the related materials, and its work principle was introduced, and the parameters of important components in the hydraulic system were calculated. Based on the basic fail-ure probability of the hydraulic element, the reliability mathematical model of the hydraulic system was established by using the relia-bility calculation method of the series system, and the simulation analysis was carried out by using the MATLAB software. The simula-tion results show that increasing working hours can short reliability of pusher hydraulic system, and its reliability decrease rapidly first along with the time, then decrease slowly gradually, the reliability can be guaranteed in the limited working time. Keywords：Rolling pusher；Hydraulic system；Reliability；Series system ；MATLAB 〇前言 加热炉推钢机是轧钢生产线上将钢坯推进加热炉内进行加热的专用设备，推力要求大、推头 同步性要求高。旧式生产线上往往采用机械式推钢机，其体积大、价格高、故障率高、维修保养复杂。目前，推钢机的种类主要有螺旋式、齿条 式、曲柄连杆式等，其性能和要求各不相同[1]。随着轧钢生产的发展，利用液压油缸和液压系统的推力大、体积小、操作方便的优点，新型液压推钢机逐步取代了老式机械推钢机，使推料工序大大简化。 1工作原理 推钢机液压系统工作原理参见图1。启动主令控 制器，使三位四通阀的电磁铁1DT、3D T得电，二位 四通阀5D T得电，这时油栗输出压力油，经二位四 通阀、同轴马达分别进人两组4个油缸的无杆腔，4个油缸的有杆腔回油，经由调速阀、二位四通阀排回 油箱，这时4个油缸获得同步运动。推出热钢述后 (这时间很短）处于待命阶段，5D T断电，系统处 于卸荷状态。再次操纵主令控制器，使三位四通阀 的电磁铁2DT、4D T通电，同时二位四通阀的5DT 也通电，这时油栗输出压力油，经二位四通阀、两 同轴油马达分别进人两组4个油缸的有杆腔，4个 油缸的无杆腔回油，经由调速阀、二位四通阀排回 油箱[2]。 由于系统采用冗余设计，具有左右对称结构，工 作可靠性较高，而且如果钢坯比较小，只要求其中一 组两个油缸同步工作，只需使串接于油马达后的两个 两位四通阀其中一个工作，就可实现。系统通过设立 限位开关1SQ、2SQ、3SQ、4SQ来消除两组四个油缸 的位置误差，避免出现误差累积，影响系统同步精 度，同时也起限位作用[3]。 收稿日期：2015-05-15 基金项目：河北省自然科学基金资助项目（E2012407010; F2014203157);河北省博士后科研项目择优资助(B2014003012);河北省教育厅资助项目（2011136);秦皇岛科技支撑项目（201501B011);东北大学教改课题 资助项目（2014-47) 作者简介：王海芳（1976—），男，博士，副教授，研究方向为轧制过程自动化、液压伺服控制及可靠性研究。E-m ail: hfwang0335@ 126. com 〇

可靠度分析方法的一般概念

精心整理基于性能的设计过程为分为三个步骤： ①按照建筑物的用途以及用户对建筑物的需求来确定性能的要求，从而建立一个目标性能； ②根据建立好的目标性能选用一种合适的结构设计方法； ③对各项性能指标进行综合评定，判断所设计的建筑物能否满足目标性能的要求。一般采用风险率 （1 （2 （3 （4 在实际工程中，极限状态函数往往是很难用显式表达出来，响应面法是在设计验算点附近用多项式来拟合复杂的极限状态函数，然后用一般的可靠度计算方法计算结构可靠度，因此响应面法在实际工程的计算当中得到广泛应用。 蒙特卡洛法的原理是： 对所研究的问题建立相似的概率模型，根据其统计特征值（如均值、方差等），采用某种特定方法

产生随机数和随机变量来模拟随机事件，然后对所得的结果进行统计处理，从而得到问题的解。（1）根据待求的问题构造一个合适的随机模型，所求问题的解应该对应于该 模型中随机变量的均值和方差等统计特征值；在主要特征参数方面，所构造的模 型也应该与实际问题相一致。 （2）根据模型中各个随机变量的统计参数和概率分布，随机产生一定数量的 随机数。通常我们先产生服从均匀分布的随机数，然后通过某种变换转化为服从 （3 （4 （5 1 2 3 4、重复2、3过程过程N次(N=600)。 5、统计分析上述过程产生的组抗力，得到偏压柱在偏心距为时的抗力 平均值和标准差。 6、给出一组偏心距值，重复以上步骤，便可得到混凝土偏心受压柱截面抗 力—曲线，平均值及标准差。

验算点法(JC)： 洛赫摩和汉拉斯在研究荷载组合时提出了按当量正态化条件，将非正态随机变量当量为正态随机变量进行可靠度计算的新方法。该方法较为直观、易于理解，是国际安全度联合会推荐（JCSS）推荐使用的方法，又称为JC法。 需要已知验算点的坐标值，但对于非正态随机变量和非线性极限状态方程，其坐标值不能预先求得，所以需进行迭代计算。 JC （2）BP 1957 则应对边界条件具 有“最小偏见”的，这实际上是个优化问题，即最大熵原理的定义。 随机有限元法 采用有限元法分析具有确定性物理模型的结构可靠度，可先确定极限状态函数中每项参数如作用效应和结构抗力等的统计参数和概率分布；再通过有限元分析求出结构的随机反应，如结构反应的平

可靠性设计要求

可靠性设计要求 1适用范围 本标准规定了可靠性设计的一般要求和详细要求。 本标准适用于公司所有产品的可靠性设计工作。 2引用标准 IEC60300-2-1992 可靠性管理第2部分可靠性程序元素和任务 GB6993-86 系统和设备研制生产中的可靠性程序 GJB 450－88 装备研制与生产的可靠性通用大纲 GJB 451－90 可靠性维修性术语 GJB 437-- 88 军用软件开发规范 GB 4943-1995 信息技术设备（包括电气事务设备）的安全 3名词术语 3.1可靠性reliability 产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。 3.2可信性dependability 产品在任一时刻完成规定功能的能力。它是一个集合性术语，用来表示可用性及其影响因素：可靠性、维修性、保障性。在不引起混淆和不需要区别的条件下，与可靠性等同使用。 3.3测试性testability 产品能及时并准确地确定其状态（可工作、不可工作或性能下降），并隔离其内部的一种设计特性。 3.4维修性maintainability 产品在规定的条件下和规定的时间内，按规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复到规定状态的能力。 3.5可靠性要求（目标） 产品可靠性的高低是由一系列指标来描述的，包括MTBF值、环境应力范围、EMC应力范围等等。这一系列指标就是对产品的可靠性要求或产品的可靠性目标。 3.6可靠性（设计）方案 为实现产品可靠性目标而制定的技术路径和方法。 3.7可靠性（设计）报告 为实现产品可靠性目标而实施的技术路径和方法。 3.8可靠性设计 从制定可靠性目标到提供可靠性（设计）报告的全过程。 3.9工作项目

可靠性和维修性设计

可靠性和维修性设计 Prepared on 22 November 2020

第六章可靠性和维修性设计 可靠性和维修性是产品的固有属性，它们由设计所决定。 “产品的可靠性是设计出来的，生产出来的，管理出来的。” 第一节可靠性设计 一、可靠性设计的内容或程序 1.可靠性设计：“赋予产品可靠性为目的进行的设计”或 “用最少的费用设计出所要求的可靠性， 并使其得以保持的一系列程序” 2.可靠性设计的两种情况 ◇根据给定的可靠性目标值进行设计 如对可靠性有特殊要求的新产品的设计开发， 要求在设计阶段能定量地预测和评估产品的可靠性。 典型的设计程序如下图所示。 ◇在原型基础上的改进设计 保留设计部分：根据原型产品使用数据和经验反馈， 针对薄弱环节应用可靠性设计方法加以改进提高， 达到可靠性增长的目的。 功能扩充部分：应重点进行可靠性的分析和预测， 以保证达到要求的可靠性指标。

二、可靠性设计方法 1.概率设计方法 应力-强度干涉模型 和FMECA 三、可靠性设计准则 1.简单化和标准化：减少零部件发生失效的概率。 ◇减少零部件的规格和数量 ◇简化结构 ◇采用成熟或标准化的零部件或元器件 2.零部件或元器件的选择和控制 ◇供应商的控制 ◇使用有良好使用纪录或试验数据的零部件或元器件 ◇零部件或元器件的进厂检验 ◇储存环境控制 2.冗余设计：工作储备或非工作储备系统 如重要系统的备用电源、汽车的备用轮胎及两个前灯等。 ◇在较低层次而非较高层次上使用硬件冗余 ◇采用冗余技术时，应注意避免诸冗余硬件的共因失效 如诸冗余硬件共用一个电源或同一通信通道。 ◇采用的元器件可靠性不高时，应优先考虑应用冗余技术 ◇构成冗余所必需的差错比较检测器、切换装置或开关应是高可靠性的3.降额设计：使零部件或元器件的工作应力小于额定应力或 提高零部件或元器件承载能力的安全裕度， 以降低零部件或元器件的失效概率。 4.失效安全设计：当系统的一部分发生失效时， 依靠系统的自身结构而确保系统安全的设计。 如压力表的防暴塞等。