车辆结构系统可靠性的分析方法

文章编号:1008-7842(2003)06-0004-03

车辆结构系统可靠性的分析方法

刘　刚1,刘学文2

(1　北京交通大学机电学院,北京100044;2　铁道科学研究院金化所,北京100081)

摘　要　概括分析了车辆结构系统可靠性的数据处理方法,给出了建立车辆结构系统可靠性计算模型的方法和步骤,阐述了车辆结构系统可靠性分配方法和保证措施。

关键词　车辆,系统,可靠性

中图分类号:U270.1+2 文献标志码:A

1　前言

自1997年以来,铁道部已对客运列车实现了4次大提速。从整体上看,提速客车转向架的各项性能指标能够确保提速客车的安全运行。但与国外发达国家相比,在车辆系统可靠性方面存在较大的差距。因此,摆在我们面前紧迫而又关键的任务是如何提高车辆系统的可靠性。

2　可靠性数据的采集与处理

可靠性数据的采集与处理是可靠性研究的基础工作,为了获得车辆整机及各个零部件的失效分布情况,应当长期收集记录各种故障数据。对这些数据的处理一方面可以确定某个零部件故障与整机故障的关系,并由此可以分析得出各个零部件对于整机系统的重要性,可以供车辆整体可靠性分配时使用。另一方面主要是为了拟合估算出该零部件的失效分布函数,用以计算零部件的可靠性指标。同时对系统的故障进行分类和分级,以便进行可靠性评价和故障模式分析。

一般情况下,对现场数据最简单的处理是分类计算出每种零部件的故障类型和故障频数,进而建立经验分布函数以供分析时使用。在其失效分布获得后,可以用如正态概率纸、威布尔概率纸等来进行初步估计。并借助于最小二乘回归分析求得相关分布函数的参数;也可以先假设已有的数据服从某种分布,然后利用χ2方法和K—S方法对其进行假设检验。

车辆结构零部件的失效除了早期失效外,绝大多数是由疲劳引起。这方面的数据除了在使用现场进行收集以外,主要的方法是做台架试验。这种试验方法之一是对关键零部件在短时期内进行强化试验,由此可以得到零部件的S—N曲线;另一方法是试验得出材料的S—N曲线或利用类似的研究结果。这时可对零部件做顺序加载试验。由疲劳损伤累积理论作等效合成处理即可。

还有一种方法是通过实测在实际线路上运用车辆上关键危险部位的动应力—时间历程,采用双参数雨流记数方法确定其应力谱,结合材料疲劳性能的P—S—N曲线,根据疲劳累积损伤理论确定其寿命。也可以利用计算机Monte Carlo模拟后,求出应力分布参数值与标准差的估计后,即可应用于干涉模型来求解可靠度。而这种方法的关键是确定关键危险部位。在实际运用条件下的关键危险部位大致分为3类:一类为静态控制点,在这些点上实际的静态应力值很高,由于车辆偏载等原因,有可能超过标准的限定值;另一类是动态控制点,一般讲这些点的静态应力值并不高,但是在运用条件下由于结构发生局部弹性振动变形,因此在这些部位可能引发较大的动应力;第三类控制点可以称之为结构控制点,这些点主要是由于结构的几何特征和工艺特征所决定,如结构上的主要承载焊缝部位和结构上几何形状比较复杂的部位等。上述控制点可以通过有限元强度分析、结构模态分析并结合运行线路的激扰状况以及转向架的结构型式特点和焊接方式加以确定。

由于可靠性的数据具有模糊性,从现场收集的数据中,有些数据可能是非量化的。对于这些数据的处理,可以用层次分析进行模糊综合评判。从而对相应

第23卷第6期2003年12月

铁道机车车辆

RAILWAYLOCOMOTIVE&CAR

Vol.23　No.6

Dec. 2003

刘刚(1955-)男,北京人,硕士(收稿日期:2003-10-19)

的可靠性数据作修正处理。具体的方法是以专业知识丰富,有实践经验的专家根据现场经验来确定寿命。为了提高预测的精度,可采用美国兰德公司的Dolphi 预测方法。这种方法是由组织者把车辆及其主要零部件寿命预测的目的及有关的背景资料分别寄给各位专家,要求他们在规定的时间内根据他们的经验对寿命进行评估。再由组织者把各位专家的预测结果进行归纳整理,并将归纳整理的结果再寄给各位专家,要求在规定的时间内进行第二次预测,再由组织者归纳整理,如此反复多次,专家的意见趋于一致。最后采用统计方法和综合评判方法对专家的意见进行处理,得到最终的预测结果。尽管这种方法的预测精度不可能很高,但是在未知寿命值的情况下,也不失为一种简单、实用的好方法。

3　可靠性计算模型的建立

3.1　零件可靠性计算的模型

对车辆结构零部件的可靠性计算,可以由应力强度干涉理论来建立其数学模型。只要求得应力和强度的分布规律,即可求得该模型的可靠度值。但是多数据情况下模型中的多重积分是非常繁琐而无法积分的。实际应用中最常用的一种分布组合是强度和应力均服从正态分布,这时由干涉模型可推出其可靠度计算公式的简化形式为一个标准的正态分布。根据计算出的可靠性指标即可查得积分数值。对于非正态分布的情况,可以用验算点法当量转化成正态分布。按照在验算点处分布函数值相等以及概率密度函数值相等的等效条件可以得出失效面上验算点的当量正态分布的均值μi＊和标准差σi'其叠代计算的模型为

μ＊i=x＊i- -1[F i(x＊i)]σi'

σi'=1/f(x＊i){-1[F i(x＊i)]}

由计算机叠代计算可求得等效转化后的可靠性指标,从而求解出可靠度值。

3.2　车辆系统可靠度的计算模型

首先可以明确车辆系统是一个可维修系统,要建立计算模型,还应明确两方面的内容,一是系统内各单元之间的构成关系,二是系统的故障分布规律。对于前一个问题,主要应从总成功解间的有机联系来界定。可以划分为串联系统、并联系统、储备系统或表决系统等。也可以按最保守的方法将其看成一个大的串联系统即可。对于第二个问题,车辆结构的寿命分布取决于各个关键组成部件的失效分布规律。而各部件组成的分布维修时间的分布可以由实际统计数据拟合分析求出。多数情况下车辆整体结构的故障分布可以按照指数分布来考虑。

建立车辆结构系统可靠性分析模型时,如果各零件的寿命与故障的修理时间均服从指数分布,则对车辆结构可以建立一个马尔可夫的可维修系统模型。该模型的求解过程是首先建立马尔可夫状态转移方程,找到由故障率λ和维修率μ组成的转移矩阵,之后求解由状态转移方程对应的微分方程组,可以解得系统可靠性的瞬时指标和稳态指标,如可靠度、有效度,首次故障平均时间、故障频率等。

如果不是指数分布,则对车辆结构系统建立一个非马尔可夫可维修系统模型。该模型的求解过程是首先建立马尔可夫更新方程,作拉普拉斯变换后,找到半马尔可夫核和转移矩阵后,建立起马尔可夫更新方程组,即可求得系统可靠性指标的瞬时值与稳态值。4　车辆结构系统可靠性的分配

4.1　车辆结构系统的可靠性指标

该指标是进行可靠性分配的目标值,它可以在实际数据统计值的基础上由前述的各种方法分析估算得出,必要时可以采用德尔菲方法由有关专家综合评判给出,这个指标可以是故障率,也可以是可靠度。4.2　确定零部件的重要度

对于车辆结构系统可靠度分配的一个重要环节是首先要确定出组成车辆结构系统各个主要部件的重要度,即对系统可靠度贡献的大小。对于重要度比重较大的部件应该相应地分配给其更多的可靠度指标,而对于那些重要度较低部件可以分配给其较低的可靠度指标,甚至对于那些重要度更低的零部件可以在设计制造阶段专门降低其固有的可靠度来降低制造成本。

重要度的确定,首先应收集有关的实际运行数据如零部件故障率λ、平均寿命MTBF和MTTF等基本可靠性维修性指标,用FAT和F ME CA方法找出关键的部件,同时还应考虑成本最优问题。

4.3　系统可靠性分配

系统可靠性分配的原则是越重要的零部件分配的可靠性能指标越高。越复杂的零部件分配的可靠性能指标相对低一些。由分配后的各单元来实现系统可靠度应大于给定系统可靠度的可靠性指标。考虑到系统各个部件寿命分布的多样性和复杂性,以及经济成本问题,可靠性分配可以采用花费最小的优化方法或动态规划方法进行。

最小花费这个优化问题的唯一解为

第6期车辆结构系统可靠性的分析方法5　

R＊i=R＊0,若i≤k0 R i,若i>k0

其中R＊i为分配给各个单元的可靠度值;R i为分配前各个单元的固有可靠度值;k0为满足下式的最大j值。

R j<[

R＊s

Πn+1

i=j+1

R i

]1/j,j=1,2,3…,n

上式中j=k0时,右边即为R＊i

5　提高可靠性措施

5.1　确定合理的维护保养周期和维修策略

车辆结构系统的维修保养周期应当于各个主要零部件的故障及其分布紧密相关,最优保养周期T＊的确定是应保证在相邻两次保养之间的整车系统的故障不高于某一水平,这时T＊=β·MTBF。在这里β是一个与结构部件故障分布规律、变异系数和可靠度置信水平有关的系数。更为积极的方法是把维护保养费用也考虑在内,用技术经济的方法来优化选择一个最优化的保养周期,这种维修策略有如下3种。

(1)年龄更换策略

该策略的思想是部件达到周期T时仍正常,则对部件作预防性更换;部件在T时以前就出现故障,则事后作更换。一次事故后更换费用为C f,一次预防性更换的费用为C P,优化的原则是选择最优化T＊使单位时间的期望费用C1(T)最小。

(2)成批更换策略

该策略的思想是对各零部件在给定时刻作预防更换,在给定时刻以前发生故障应作为后更换。考虑到最优的T＊时刻,应先知道各零部件以后更换期望次数的更新密度函数m(t)。

(3)故障小修的周期更换策略

该策略为考虑结构零部件有突发性故障时作应急处理之用,最优化T＊与一次小修费用C m和一次预防性更换费用C P有关。

5.2　建立故障诊断体系和可靠性质量管理体系

故障诊断的快捷、准确是提高车辆系统可靠性和有效度的得力措施。从可能性工程的角度来看,故障诊断技术为零部件的失效模式、机理的判断提供了一个强有力的工具。对确定故障的分布类型规律十分重要。

由于车辆系统的复杂性,使得车辆结构系统可靠性的保证是一个复杂的系统工程,提高可靠性的重要措施之一应建立严格的可靠性管理体系,从设计、制造、装配、检测到使用和维修各个阶段都应该建立起相应的可靠性指标控制体系

6　结论与建议

(1)车辆系统可靠性工程与铁路安全性一样是一项系统工程,对保证铁路运输安全运行十分重要,应大大加强车辆系统可靠性理论的研究。

(2)进一步深入进行车辆系统主要零部件寿命确定方法的研究。车辆系统关键零部件的寿命预测采用多种方法是必要的。

(3)统一划分我国车辆系统失效模式的类别和等级,逐步建立车辆系统可靠性信息管理系统,建立车辆系统可靠性数据库,把车辆系统可靠性提高到一个新水平。

参考文献

1　赵少汴,王忠保.抗疲劳设计—方法与数据[M].北京:机械工业出版社,1997.

2　王超.机械可靠性工程[M].北京:冶金工业出版社, 1992.

3　贺国芳.可靠性数据的收集与分析[M].北京:国防工业出版社,1997(第3版).

4　刘维信.机械可靠性设计[M].北京:清华大学出版社, 1996.

5　郭永基.可靠性工程原理[M].北京:清华大学出版社, 2002.

Analysis Method of Vehicle Structure System Reliability

LI U G ang1,LI U Xue-wen2

(1　School of Mechanical and Electric Control Engineering,Beijing Jiaotong University,Beijing100044,China;

2　Metal&Chemistr y Research Institute,China Academy of Railwa y Science,Beijing,100081,China)

A bstract:The data processing method of vehicle structure system reliability was su mmarized in this paper.Different method and procedure for the es-tablish ment of reliability model were presented and the assignment method and ensuring meas ures of s ystem reliability were discussed. Keywords:vehicle,s ystem,reliability

6　铁道机车车辆第23卷

通用的可靠性设计分析方法

通用的可靠性设计分析方法 1.识别任务剖面、寿命剖面和环境剖面 在明确产品的可靠性定性定量要求以前，首先要识别产品的任务剖面、寿命剖面和环境剖面。 （1）任务剖面“剖面”一词是英语profile的直译，其含义是对所发生的事件、过程、状态、功能及所处环境的描述。显然，事件、状态、功能及所处环境都与时间有关，因此，这种描述事实上是一种时序的描述。 任务剖面的定义为：产品在完成规定任务这段时间内所经历的事件和环境的时序描述。它包括任务成功或致命故障的判断准则。 对于完成一种或多种任务的产品，均应制定一种或多种任务剖面。任务剖面一般应包括：1）产品的工作状态； 2）维修方案； 3）产品工作的时间与程序； 4）产品所处环境（外加有诱发的）时间与程序。 任务剖面在产品指标论证时就应提出，它是设计人员能设计出满足使用要求的产品的最基本的信息。任务剖面必须建立在有效的数据的基础上。 图1表示了一个典型的任务剖面。 （2）寿命剖面寿命剖面的定义为：产品从制造到寿命终结或退出使用这段时间内所经历的全部事件和环境的时序描述。寿命剖面包括任务剖面。 寿命剖面说明产品在整个寿命期经历的事件，如：装卸、运输、储存、检修、维修、任务剖面等以及每个事件的持续时间、顺序、环境和工作方式。 寿命剖面同样是建立产品技术要求不可缺少的信息。 图2表示了寿命剖面所经历的事件。

（3）环境剖面环境剖面是任务剖面的一个组成部分。它是对产品的使用或生存有影响的环境特性，如温度、湿度、压力、盐雾、辐射、砂尘以及振动冲击、噪声、电磁干扰等及其强度的时序说明。 产品的工作时间与程序所对应的环境时间与程序不尽相同。环境剖面也是寿命剖面和任务剖面的一个组成部分。 2.明确可靠性定性定量要求 明确产品的可靠性要求是新产品开发过程中首先要做的一件事。产品的可靠性要求是进行可靠性设计分析的最重要的依据。 可靠性要求可以分为两大类：第一类是定性要求，即用一种非量化的形式来设计、分析以评估和保证产品的可靠性；第二类是定量要求，即规定产品的可靠性指标和相应的验证方法。 可靠性定性要求通常以要求开展的一系列定性设计分析工作项目表达。常用的可靠性定性设计工作项目见表1。

第4章典型系统的可靠性分析

第四章典型系统的可靠性分析 4.1 系统及系统可靠性框图 4.1.1概述 所谓系统是指为了完成某一特定功能，由若干个彼此有联系的而且又能相互协调工作的单元组成的综合体。 在可靠性研究中，按系统是否可以维修可以将系统分为不可修复系统和可修复系统。不可修复系统是指系统一但失效，不进行任何维修或更换的系统，例如日光灯管、导弹以及卫星推进器等一次性使用的系统。不可修复是指技术上不能修复、经济上不值得修复，或者一次性使用不必要再修复。可修复系统是指通过修复而恢复功能的系统。机械电子产品大多数都是可修复系统，但不可修复系统相对可修复系统来说简单得多，而且对不可修复系统的研究方法与结论也适用于可修复系统，同时是研究可修复系统的基础。 4.1.2系统可靠性框图 系统是由若干个彼此有联系的而且又能相互协调工作的单元组成的综合体，因此各个单元之间必然存在一定的关系，为了分析系统的可靠性，就必须分析系统各单元之间的关系，首先要将所要分析的系统简化为合理的物理模型，然后在由物理模型进一步得到参数和设计变量的数学模型。 对于复杂产品，用方框表示的各组成部分的故障或它们的组合如何导致产品故障的逻辑图，称为可靠性框图。可靠性框图可以用来评价产品或系统的设计布置以及确定子系统或元件的可靠性水平；可靠性框图和数学模型是可靠性预测和可靠性分配的基础。 下面通过实例来说明如何建立可靠性框图。 例4.1 如图4.1所示是一个流体系统工程图，表示控制管中的流体的两个阀门通过管道串联而成。试确定系统类型。 图4.1两阀门串联流体系统示意图

解要确定系统类型，要从分析系统的功能及其失效模式入手。 1.如果其功能是为了使液体通过，那么系统失效就是液体不能流过，也就是阀门不能打开。若阀门1和阀门2这两个单元是相互独立的，只有这两个单元都打开，系统才能完成功能，因此，该系统的可靠性框图如图3.2a)所示。 2.如果该系统的功能是截流，那么系统失效就是不能截流，也就是阀门泄漏。那么可以看到，要是系统完成预定功能，要求两个阀门至少有一个正常，因此，该系统的可靠性框图如图 3.2b)所示。 a)功能是流体流通时的串联系统可靠性框图b)功能是截流时的并联系统可靠性框图 图4.2 系统可靠性框图 从上面的例子中可以看到：对于同样一个系统，如果它所完成的功能不同，或者定义它的失效状态不同时，其可靠性框图的形式可能时不同的。 例4.2 如图4.3所示是电路中经常使用的并联电容器电路图。从可靠性角度讨论该系统的类型。 图4.3 并联电容器系统图 解：如果所设计的系统在电容器短路时失效，显然，任何一个电容器的失效均会导致该电路的失效，因此，从功能关系来看，该电容器系统的可靠性框图是一个串联系统。如图4.4a)所示。 如果所设计的系统在电路开路时失效，显然，只有全部电容器均失效才会导致该电路的失效，因此，从功能关系来看，该电容器系统的可靠性框图是一个并联系统。如图4.4b)所示。 图4.4 电容系统可靠性框图 讨论题：一个系统由完全相同的三台设备组成，在工作期间系统的负载水平（功能）不同。可以将这项任务分为3个阶段，各个阶段的负载情况是第一阶段必须至少有一阀门阀门 输输 阀门 输 阀门 输 1 2 n a) 串联模型b) 并联模型 1 2 n

可靠性数据分析的计算方法

可靠性数据分析的计算方法

PROCEEDINGS,Annual RELIABILITY and MAINTAINABILITY Symposium（1996） 可靠性数据分析的计算方法 Gordon Johnston, SAS Institute Inc., Cary 关键词：寿命数据分析加速试验修复数据分析软件工具 摘要&结论 许多从事组件和系统可靠度研究的专业人员并没有意识到，通过廉价的台式电脑的普及使用，很多用于可靠度分析的功能强大的统计工具已经用于实践中。软件的计算功能还可以将复杂的计算统计和图形技术应用于可靠度分析问题。这大大的便利了工业统计学家和可靠性工程师，他们可以将这些灵活精确的方法应用于在可靠度分析时所遇到的许多不同类型的数据。 在本文中，我们在SAS@系统中将一些最有用的统计数据和图形技术应用到例子的当中，这些例子主要包涵了寿命数据，加速试验数据，以及可修复系统中的数据。随着越来越多的人意识到创新性软件在可靠性数据分析中解决问题的需要，毫无疑问，计算密集型技术在可靠性数据分析中的应用的趋势将会继续扩大。 1.介绍 本文探讨了人们在可靠性数据分析普遍遇到的三个方面： 寿命数据分析 试验加速数据分析 可修复系统数据的分析 在上述各领域，图形和分析的统计方法已被开发用于探索性数据分析，可靠性预测，并用于比较不同的设计系统，供应商等的可靠性性能。 为了体现将现代统计方法用于结合使用高分辨率图形的使用价值，在下面的章节中图形和统计方法将被应用于含有上述三个方面的可靠性数据的例子中。2.寿命数据分析 概率统计图的寿命数据分析中使用的最常见的图形工具之一。Weibull 图是最常见的使用可靠性的概率图的类型，但是当Weibull概率分布并不符合实际数据的时候，类似于对数正态分布和指数分布这一类的概率图在寿命数据分析中也能够起到帮助。 在许多情况下，可用的数据不仅包含故障时间，但也包含在分析时没有发生故障的单位的运行时间。在某些情况下，只能够知道两次故障发生之间的时间间隔。例如，在测试大量的电子元件时，如果记录每一个发生故障的元件的故障时间，那么这可能不经济。相反，在固定的时间间隔内

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

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

可靠性失效解析总结计划常见方法总结计划.docx

可靠性失效分析常见思路 失效分析在生产建设中极其重要，失效分析的限期往往要求很短，分析结论要正确无误，改进措 施要切实可行。 1失效分析思路的内涵 失效分析思路是指导失效分析全过程的思维路线，是在思想中以机械失效的规律( 即宏观表象特征和微观过程机理 ) 为理论依据，把通过调查、观察和实验获得的失效信息( 失效对象、失效现象、失效 环境统称为失效信息 ) 分别加以考察，然后有机结合起来作为一个统一整体综合考察，以获取的客观事 实为证据，全面应用推理的方法，来判断失效事件的失效模式，并推断失效原因。因此，失效分析思 路在整个失效分析过程中一脉相承、前后呼应，自成思考体系，把失效分析的指导思路、推理方法、 程序、步骤、技巧有机地融为一体，从而达到失效分析的根本目的。 在科学的分析思路指导下，才能制定出正确的分析程序; 机械的失效往往是多种原因造成的，即一 果多因，常常需要正确的失效分析思路的指导; 对于复杂的机械失效，涉及面广，任务艰巨，更需要正 确的失效分析思路，以最小代价来获取较科学合理的分析结论。总之，掌握并运用正确的分析思路， 才可能对失效事件有本质的认识，减少失效分析工作中的盲目性、片面性和主观随意性，大大提高工 作的效率和质量。因此，失效分析思路不仅是失效分析学科的重要组成部分，而且是失效分析的灵 魂。 失效分析是从结果求原因的逆向认识失效本质的过程，结果和原因具有双重性，因此，失效分析 可以从原因入手，也可以从结果入手，也可以从失效的某个过程入手，如“顺藤摸瓜”，即以失效过 程中间状态的现象为原因，推断过程进一步发展的结果，直至过程的终点结果“; 顺藤找根”，即以失 效过程中间状态的现象为结果，推断该过程退一步的原因，直至过程起始状态的直接原因“; 顺瓜摸 藤”，即从过程中的终点结果出发，不断由过程的结果推断其原因“顺; 根摸藤”，即从过程起始状态 的原因出发，不断由过程的原因推断其结果。再如“顺瓜摸藤+顺藤找根”、“顺根摸藤+顺藤摸瓜”、“顺藤摸瓜 +顺藤找根”等。 2失效分析的主要思路 常用的失效分析思路很多，笔者介绍几种主要思路。 “撒大网”逐个因素排除的思路 一桩失效事件不论是属于大事故还是小故障，其原因总是包括操作人员、机械设备系统、材料、 制造工艺、环境和管理 6 个方面。根据失效现场的调查和对背景资料( 规划、设计、制造说明书和蓝图)

系统可靠性分析技术 失效模式和影响分析(FMEA)程序(标准状态：现行)

I C S03.120.01;03.120.30 L05 中华人民共和国国家标准 G B/T7826 2012/I E C60812:2006 代替G B/T7826 1987 系统可靠性分析技术失效模式和 影响分析(F M E A)程序 A n a l y s i s t e c h n i q u e s f o r s y s t e mr e l i a b i l i t y P r o c e d u r e f o r f a i l u r em o d e a n d e f f e c t s a n a l y s i s(F M E A) (I E C60812:2006,I D T) 2012-11-05发布2013-02-15实施中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局

目次 …………………………………………………………………………………………………………前言Ⅲ1范围1……………………………………………………………………………………………………… 2规范性引用文件1………………………………………………………………………………………… 3术语和定义1……………………………………………………………………………………………… 4总则2……………………………………………………………………………………………………… 4.1引言2 …………………………………………………………………………………………………4.2分析目的和目标4 …………………………………………………………………………………… 5失效模式和影响分析5 …………………………………………………………………………………… 5.1总则5 …………………………………………………………………………………………………5.2预备工作5 ……………………………………………………………………………………………5.3失效模式二影响及危害性分析(F M E C A)11 ………………………………………………………5.4分析报告17 …………………………………………………………………………………………… 6其他考虑因素18…………………………………………………………………………………………… 6.1共因失效18 ……………………………………………………………………………………………6.2人的因素19 ……………………………………………………………………………………………6.3软件缺陷19 ……………………………………………………………………………………………6.4 F M E A涉及的系统失效后果19 …………………………………………………………………… 7应用20……………………………………………………………………………………………………… 7.1 F M E A/F M E C A的作用20 …………………………………………………………………………7.2 F M E A的益处21 ……………………………………………………………………………………7.3 F M E A的局限与不足21 ……………………………………………………………………………7.4与其他方法的关系22 …………………………………………………………………………………附录A(资料性附录) F M E A和F M E C A的程序概要23 ……………………………………………… …………………………………………………………………………附录B(资料性附录)分析举例25……………………………………………………………………………………………………参考文献32

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/288783099.html,

给水管网系统建模及其可靠性分析报告

给水管网系统建模及其可靠性分析 摘要 给水管网系统是一个拓扑结构复杂、规模庞大、用水变化随机性强、运行控制为多目标的网络系统。管网建模是仿真给水管网系统动态工况的最有效的方法，是为模拟管网系统建立数学模型的过程。模拟容主要是图形模拟、状态模拟和参数模拟。而建立模型并不是一蹴而就的，要不断的开发、更新和完善。在管网优化设计的四个方面中，保证给水系统可靠性是给水设计的主要容之一。随着现代科学技术的快速发展，可靠性工程理论日益受到广泛重视。 关键词：给水管网系统建模；管网优化设计：管网系统可靠性 一、引言 我国各城市的市政公用输配系统（供水、供气）是城市重要的基础设施之一，也是城市建设和可持续性发展的制约因素，这些工程网络在系统规划上有许多方面存在着共性。 对给水管网系统进行建模，一方面对于大量复杂、繁琐的问题能够取得快速、准确的计算结果，大大提高了工作效率，使得以前很少或者不可能进行的大型工程量计算问题和多方案比较问题得以顺利解决。另一方面，可以对输配系统的工作状态（水力、水质）进行比较准确的模拟仿真，尤其当系统中有较完善的设施时，更可以对系统的实时工况进行在线模拟，这样不仅可为系统的优化运行、调度提供很好的基础条件，为系统的改扩建提供可靠的依据，也为给水管网水质预测和安全输配提供支持。 对给水管网系统建模完成后应注意管网的优化设计，包括四个方面：水压、水量的保证性；水质的安全性；可靠性和经济性。随着现代科学技术的快速发展，作为系统工程之一的可靠性工程理论日益受到广泛重视。在近代，各种工程系统、构筑物设计时，已经开始应用可靠性的数学理论。可靠性和其他技术经济指标一样，成为评价系统优劣的主要指标。可靠性问题之所以得到重视，是因为系统、构筑物、设备相互有关，任一部分损坏可能导致整个系统的故障，而整个系统的故障，例如给水系统发生故障，将对社会和人民生活带来损害。而故障的发生多数为随机事件，一般无法预料和预防，因此给水系统可靠性具有概率的性质。在生活节奏日益加快的今天，确保给水管网系统的正常运行具有十分重要的意义。

可靠度分析方法的一般概念

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。一般采用风险率来表示目标性能，因此可靠性分析在评定各项性能上占据着重要的作用。 结构可靠度问题的基本分析方法： （1）根据具体研究问题，明确可靠度分析中涉及的各个随机变量； （2）枚举结构延性破坏机构（结构失效模式）的最可能情况； （3）确定各个随机变量的概率分布和统计参数； （4）建立结构失效模式对应的功能函数，计算可靠指标。 响应面法 通过确定性的试验拟合一个响应面来模拟真实的极限状态曲面，即：用一个简单的函数称为响应面函数）或曲面（称为响应面）来代替隐含或复杂的极限状态函数，使计算得以简化。 响应面法源于实验设计，是实验设计的一种基本方法一包括实验设计和回归分析两部分内容，而后应用于结构可靠度的数值模拟，试验设计用来确定抽样点在输入变量抽样空间的位置，要求抽样点数量少，却又能包含抽样空间的有效信息，以保证响应面的精度，中心复合设计法是响应面法中最常用的一种方法；回归分析是指确定响应面函数及其系数的过程。 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特定分布的随机数，之后便可进行随机模拟试验。 （3）根据随机模型的特点和随机变量的统计特征，选取合适的抽样方法包括 直接抽样、相关抽样、分层抽样、重要抽样等对每个随机变量进行随机抽样。

动态系统的可靠性分析综述

动态系统的可靠性分析综述 摘要：可靠性设计的基本任务是在故障物理学研究的基础上，结合可靠性试验以及故障数据的统计分析，提供实际计算的数学力学模型和方法及实践。这样就可以在产品的研制阶段，估计或预测产品在规定工作条件下的工作能力状态或寿命，保证产品具有所需的可靠性。传统可靠性分析的概念只能描述静态逻辑关系，不能满足现代复杂动态系统可靠性分析的需要。在给出动态系统状态空间结构和结构函数的基础上，提出失效序列和失效丛的概念描述动态系统的故障模式，这一概念扩展了传统可靠性分析的概念，将割集、蕴含集等作为其在静态情形的特例。给出动态系统部件的概率重要度、结构重要度以及关键重要度的概念，用实例对提出的有关概念进行了说明。 关键词：动态系统；性能可靠性；随机因素；模块化 0 前言 可靠性是产品质量的核心指标之一。在全球化背景下，性能、可靠性、价格及服务等成为产品竞争不可或缺的要素，未来市场将由具有高可靠性产品的企业所主导。 产品固有可靠性是由设计阶段决定的。但是，传统可靠性建模方法存在诸多不足，难以准确分析和求解复杂系统的可靠性指标[1]。例如：可靠性框图（RBD）和故障树分析（FTA）缺乏描述系统动态运行过程的能力，马尔科夫（Markov）模型建模过程繁琐，模型求解和分析困难。近年来，动态可靠性建模引起人们关注，人们提出了动态故障树、GO-FLOW法、随机Petri网（Stochastic Petri Net，SPN）等动态可靠性建模方法[2~5]。 随机Petri网着眼于系统状态及其动态变化，兼有图形化建模能力和数学计算能力，成为复杂系统调度、控制和性能评价研究的有效工具[6]。但是随机Petri 网存在状态爆炸问题，造成复杂系统可靠性指标的求解困难。蒙特卡洛（Monte Carlo）仿真弥补了SPN在模型计算求解方面的不足

地铁供电系统可靠性和安全性分析方法研究

编号：AQ-Lw-01226 ( 安全论文) 单位：_____________________ 审批：_____________________ 日期：_____________________ WORD文档/ A4打印/ 可编辑 地铁供电系统可靠性和安全性 分析方法研究 Research on reliability and safety analysis method of metro power supply system

地铁供电系统可靠性和安全性分析 方法研究 备注：加强安全教育培训，是确保企业生产安全的重要举措，也是培育安全生产文化之路。安全事故的发生， 除了员工安全意识淡薄是其根源外，还有一个重要的原因是员工的自觉安全行为规范缺失、自我防范能力不强。 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

(00212744)系统可靠性设计分析

研究生课程教学大纲 课程编号：00212744 课程名称：系统可靠性设计分析 英文名称：System Reliability Design and Analysis 学时：32 学分：2 适用学科：机械工程 课程性质：机械工程一级学科的一门专业选修课。 先修课程：概率论及数理统计、理论力学、材料力学、机械设计。 一、课程的性质及教学目标 1. 课程性质：可靠性设计是近期发展起来并得到应用的一门现代设计理论和方法，“可靠性”是产品质量和技术措施的一个最重要的指标，早已受到世界发达国家的高度重视。因此，对工科学生开设此门课程，具有非常重要的现实意义。 2. 教学目的：通过本课程的学习，使学生能基本掌握系统可靠性设计分析的理论和方法，并紧密结合工程应用，培养学生初步应用这些方法解决相应实际问题的能力，为有志进入可靠性工程领域的学生进一步研究与应用可靠性工程理论奠定一定的基础。具体要求学生从系统的角度，对产品进行可靠性设计分析，包括可靠性建模、可靠性要求制定与分配、可靠性预计、故障模式影响和危害性分析、故障树分析等。 二、课程的教学内容及基本要求 1. 课程教学内容 （1）可靠性概论：可靠性发展及其重要意义，可靠性的基本概念，可靠性参数体系，系统可靠性设计分析流程及基本内容。 （2）系统可靠性模型建立：系统功能分析，典型可靠性模型，不可修复系统可靠性模型，系统可靠性建模实例。 （3）可靠性要求制定与分配：可靠性要求，可靠性要求的制定，可靠性分配，应用实例。 （4）可靠性预计：可靠性预计概述，单元可靠性预计方法，系统可靠性预计。

（5）故障模式影响及危害性分析：概述，故障模式影响分析，危害性分析，FMECA结果，FMECA应用实例，应用FMECA应注意的问题。 （6）故障树分析：概述，建造故障树，故障树的定性分析，故障树的定量分析，故障树分析实例。 （7）机械产品可靠性设计分析方法：机械产品可靠性特点，应力、强度定义，应力——强度干涉模型，常用分布的可靠度计算，静强度概率设计方法。2. 课程教学的基本要求 （1）基本知识 要求了解可靠性的发展及其重要意义，可靠性设计的基本特点、主要内容、方法与步骤，建立系统任务可靠性模型的程序及注意事项，机械产品可靠性特点；理解可靠性的基本概念，可靠性参数体系，系统可靠性框图，不可修系统可靠性模型的处理方法；掌握可靠性基本概念并能灵活运用，常用的可靠性参数体系及其工程内涵，可靠性指标的计算。 （2）基本理论和方法 了解可靠性要求的制定程序、可靠性分配的用途、原理与准则、注意事项等，单元可靠性预计方法，故障树建造的步骤及注意事项等；理解应力——强度干涉模型；掌握系统可靠性预计方法，可靠性分配方法，静强度概率设计方法，硬件FMECA分析技术，FTA的定性分析和定量计算。 （3）基本技能 利用所学的知识，能够进行简单机械系统或零件的可靠性设计分析。 三、课内学时分配