水泥回转窑轴瓦视情维修的可靠性模型分析

价值工程

0引言

水泥回转窑系统的工况恶劣，同时其结构特点也造成故障的复

杂性。对于回转窑来说，

发生的同一种故障，可能对应着多种故障原因；而对于同一种故障原因，也可能对应着多种故障现象，故障现象和原因之间关系相当复杂。其轴线垂直测量简图如图1所示，对于这样一个典型的非线性系统，直接对其建立准确的数学模型比较困难。

对于这类故障，通过专家系统来分析其故障现象，这需要根据

系统内的结构关系进行系统分析。在故障诊断时，

首先要察看有故障的轴瓦运行情况及外部现象，从接触到的所有现象中，利用系统内元件间的关系和现场经验提取出认为异常的故障现象，然后与专家自己头脑中的各故障模型进行实际比较和综合评判。最后，从中

挑出最接近的（最符合的）一种故障作为判断的结果[1]

。上述方法固然可以解决上述问题，但是由于要借助专家经验，其主观性较强，另外，对于专家系统来说，评判规则和知识要求非常严格，这两方面会影响结果的准确性。

为了避免上述存在问题，本文从系统主要部件的使用寿命历史统计数据出发，同时将状态监控信息融合进来，建立反映状态部件的寿命分布模型。根据这些主要部件的可靠性模型，就可以通过系统的结构关系进行数字仿真，模拟出反映系统运行状态的系统可靠度和可用度，进而对系统进行可靠性分析和安全评估，可以预测部件、系统寿命，并最终对系统运营、维修和系统备件配置等问题提供决策依据和指导。

因此，本文选取有典型意义的水泥回转窑系统的主要关键部件之一———轴瓦作为研究对象。因为一旦轴瓦发生故障，如发热、变形或其他故障时，则会严重影响回转窑筒体轴线，使水泥质量下降。故而，论文主要对轴瓦建立状态监控和历史故障数据的故障率函数，并对该模型进行分析。

鉴于回转水泥窑的监控参数较多，同时比较复杂，需要对这些信息进行分析并进行融合。故而，本文决定采取多元信息融合方法，通过对水泥窑监控的相关参数进行融合，建立不仅可以反映历史运

行情况，同时又可反映系统性能状态的可靠性模型，进而可以为决

策者建立实时监测设备运行情况，最终应用可靠性理论、方法和技术作为系统运行的决策指导和依据。

在可靠性分析中，除了历史运营状况和回转水泥窑性能、状态监控信息对可靠性模型有影响以外，系统对部件对部件的维修能力也对其产生较大的影响。

故而本文在PHM 的基础上，将维修度引入到模型中来，建立反

映实时监控信息的可靠性模型，改进模型对多元信息进行融合[3]，

这些信息包括轴瓦的温度、润滑油粘度以及筒体轴线等信号，这里建立的模型就不仅反映了性能状态信息、寿命，还包括了维修能力，这和实际运行状态十分吻合，从而避免简单理想化模型容易脱离现实的弊端。

在系统的信息实时监控中的应用中，PHM 模型回归故障率函数时考虑多种主要因素的影响，因而被广泛应用[4]。但由于该模型存

在一定的局限性[5]

，同时考虑系统内维修能力的影响，因此本文主要在历史故障数据的性能劣化的基础上，按照PHM 的建模思想建立反映寿命、性能参数、环境等参数以及维修能力的模型，建立反映实际运行特点的可靠性模型并将其应用到回转水泥窑系统分析和决策中去。通常应用PHM 需要满足修复如新这一理想条件，这和实际回转水泥窑系统中部件的修理是不相符的[6]。回转水泥窑是一类典型的可修复复杂系统，大多数情况下维修属于新旧之间，随着时间的推移势必会发生一定程度的劣化，这种情况可用广义更新过程来解释和描述。

1广义更新过程[7]

对于大多数系统来说，采用不同的维修方式，对系统的可靠性影响是不同的。为此，需要引入维修能力参数（q ），对维修进行泛化

处理。这里，

q 为任意的实数，取不同的数值就代表不同的物理意义：q<0表示修复后旧件比新件好；当q=0时表示完全维修（即修复

如新）；当0

为一般维修；当q=1时表示维修最小维修（修复如旧）；q>1表示修复比旧差。不同q 值对应的故障率如图2所示，其中纵坐标为故障率r （t ），横坐标为时间，1、i-1和i 分别表示第1次、第i-1和第i 次维修，1和i-1之间的虚线表示已进行i-2次维修次数，具体如图2所示。

Kijima 应用广义更新过程

引入了虚寿命概念（A n ）[8]

。这里，参数A n 为第n 次维修后的寿命。如果A n =y ，那么到达n+1次故障的时间为X n+1，其分布函数为

P （X │A n =y ）=F （X+y ）-F （y ）（1）水泥回转窑轴瓦视情维修的可靠性模型分析

Reliability Model Analysis of the Maintenance on Condition of Axle Bush in the Rotary Kiln

陈凤腾Chen Fengteng ；杨根喜Yang Genxi

（徐州工程学院，徐州221008）

（Xuzhou Institute of Technology ，Xuzhou 221008，China ）

摘要：轴瓦是水泥回转窑的关键部件，发生故障将会影响水泥质量。由于其故障原因机理各异，难以直接对该非线性系统建立准确的数学模

型；故而本文在历史故障纪录和实时监控状态信息的基础上，应用数理统计的方法对关键部件轴瓦进行可靠性分析，建立反映状态性能和维修

水平的故障率函数，并对该模型进行分析。经实例验证表明该方法是可行的且反映现实运行特点。

Abstract:The axle bush is the key part which affect the cement quality in the rotary kiln.Because of its failure mechanism of different reasons,it is difficult to directly set up the nonlinear system accurate mathematical model;Therefore,in this paper the failure rate function,which reflects the level of performance and the repair degree on the basis of the application of the history failure records and the real-time monitoring status information,is modeled and then analyzed.This method is feasible and reflects the operating characteristics of reality by a case.

关键词：回转窑；比例故障模型；广义更新过程Key words:rotary kiln ；proportional hazard model ；generalized renewal process

中图分类号：TU37

文献标识码：A

文章编号：1006-4311（2011）25-0048-03

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—基金项目：江苏省2007年技术攻关重大项目：回转水泥窑状态监控与可靠

性分析（BE2007023）。作者简介：陈凤腾（1971-），男，江苏赣榆人，讲师，博士后，研究方向为可靠

性、维修性与故障诊断

。

·48·DOI:10.14018/https://www.wendangku.net/doc/4c14296737.html,13-1085/n.2011.25.020

Value Engineering

表1历史故障状态及性能参数

TSN （h ）T （℃）L （mm ）μ（mm 2/s ）δi 4176.91580.53377.9165.14588.11517.32943.5877.619442365.3670.31013.71731.91029.11669.63144.33460.43148.82198.21399.63337.6942.72051.52986.31497.82143.82606.71530.71828.71125374.62248.7760.64364.4224.43580.73713.2780.4

47.448.758.355.734.338.565.352.730.057.844.973.866.846.733.662.354.345.957.244.566.935.664.253.832.047.957.632.242.351.562.434.474.242.362.525.165.346.5

9.35.32.57.23.32.32.27.37.52.52.73.45.24.45.95.16.92.01.34.34.54.42.58.34.73.32.44.54.24.44.82.77.34.32.73.84.78.2

945.3336.51257.9265.5272.6594.6265.8254.1551.2102.5697.0746.2954.3216.81223.452.6666.2222.5422.1142.1859.3254.3335.6454.2697.8783.6598.6215.6568.5587.0264.2694.2154.2275.41487.71241.21064.31053.0

11111110111111011110111111111111110111

式中，F （X ）是修理后首次发生故障的分布函数。这里，系统的实际寿命S n 用下式表示：S n =n

i =0ΣX i

S 0=0（2）

这里假定第n 次维修仅仅补偿第n-1和第n 次故障之间累积

的损伤，而和之前的损伤无关。

此时，该件在第n 次故障之后的虚寿命A n 为：A n =A n-1+qX n =qS n n=1，2， (3)

其中q 是修理能力参数，A 0=0。计算寿命分布函数时，首次故障寿命直接应用式（7）；至于后续寿命分布的计算则应用条件分布，以weibull 分布为例，由式（1）可推出式（4）和式（5）：F （t i ）=1-exp -t i ααβααi=1

（4）F （t i

）=1-exp q α

i-1

j =1

Σt j

ααβ

-t i

+q i-1

j =1

Σt j

/αααβ

αα（5）

n=2，3，…

在求得广义更新过程下的故障分布函数后，即可求得相应的概率密度函数和生存函数，可应用PHM 的建模思想回归出故障模型参数来。

2比例危险模型

在比例危险模型中，故障函数形式为

r （t │X ）=r 0（t

）·θ（X ）=β（t ）β-1

·θ（X ）（6）其中r 0（t

）为与X 无关的基本故障函数，θ（X ）为协变量函数，由于故障率函数为正数，这里取θ（X ）=exp （γ.X ）=exp （γ1X 1+γ2X 2+…+γn X n ）。这里X={x 1+…+x n }为n 维协变量，γ={γ1+…+γn }为协变量系数，

γ与时间无关，是不同个体故障率函数的比率。设n 个样本中有k 个失效时间及n-k 个截尾时间数据，在t i 处

未失效且未被截尾的样本集合为A i =A （t i ），

并给定哑变量δi ，数据属于截尾时为1，否则为0，则似然函数为式（7）所示[9]

：

L （α，β，γ）=n

i =1仪f （t i |α，β，γ）1-δi

×R （t i |α，β，γ）

δi

（7）

其中，

α，β和γ为分布密度函数的参数。对于系统内各个部件，首先通过数理统计方法确定故障寿命分

布模型，故障时间多为常见的正态分布、

线性分布、weibull 分布和浴盆曲线等，可建立相应寿命分布函数形式，最后模型检验进行验证[10]。

将广义更新过程中的维修能力参数q 应用到PHM 中去，并根据似然函数定义有式（8）存在，具体表示如下：

L （α，β，γ，q ）=n

i =1仪f （t i │α，β，γ，q ）1-δi

×R （t i │α，β，γ，q ）

δi

（8）

此时根据寿命数据以及实时监控的性能参数，根据式（8）分别对各个待估参数进行估计，可采用牛顿迭代法或应用单目标遗传算法得到各参数的估计值α，β，γ以及q 。

对于水泥回转窑的特性，本文仅考虑故障截止时候的极大似然

参数估计。

这时广义更新过程的概率密度函数通过公式（1）和式（4）和式（5）可求得对应的概率密度函数和生存函数分别为

f （t i ）=

βαt i α

αα

β-1

exp -t i

ααβ

ααi=1

（9）f （t i ）=βα

βt i

+q i-1

j =1

Σt j

ααβ-1×exp q α

i-1

j =1Σt j ααβ

-t i +q i-1

j =1

Σt j

/αααβ

仪仪（10）i=2，…，n

第n 次维修后工作了时间T 后正常的生存函数为R （T │t n ），用下式表示：R （T │t n ）=exp

q n

j =1Σt j /αααβ

-T+q n

j =1

Σt j /ααα

β

仪仪

（11）

由式（8）对应的似然函数为式（12）所示：L=

β

t 1α

ααβ-1

exp -t 1

α

ααβ

仪仪仪仪×

n

i =2仪βαβ

ααt i +q

i-1

j =1Σt j

仪仪β-1

仪仪1-δi

×n

i =1仪exp q i-1j =1Σt j ααβ-t i +q i-1

j =1Σt j /ααα

β仪仪

仪仪δ

i

（12）为了对于上式进行参数估计，可采用遗传算法进行单目标优化求解。也可对ln （L ）求导并令其为零，再应用牛顿－拉夫森（N-R ）迭

代算法估计α，

β，γ以及q 的值。在进行参数估计之前需要对协变量进行筛选，应用统计软件SPSS 对故障数据进行分析，按照p 值检验准则对协变量进行筛选，一般取p 值为0.05，只有小于该值时才认为该协变量有效[10]。

3实例分析

下面是某水泥厂的2004年10月到2008年12月轴瓦历史拆换记录，分别有38个数据，分别为4176.91580.53377.92165.14588.11517.32943.5877.61944.02365.3670.3101391731.91029.11669.63144.33460.43148.82198.21399.63337.6942.72051.52986.31497.82143.82606.71530.71828.71125.0374.62248.7760.64364.4224.43580.73713.2780.4（单位：小时），数据见表1，表1中TSN 表示故障时间（单位：h ），T 表示轴瓦温度（单位：℃），L 表示筒体轴线（单位：mm ），μ表示润滑油粘度（单位：mm 2/s ），δi 表示截尾数据，数值为0表示截尾，数据为1表示未截尾。对该数据进行模型检验后知道其符合weibull 分布，然后经参数估计知其位置参数和形状参数估计值分别为3218.3和2.181。另外，这三年轴瓦对应的平均实时监控信号如温度T 、筒体轴线L 以及润滑油粘度μ的度量值见表1所示，将其应用于spss 软件可得结果如表2所示，其中，T 、L 和μ的p 值均小于0.05，说明这三个参数均对轴瓦的寿命有效。

因此，本文根据这三类参数的监控值以及上述38个数据对参

数值进行估计，其位置参数和形状参数分别为3174.7和2.148，对

应的维修度为0.1227。同时，下面应用回归模型对参数进行数学模拟计算，由式（11）计算出这三个参数回归系数为1.072、-3.618和0.202。根据所求的故障率函数为r （t ，X ）=（2.148t 1.148/3174.72.148）exp （1.072X 1-3.618X 2+0.202X 3），由计算得出的受协变量和维修度影响

·49·

价值工程

的故障率函数和未受到协变量影响的故障率函数进行比较，结果见

图3。图中蓝色曲线表示协变量对故障率的影响，红色是未考虑协变

量的影响，虚线表示进行维修，这里修理时间可忽略。通过matlab 计

算结果见图3，从图3明显看到受到协变量影响和未受到协变量影

响的计算结果有明显不同，通过该函数可预测部件的故障规律和寿命预测，对其进行仿真得到该轴瓦的寿命平均为小时，这和根据近年来实际的纪录比较吻合，统计值误差在5%以内，符合精度要求。4结论

根据实时监控数据以及历史故障数据计算结果表明，本方法既

考虑到历史故障信息，同时又充分利用实时监控信息，在这二者之间建立起有机的联系，并且计算精度较高，这充分说明建立基于视情和维修能力的可靠性模型，进而进行系统的可靠性分析和评估，并最终进行成本、维修以及决策指导是可行的。同时，本方法充分利用实际信息，这和以往完全依赖专家经验的结果显然合理得多，对于轴瓦寿命预测拓展了思路，有较好的应用前景。

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[10]（加拿大）J.F LawLess 著.寿命数据中的统计模型和方法[M].北京:中国统计出版社，1998.

表

2协变量选取表

协变量回归系数标准误差Wald 检验自由度P 值Exp （B ）Exp （B ）的95%置信区间

下限上限

T L μ

1.185-4.3170.274

0.7190.6730.037

6.7235.3641.523

111

0.0170.0290.044

1.0890.3451.385

1.0130.0390.619

1.4090.6771.507

0引言

XX 公司为了降低从车间1到车间2输送物料的运输成本，在车间1和车间2之间建设了一条总长650米的链条输送线，用于物

料的连续输送。

原配套控制系统采用了日本OMRON PLC 系统进行控制，实现许多复杂的控制功能，但在实际运行过程中，经常出现故障造成物料损失和生产停顿；另外因现场环境存在H 2S 等强腐蚀气体，PLC 系统卡件故障率较高，在运行2年时间后，CPU 卡硬件故障，造成整个控制系统崩溃。至此公司特组织各专业技术人员，对该输送系统进行了技术研究，分析输送系统的功能特点，制定出符合

现场实际、

简单稳定、最低成本的改造方案。1输送系统功能分析

输送系统主要由一条闭环的滑轨链条组成，在链条环中共设计

有3套传动机构，

每个传动机构的输出侧均安装有一套重锤式链条拉紧机构，在拉紧机构上安装有本段链条过松过紧报警和过松过紧极限位置检测开关，用于链条输送线的自动调整和安全保护。输送物料的悬挂支架通过铰链连接在滑轨链条上，随着链条一起移动，达到输送物料的目的。该套输送系统传动机构布局见图1。

链条悬挂物料侧，在就近上料口和下料口位置附近，布置了1#和2#链条传送机构，在回程链条侧大约行程的中部布置了3#链条传送机构。

1.1输送链条同步分析由于整个输送系统由一整条环形滑轨变频器固定频率控制在超长链条输送线中的应用

Application of Fixed-frequency Control of Inverter in the Long Chain of Transmission Lines

张强①Zhang Qiang ；谢贤军②Xie Xianjun

（①宜宾职业技术学院，宜宾644003；②宜宾五粮液集团公司，宜宾644000）

（①Yibin Vocational and Technical College ，Yibin 644003，China ；②Yibin Wuliangye Group Co.，Ltd.，Yibin 644000，China ）

摘要：XX 公司为了降低从车间1到车间2输送物料的运输成本，在车间1和车间2之间建设了一条总长650米的链条输送线，用于物料的

连续输送。由于原控制系统存在诸多缺陷，并缺乏及时的售后服务，特组织公司内外技术力量对该输送系统进行了技术研究，制定了“变频器多

段固定频率控制”方案。本文主要介绍了该输送系统的功能、系统改造方案的具体设计及改造后系统的运行调试，实践证明该方案大大降低了故障率，提高了系统的稳定性。

Abstract:To reduce the transportation costs of materials from workshop 1to workshop 2,a company constructs a 650meters chain conveyor line from workshop 1to workshop 2for the continuous delivery of materials.Since the original control system has many defects,and lacks of timely service,the company especially organizes inside and outside technical force to study the transport system,and formulates program of fixed-frequency inverter control.The article mainly presents its function,reform design and debugging.The result shows that the program greatly reduces the failure rate and improves the stability of the system.

关键词：变频器；矢量控制；力矩；固定频率Key words:inverter ；vector control ；torque ；fixed frequency

中图分类号：TN77

文献标识码：A

文章编号：1006-4311（2011）25-0050-02

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—作者简介：张强（1973-），男，四川安县人，宜宾职业技术学院自动控制系讲

师，硕士，研究方向为控制工程及电气自动化方向。

·50·

收卷机构的设计及关键零件的可靠性分析

第一章国外织机的发展概况及卷取机构的应用 第一节全球织机发展的几个阶段 织布生产技术有着悠久的历史，其发展过程经历了原始手工织布、手工急切织布、普通机器织造、自动织机织造和无梭织机织造五个阶段！在原始手工织布阶段，人们采用简单的工具，将经、纬纱交织成织物，所采用的工具都由人工直接赋予动作。原始手工织布方法经历了漫长的历史演变后，出现了由原动机件、传动机件和工作机件三个部分组成的手织机，这种手织机为近代的传动机器进行大工业生产创造了条件。 进入18世纪后，织布技术游乐较快的发展，1785年英国人Ｅ．卡特赖特制造出能完成开口、透梭和卷布三个基本动作的动力织机，这是第一台用动力传动的织机，从那时候起织布技术进入了工业化织造时代。 用动力传动的有梭织机可以分为两大类：一类是需要人工补纬的普通织机，另一类是由机构自动完成补纬的自动织机。人们为使普通织机的补纬自动化，经历了一个多世纪的努力，直到1892年，美国人Ｊ．诺斯勒普首先发明了自动换纡，当纬管上的纬纱用完时，通过换纡机构将满纡子换入梭，同时排出空纬管。而自动换梭的补纬方法是在1926年由日本人韦田佐吉发明的，当自动换梭机纬管上的纬纱用完时，通过换梭机构将装有满纡子的梭子换入梭箱，同时排出纡子已空的梭子，至自动换梭织机问世，织造技术进入了自动织机织造的新时代。 普通织机及其后来的自动织机所采用的引纬原理，在本质上与手工机器织布相同，即都是用传统的梭子作载纬器。但凡采用传统梭子引纬的织机被成为有梭织机。有梭织机的引纬具有三个特征：一是引纬器为体积大、质量大的投射器，二是该投射器容有纬纱卷装，三是引纬器被反复投射。

有梭织机引纬的特征是梭口尺寸特别大，以避免梭子进出梭口时与经纱产生过分的挤压致使经纱受损。即使在较低的车速和入纬率下，投梭加速过程和制梭减速过程仍然十分激烈，因此，织机的零部件耗损多，机器震动大，噪音高达100-105DB，工人的劳动环境差，劳动强度大。有梭织机的这些缺点限制了车速和入纬率的进一步提高。 从20世纪初开始，人们不再采用笨重梭子引纬的传动原理，提出了由引纬器直接从固定筒子上将纬纱引入梭口的新型引纬原理，并陆续获得成功。但凡采用这种原理形成机织物的织机，统称为无梭织机或新型织机。目前，已经得到了广泛应用的无梭织机有片梭织机、剑杆织机、喷气织机和喷水织机四大类型。此外，还有一些新的织造技术问世，如多相织机，它可以取得更高的入纬率，但是所生产的织物品种有较大的局限性，故尚未在生产中得到大量应用。 无梭织机飞速发展的20世纪，可以说是个辉煌的一百年，在这期间，织造技术取得了飞速的发展。著名的krause教授把这方面的技术发展归纳为织机的生产率的极大提高。如今，无梭织机已经在世界围得到普遍应用，今后10年，世界纺织工业的原料结构将从以棉、毛、丝、麻等天然纤维为主，逐渐转化为以化纤为主。因此，将特别适宜织造化纤织物的喷水织机将有更加广阔的应用前景。 第二节我国国产无梭织机发展现状 随着我国纺织工业的水平提高和产品出口的增长，无梭织机的需求量与日俱增，仅今年上半年我国进口各类无梭织机就在18000台左右，这为我国纺织企业的技术升级和改造奠定了基础。从国外无梭织机技术发展看，在机电一体化、速度、选择等技术上，都发生了巨大变化，而国产设备与国外相比还有很大差距，还亟待提高。为此，专家就国外无梭织机的先进技术和我国无梭织机现状进行了

串并联可靠性模型的应用及举例

上海电力学院 选修课大型作业 课程名称：机电系统可靠性与安全性设计报告名称：串并联可靠性模型的应用及举例院系：能源与机械工程学院 专业年级：动力机械140101 学生姓名：潘广德 学号：14101055 任课教师：张建平教授 2015年4月28日

浅谈串并联可靠性模型的应用并举例 摘要 详细阐述了机械可靠性工程中串并联可靠性模型的应用，并详细的举例说明。系统可靠性与组成单元的数量、单元可靠性以及单元之间的相互联接关系有关。以便于可靠性检测，首先讨论了各单元在系统中的相互关系。在可靠性工程中，常用可靠性系统逻辑图表示系统各单元之间的功能可靠性关系。在可靠性预测中串并联的应用及其广泛。必须指出，这里所说的组件相互关系主要是指功能关系，而不是组件之间的结构装配关系。 关键词：机械可靠性串联并联混联应用举例 0前言 学技术的发展，产品质量的含义也在不断的扩充。以前产品的质量主要是指产品的性能，即产品出厂时的性能质量，而现在产品的质量已不仅仅局限于产品的性能这一指标。目前，产品质量的定义是：满足使用要求所具备的特性，即适用性。这表明产品的质量首先是指产品的某种特性，这种特性反应这用户的某种需求。概括起来，产品质量特性包括：性能、可靠性、经济性和安全性四个方面。性能是产品的技术指标，是出厂时产品应具有的质量属性，显然能出厂的产品就赢具备性能指标；可靠性是产品出厂后所表现出来的一种质量特性，是产品性能的延伸和扩展；经济性是在确定的性能和可靠性水平下的总成本，包括购置成本和使用成本两部分；安全性则是产品在流通和使用过程中保证安全的程度。在上述产品特性所包含的四个方面中，可靠性占主导地位。性能差，产品实际上是废品；性能好，也并不能保证产品可靠性水平高。反之，可靠性水平高的产品在使用中不但能保证其性能实现，而且故障发生的次数少，维修费用及因故障造成的损失也少，安全性也随之提高。由此可见，产品的可靠性是产品质量的核心，是生产厂家和广大用户所努力追求的目标。 1串联系统可靠性模型的工作原理 如果一个系统中的单元中只要有一个失效该系统就失效，则这种系统成为串联系统。或者说，只有当所有单元都正常工作时，系统才能正常工作的系统称为串联系统。 设系统正常工作时间（寿命）这一随机变量为t，则在串联系统中，要使系统能正常工作运行，就必须要求每一个单元都能正常工作，且要求每一单元的正常工作时间都大于系统正常工作时间t。假设各个单元的失效时间是相互独立的，按照概率的乘法定理和可靠性定

系统可靠性建模与预计

系统可靠性建模与预计某型欠压保护电路的建模

一．课程设计目标 1．复习可靠性建模和预计的理论方法； 2．基本掌握工程实例可靠性建模和预计过程； 3．明白任务可靠性建模与任务之间的相关性； 二．课程设计内容 1.课程设计原理： 某型电源的欠压保护电路 图1 欠压保护电路 电路原理： a.当该型电源电压正常时，系统电源电压信号Vi较高，二极管P2截止，VB > VC，运放Y输出为高电平，晶体管T导通，继电器J吸合，V0为低电平； b.当该型电源电压欠压时，系统电源电压信号Vi较低，相应的二极管P2导通，将B点电位箝位，VB< VC，运放Y输出为低电平，晶体管T截止，继电器J释放，V0为高电平。 该型电源正常时，输出V0为低电平，继电器J吸合； 电源欠压时，输出V0为高电平，继电器J释放，引起整机跳闸。 2.课程设计内容： a.建立欠压保护电路的基本可靠性框图。

b.针对误动故障和拒动故障，任选一种情况作为任务故障进行分析，建立欠压保护电路的任务可靠性框图。 c.预计欠压保护电路的MTBF。 d.根据建立的任务可靠性框图预计欠压保护电路的MTBCF。 条件说明: 以电路图中的元器件作为基本单元（方框）建立基本可靠性框图。 以电路图中的元器件及其特定故障模式作为基本单元（方框）建立任务可靠性框图 三．课程设计 1.建立基本可靠性框图 基本可靠性框图：用以估计产品及其组成单元故障引起的维修及保障要求的可靠性模型。系统中任一单元（包括储备单元）发生故障后，都需要维修或更换，都会产生维修及保障要求，故而也可把它看作度量使用费用的一种模型。基本可靠性模型是一个全串联模型，即使存在冗余单元，也按串联处理。 由此可得欠压保护电路的基本可靠性框图如图所示： 图2 基本可靠性框图 2.建立任务可靠性框图 任务可靠性框图：用以估计产品在执行任务过程中完成规定功能的程度，描述完

收卷机构的设计及关键零件的可靠性分析

第一章国内外织机的发展概况及卷取机构的应用 第一节全球织机发展的几个阶段 织布生产技术有着悠久的历史，其发展过程经历了原始手工织布、手工急切织布、普通机器织造、自动织机织造和无梭织机织造五个阶段！在原始手工织布阶段，人们采用简单的工具，将经、纬纱交织成织物，所采用的工具都由人工直接赋予动作。原始手工织布方法经历了漫长的历史演变后，出现了由原动机件、传动机件和工作机件三个部分组成的手织机，这种手织机为近代的传动机器进行大工业生产创造了条件。 进入18世纪后，织布技术游乐较快的发展，1785年英国人Ｅ．卡特赖特制造出能完成开口、透梭和卷布三个基本动作的动力织机，这是第一台用动力传动的织机，从那时候起织布技术进入了工业化织造时代。 用动力传动的有梭织机可以分为两大类：一类是需要人工补纬的普通织机，另一类是由机构自动完成补纬的自动织机。人们为使普通织机的补纬自动化，经历了一个多世纪的努力，直到1892年，美国人Ｊ．诺斯勒普首先发明了自动换纡，当纬管上的纬纱用完时，通过换纡机构将满纡子换入梭内，同时排出空纬管。而自动换梭的补纬方法是在1926年由日本人韦田佐吉发明的，当自动换梭机纬管上的纬纱用完时，通过换梭机构将装有满纡子的梭子换入梭箱，同时排出纡子已空的梭子，至自动换梭织机问世，织造技术进入了自动织机织造的新时代。 普通织机及其后来的自动织机所采用的引纬原理，在本质上与手工机器织布相同，即都是用传统的梭子作载纬器。但凡采用传统梭子引纬的织机被成为有梭织机。有梭织机的引纬具有三个特征：一是引纬器为体积大、质量大的投射器，二是该投射器内容有纬纱卷装，三是引纬器被反复投射。 有梭织机引纬的特征是梭口尺寸特别大，以避免梭子进出梭口时与经纱产生过分的挤压致使经纱受损。即使在较低的车速和入纬率下，投梭加速过程和制梭减速过程仍然十分激烈，因此，织机的零部件耗损多，机器震动大，噪音高达100-105DB，工人的劳动环境差，劳动强度大。有梭织机的这些缺点限制了车速和入纬率的进一步提高。 从20世纪初开始，人们不再采用笨重梭子引纬的传动原理，提出了由引纬器直接从固定筒子上将纬纱引入梭口的新型引纬原理，并陆续获得成功。但凡采

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【最新整理，下载后即可编辑】 软件可靠性模型综述 可靠性是衡量所有软件系统最重要的特征之一。不可靠的软件会让用户付出更多的时间和金钱, 也会使开发人员名誉扫地。IEEE 把软件可靠性定义为在规定条件下, 在规定时间内, 软件不发生失效的概率。该概率是软件输入和系统输出的函数, 也是软件中存在故障的函数, 输入将确定是否会遇到所存在的故障。 软件可靠性模型，对于软件可靠性的评估起着核心作用，从而对软件质量的保证有着重要的意义。一般说来，一个好的软件可靠性模型可以增加关于开发项目的效率，并对了解软件开发过程提供了一个共同的工作基础，同时也增加了管理的透明度。因此，对于如今发展迅速的软件产业，在开发项目中应用一个好的软件可靠性模型作出必要的预测，花费极少的项目资源产生好的效益，对于企业的发展有一定的意义。 1软件失效过程 1.1软件失效的定义及机理 当软件发生失效时，说明该软件不可靠，发生的失效数越多，发生失效的时间间隔越短，则该软件越不可靠。软件失效的机理如下图所示：

1）软件错误（Software error）：指在开发人员在软件开发过程中出现的失误，疏忽和错误，包括启动错、输入范围错、算法错和边界错等。 2）软件缺陷（Software defect）：指代码中存在能引起软件故障的编码，软件缺陷是静态存在的，只要不修改程序就一直留在程序当中。如不正确的功能需求，遗漏的性能需求等。 3）软件故障（Software fault）：指软件在运行期间发生的一种不可接受的内部状态，是软件缺陷被激活后的动态表现形式。 4）软件失效（Software failure）：指程序的运行偏离了需求，软件执行遇到软件中缺陷可能导致软件的失效。如死机、错误的输出结果、没有在规定的时间内响应等。 从软件可靠性的定义可以知道，软件可靠性是用概率度量的，那么软件失效的发生是一个随机的过程。在使用一个程序时，在其他条件保持一致的前提下，有时候相同的输入数据会得到不同的输出结果。因此，在实际运行软件时，何时遇到程序中的缺陷导致软件失效呈现出随机性和不稳定性。 所有的软件失效都是由于软件中的故障引起的，而软件故障是一种人为的错误，是软件缺陷在不断的测试和使用后才表现出来的，如果这些故障不能得到及时有效的处理，便不可避免的会

软件可靠性模型综述

软件可靠性模型综述 可靠性是衡量所有软件系统最重要的特征之一。不可靠的软件会让用户付出更多的时间和金钱, 也会使开发人员名誉扫地。IEEE 把软件可靠性定义为在规定条件下, 在规定时间, 软件不发生失效的概率。该概率是软件输入和系统输出的函数, 也是软件中存在故障的函数, 输入将确定是否会遇到所存在的故障。 软件可靠性模型，对于软件可靠性的评估起着核心作用，从而对软件质量的保证有着重要的意义。一般说来，一个好的软件可靠性模型可以增加关于开发项目的效率，并对了解软件开发过程提供了一个共同的工作基础，同时也增加了管理的透明度。因此，对于如今发展迅速的软件产业，在开发项目中应用一个好的软件可靠性模型作出必要的预测，花费极少的项目资源产生好的效益，对于企业的发展有一定的意义。 1软件失效过程 1.1软件失效的定义及机理 当软件发生失效时，说明该软件不可靠，发生的失效数越多，发生失效的时间间隔越短，则该软件越不可靠。软件失效的机理如下图所示： 1）软件错误（Software error）：指在开发人员在软件开发过程中出现的失误，疏忽和错误，包括启动错、输入围错、算法错和边界错等。 2）软件缺陷（Software defect）：指代码中存在能引起软件故障的编码，软件缺陷是静态存在的，只要不修改程序就一直留在程序当中。如不正确的功能需求，遗漏的性能需求等。3）软件故障（Software fault）：指软件在运行期间发生的一种不可接受的部状态，是软件缺陷被激活后的动态表现形式。 4）软件失效（Software failure）：指程序的运行偏离了需求，软件执行遇到软件中缺陷可能导致软件的失效。如死机、错误的输出结果、没有在规定的时间响应等。

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

可靠性建模资料整理

软件可靠性建模 1模型概述 1.1软件可靠性的定义 1983年美国IEEE计算机学会对“软件可靠性”作出了明确定义，此后该定义被美国标准化研究所接受为国家标准，1989年我国也接受该定义为国家标准。该定义包括两方面的含义： （1）在规定的条件下，在规定的时间内，软件不引起系统失效的概率； （2）在规定的时间周期内，在所述条件下程序执行所要求的功能的能力； 其中的概率是系统输入和系统使用的函数，也是软件中存在的故障的函数，系统输入将确定是否会遇到已存在的故障（如果故障存在的话）。 软件失效的根本原因在于程序中存在着缺陷和错误，软件失效的产生与软件本身特性、人为因素、软件工程管理都密切相关。影响软件可靠性的主要因素有软件自身特性、人为因素、软件工程管理等，这些因素具体还可分为环境因素、软件是否严密、软件复杂程度、软件是否易于用户理解、软件测试、软件的排错与纠正以及软件可靠性工程技术研究水平与应用能力等诸多方面。 1.2软件可靠性建模思想 建立软件可靠性模型旨在根据软件可靠性相关测试数据，运用统计方法得出软件可靠性的预测值或估计值，下图给出了软件可靠性建模的基本思想。 图软件可靠性建模基本思想

从图中可以看出软件失效总体来说随着故障的检出和排除而逐渐降低，在任意给定的时间，能够观测到软件失效的历史。软件可靠性建模的目标如下：（1）预测软件系统达到预期目标所还需要的资源开销及测试时间；（2）预测测试结束后系统的期望可靠性。 1.3软件可靠性建模基本问题 软件可靠性建模需要考虑以下基本问题： （1）模型建立 模型建立指的是怎样去建立软件可靠性模型。一方面是考虑模型建立的角度，例如从时间域角度、数据域角度、将软件失效时刻作为建模对象，还可以将一定时间内软件故障数作为建模对象；另一方面是考虑运用的数学语言，例如概率语言。 （2）模型比较 在软件可靠性模型分类的基础上，对不同的模型分析比较，并对模型的有效性、适用性、简洁性等进行综合权衡，从而确定出模型的适用范围。 （3）模型应用 软件可靠性模型的应用需要从以下两方面考虑：一是给定了软件的开发计划，如何选择适当的模型；二是给定了软件可靠性模型，如何指导软件可靠性工程实践。 软件系统的失效历史可以通过对测试得到的失效数据分析获得，而实际情况中，人们最为关注的是软件未来的失效趋势。软件可靠性模型基本都是建立在一定的假设基础之上，所以，即使花费了大量的时间和精力对软件的可靠性进行预计，也只是一种预测，这种预测的不确定性是许多未知原因交互作用的结果，根据软件可靠性模型的预测只能以概率形式表示。 1.4软件可靠性模型的特点 （1）与使用的程序设计语言无关。软件可靠性的应用与选用什么程序设计语言来编写软件之间没有什么直接关系。但对于根据同一个规格说明书，不管你用什么程序设计语言软件来编写软件，同一个软件可靠性模型应给出同样的估测结果。 （2）与具体用到的软件开发方法无关。软件开发是一个十分复杂的过程，涉及到许多的人为因素，从而使得对软件的质量难以进行预测。为了保证预测的精度，不妨假设待估测的软件系统是用最坏的软件开发方法开发出来的。 （3）测试方法的选择问题。实际上是无法通过彻底的测试来获得完全可靠的软件，所以不得不采用有限的测试，那么目标就是用最少的测试以求最大限度的软件可靠性。

预测模型可靠性的模糊数学评价方法

收稿日期:2003-11-10 作者简介:许康(1969-),男(汉族),江苏宜兴人,讲师,博士研究生,从事油气储运与热能工程方面的教学与科研工作。 文章编号:1000-5870(2004)04-0102-03 预测模型可靠性的模糊数学评价方法 许 康,张劲军,陈 俊,李鸿英 (石油大学石油天然气工程学院,北京102249) 摘要:预测模型的可靠程度是通过预测结果中分布规律的可信度体现出来的。针对常见的预测模型可靠性评价中存在的问题,将预测模型预测结果的可信概率定义为预测模型的可靠度,提出了一种评价预测模型的新方法。在新方法中,运用模糊数学理论对预测结果的可信程度进行了评价,建立了预测结果可信度与预测结果相对误差绝对值之间的隶属函数关系,并将模糊数学与可靠性理论相结合,给出了求解预测模型可靠度的计算公式。以含蜡原油粘温关系模型为例,对新方法的评价过程进行了验证。结果表明,对同一种油样采用不同的隶属函数,或对不同油样采用同一个隶属函数,所得预测模型的可靠度均不相同,这说明该方法具有通用性。关键词:含蜡原油;粘温关系;预测模型;可靠度;评价方法;模糊数学;隶属函数中图分类号:O 159 文献标识码:A A new assessment method for reliability of prediction model with fuzzy mathematics XU Kang,ZHANG Jin -jun,CH EN Jun,LI Hong -ying (College of Petr oleum Engineer ing in the University of Petroleum ,China,Beij ing 102249,China) Abstract :T he distribution of the authentic forecast results can embo dy the fiduciar y level o f the prediction model.T he probability o f the authentic for ecast results obtained by t he prediction model w as defined as the fiduciary lev el o f prediction model.A new method for assessment of t he fiduciary level of prediction model was proposed.In or der to assess the fiduciary lev el of the for ecast results,a membership function for describing the relationship betw een the fiduciary lev el and absolute value of relative err or of fo recast results was established on the theory of fuzzy mathematics.By using the fuzzy mat hemat ics and reliabilit y theory ,the formula to calculate the fiduciary level of the pr edict ion model w as provided.A prediction model for waxy o il viscosity was taken as an ex ample to prove the applicability of the assessment method.T he r esults show that the fiduciary levels of prediction model are different fo r the same o il sample with the different membership function or for the different oil sample with the same membership function. Key w ords :w ax y oil;viscosity -temperature r elationship;prediction model;reliabilit y;assessment method;fuzzy mathe -matics;membership function 我国生产的原油80%以上属于含蜡原油,其组成复杂,粘度及粘温关系的变化规律往往不能用纯液体的粘度模型进行描述。原油粘度及粘温关系 直接影响其管道输送的摩阻,是管输工艺设计及运行管理所需的重要基础数据。国内外研究者提出了若干含蜡油粘度模型,这些模型都是基于实验数据统计分析得出的经验模型,对于预测模型预测结果的可靠程度,常见的方法是用大量的预测结果与实测值之间的(绝对或相对)误差的平均值和其中最大 值来说明。但是预测结果是否 准确可信 是一个很模糊的概念,预测结果的 准确可信 与 不可信 之间没有一个明显的界限,对预测结果可信程度的评 价用常规的数学方法不能解决,需要引入模糊数学的理论。对于使用预测模型进行预测时获得可信的预测结果的概率(可靠度),用常用的预测模型的评价方法是无法得出的。因此,笔者根据模糊数学和可靠性理论提出一种评价预测模型可靠性的新方法,介绍新方法的评价过程。 2004年 第28卷 石油大学学报(自然科学版) Vol.28 No.4 第4期 Journal of the U niversity of Petroleum,China Aug.2004

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

可靠性增长模型

可靠性增长模型 1、Duane 模型 适用范围：各类产品的可靠性研制试验，老练、筛选、磨合试验及使用试验等的可靠性数据。应用时需通过拟合优度检验。 原始数据： 1）投试台数k ； 2）与累积试验时间t i 相应的累积故障次数N i ，i=1,2,…，n(n ≥3)。 （n 实际为观察次数） 模型的数学表式：N i ≈at i b ，i=1,2,…，n 增长率m=1-b 拟合优度检验：如果∣^ ρ∣≥αρ，则接受模型；否则拒绝。 αρ为临界值，α为显著性水平（α≤0.02），可查表。 有关公式（最小二乘估计,LSE ）： 拟合优度检验参数：yy xx xy l l l /^ =ρ 模型参数：xx xy l l b /^ = )}ln ln (1exp{111^^∑∑==-=n i n i i i t b N n k a ^ ^ 1b m -=

计算参数：n t t l n i n i i i xx /)ln ()(ln 121 2 ∑∑==-= n N N l n i n i i i yy /)ln ()(ln 121 2 ∑∑==-= n N t N t l n i i n i n i i i i xy /)ln ()ln (ln ln 1 1 1 ∑∑∑===-= 当前的MTBF M(T)：^ ^^/)(^ b a T T M m = 实例：某型电视机做40℃整机老练，投试11230台，每隔2小时进行一次观察，累计7次观察故障数据如下表： k=11230 n=7 注：N i 为累积故障数 解：计算：l xy =1.260885 l xx =2.813848 l yy =0.568647 检验：^ ρ=0.9968>ρ0.001 =0.9507，符合Duane 模型 则：^ b =0.44810 ^a =0.0054614 ^m =0.5519 =)(^n t M 1753 h

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/4c14296737.html,

《可靠性分析修改》Word文档

螺旋桨变距机构的可靠性分析 1 结构可靠度 1．1结构可靠度的概念 结构的可靠性是指结构安全性、实用性和耐久性的总称。结构可靠度则是用来度量结构可靠性的数值的。结构可靠度是结构可完成“预定功能”的概率度量，它是建立在统计数学的基础上经计算分析确定的，并且给结构的可靠性一个定量的描述。因此，结构的可靠度比安全度具有更广泛的内涵和外延。 在结构设计中，传统的原则是用抗力的均值R和荷载效应的均值S进行比较的，当R大于S时，安全系数大于1.0，说明结构可靠。但由于抗力、荷载效应、结构尺寸等都是一些随机变量函数，所以，存在着抗力R小于荷载效应S的可能性。这种可能性即可用结构可靠度来表示。 结构可靠度的定义是:结构在规定时间和规定条件下，完成规定功能的概率，以Pr表示。这里所说的“规定时间”是指对结构进行可靠度分析时，结合结构的使用期，考虑各种基本变量的与时间关系所取用的基准时间;“规定条件”是指结构不考虑人为过失影响的正常设计、正常施工和正常使用的条件;“预定功能”一般包括以下四个方面：①在正常施工和使用时，结构能承受可能出现的各种作用。②在正常使用时，结构具有良好的工作性能。③在正常维护下，结构具有足够的耐久性。④在设计规定的偶然事件发生时和发生后，结构能够必须保持整体稳定性。 工程结构设计中，采用概率意义上的可靠度，不仅是工程设计方法的改进，更是工程设计理念的升华。 1．2结构可靠度与失效概率 结构完成预定功能的概率称为可靠概率，或可靠度(Pr);反之，结构不能完成预定功能的概率，称之为失效概率，用P f 表示。 设与结构可靠性分析有关的一组随机变量为X。X包括结构的几何尺寸、材料的强度及荷载效应等，即 X=[X 1，X 2 ，……X N ] 其中X i ( i =1,2, …… n)是第 i 个随机变量。

机构卡滞与定位可靠性分析

第２４卷２００５年第９期 ９月 机械科学与技术 ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｖ０１．２４Ｎｏ．９ Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ ２００５ 冯蕴雯文章编号：１００３—８７２８（２００５）０９—１０４５旬４ 机构卡滞与定位可靠性分析 冯蕴雯，薛小锋，宋笔锋，冯元生 （西北工业大学飞行器设计研究所，西安７１００７２） 摘要：通过机构典型故障的统计分析展示了机构卡滞与定位可靠性分析的重大意义，阐明了如何从总的分析过渡到具体的卡滞、定位可靠性分析。提出了粘着磨损卡滞、变形过大卡滞等６种类型的机构卡滞可靠性分析方法及错位、运动传输中断等４种类型的机构定位可靠性分析方法。文中附有算例阐明所提出的方法。 关键词：机构；卡滞；定位；可靠性 中图分类号：ＴＢｌｌ４．３文献标识码：Ａ ＲｅｌｉａｂｍｔｙＡｎａＩｙｓｉｓｆｏｒＭｅｃｈａｎｉｓｍｗｉｔｈＩ’ａｉｌｕｒｅＭｏｄｅｓ ｏｆＳｅｉｚｕｒｅａｎｄＦａｓｔｅｎｉｎｇＰｏｓｉｔｉｏｎ ＦＥＮＧＹｕｎ－ｗｅｎ，ＸＵＥＸｉａｏ－ｆｂｎｇ，ＳＯＮＧＢｉ－ｆｂｎｇ，ＦＥＮＧＹｕａｎ－ｓｈｅｎｇ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＡｉｒｃｒａｆｔＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｏｒｔｈｗｅ８ｔｅｍＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ｘｉ’ａｎ７ｌ００７２） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｒｅａｓｏｎｓｂｏｔｈｆｏｒａｉｒｃｒａｆｔｌａｎｄｉｎｇｇｅａｒｓｌｏｗｉｎｇａｎｄｒａｉｓｉｎｇａｎｄｆｏｒｅｍｅｒｇｅｎｃｙｌｉｆｅｓａｙｉｎｇｄｅｖｉｃｅｓ，ｉｔｉｓｄｉｓｃｏＶｅｒｅｄｔｈａｔｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｓｉｎｆ８ｓｔｅｎｉｎｇｐｏｓｉｔｉｏｎ８ｎｄｓｅｉｚｕｒｅａｐｐｅａｒｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙａｍｏｎｇｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｓｆｏｒｏｐｅｒａｔｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｗｅｓｈｏｕｌｄｐａｙｍｏｒｅａｔｔｅｎｔｉｏｎｔｏｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｓｏｆｆａｓｔｅｎｉｎｇｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｓｅｉｚｕｒｅ．Ｄｕｅｔｏｔｈｅｌａｃｋｏｆｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｒｅ—ｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｉｎｔｈｉｓ６ｅｌｄ，ａｖａｒｉｅｔｙｏｆｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｍｅｃｈａｎｉｓｍｗｉｔｈｆａ订ｕｒｅｍｏｄｅｓｏｆｆａｓｔｅｎｉｎｇｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄｓｅｉｚｕｒｅａｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｆｏｒｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇｔｈｅｆｏ瑚ｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆ８ｕｌｔｔｒｅｅａｎａｌ—ｙｓｉｓｗｉｔｈｔｈａｔｏｆｔｈｅｓｉｎｇｌｅｍｏｄｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｆｏｒｍｅｃｈａｎｉｓｍｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｉｓａｌｓｏｉｌｌａｕｓｔｒａｔｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ；Ｓｅｉｚｕｒｅ；Ｆａｓｔｅｎｉｎｇｐｏｓｉｔｉｏｎ；Ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ 机构与结构相比，由于近年来结构设计技术日益提高、成熟，结构的失效数目在结构、机构总失效比例中已成缓慢下降趋势，相反机构失效数目则呈日益增长趋势；因而近年来军方、技术界已有了一个相当统一的认识，即需要重点解决机构失效问题。而在机构的失效类别中，尤以机构的卡滞失效和机构定位失效最为严重。机构卡滞失效指机构该动时出现了卡滞使其不能动或动得过慢，机构定位失效指机构该动时动不了或该定时定不了。 根据文献［１］对航空机构典型故障失效原因的统计分析，发现在所收集的１１５个典型机构故障中，卡滞失效３６个，占３１％，定位失效２０个，占１７％，这两类失效合计占４８％。此外，航天上帆板机构和兵器上的炮弹输送机构也多次出现机构卡滞和定位故障。至于民用产品方面机构 收稿日期：２００４一１０—２３ 基金项目：国家自然科学基金项目（１０３７２０８２），航空科学基金项目（０３８５３００８）及西北工业大学英才培养基金项目资助 作者简介：冯蕴雯（１９６８一），女（汉）。江苏。副教授，博士先于结构损坏也是很常见的。 目前国内外机构可靠性方面的研究大多集中在机构磨损可靠性及机构运动精度可靠性∞“１上。在机构卡滞与定位失效可靠性方面，Ｍｉｓａｗａ的文献［７］、Ｍａｎｉｎ的文献［８］及北京航空航天大学张建国等的文献［９］均侧重于研究机构是否有足够的动力源，讨论的是机构能量方面的运动功能可靠性，而实际上机构卡滞、定位失效可由多种失效模式引起。文献［１０，１１］虽然对机构卡滞可靠性进行了研究，但局限于机构的失效模式为运动副轴线的偏离及滑动副间隙、铰链间隙引起的机构卡滞，缺乏全面、系统的针对机构卡滞、定位失效的可靠性分析方法。本文作者在实际经验的积累及高度故障分析能力的基础上，运用可靠性基本理论、力学、机械设计知识，提出了机构粘着磨损卡滞、变形过大卡滞等６种类型的机构卡滞可靠性分析方法及错位、运动传输中断等４种类型的机构定位可靠性分析方法，这些计算方法对解决机构系统中极大部分机构卡滞 与定位失效问题能起到较好的推动作用。　万方数据