复杂系统可靠性模型建设基于网络常见故障原因

文摘

系统可靠性的一种新的施工方法本文提出了基于网络和相关故障。以组件单元为节点和节点之间的交互关系为线,一个新的定向网络可靠性模型与特定的网络拓扑特征了。它可以显示复杂的拓扑关系,交互机制,和失败的传导机制影响机械集成和电子集成系统组件之间的关系。与传统的研究方法相比,相关的故障被认为是在这个过程中。通过应用的高速列车转向架系统的故障数据,结果表明,一个新的网络可靠性模型,考虑相关故障可以由本文提出的方法,可以更准确的结果,特别是对于复杂的机电一体化系统。

1。介绍

可靠性研究最初是由电子元器件的可靠性分析在第二次世界大战。从1960年代开始,可靠性研究逐渐从单一的电子元件可靠性分析扩大到一般系统的可靠性(1- - - - - -3]。作为一种特殊的系统,最早的关于网络系统的可靠性的研究集中在通信网络领域。1990年代后,随着人类社会网络的过程中,网络系统的可靠性已成为一个热点研究领域,其研究对象扩展从电力网络的通信网络,交通网络、物流网络等(4- - - - - -6]。

高速列车系统的机制非常复杂,以及组件之间的耦合特性是强大的。组件之间的关系角色包括力学效应、电效应,和信息的影响。此外,系统元素之间的敏感性是高度。任何小变化可能导致整个系统的安全行为迅速恶化。然而,传统的分析方法的可靠性,如故障树分析(7),因果关系的图表(8),可靠性框图(9,马尔可夫过程10),佩特里网络(11),通常认为系统的组件是独立的失败率是指数分布的,并没有考虑组件之间的关系。然而,“相关性”是一种常见的机械系统故障的特点。如果系统失效相关性被忽视和假设系统故障的各种组件是独立的,大的错误,甚至错误的结论将达到在系统可靠性分析和计算的过程中12- - - - - -15]。

单个组件高速列车系统故障可能会导致另一个或多个系统组件失败,这可能是由于空间,环境,设计,或人为因素,这可以称为失败有关。它可分为两种类型,一是由外部因素引起的,如闪电导致电子设备故障,另一个是由一个单一的共享组件失败,本文主要研究,总称为常见失败原因(CCF)。

新施工方法的系统可靠性提出了本文基于网络常见故障原因。它可以显示复杂的拓扑关系,交互机制,和失败的传导机制影响机械集成和电子集成系统组件之间的关系。它还提供了一个常见故障原因复杂系统可靠性模型为研究基础的安全评估和分析。

2。常见故障原因的概述

常见故障原因(CCF)事件在高速列车系统是同步的结果失败的两个或两个以上的单个组件由于一个共享的事业。例如,马车轮失败可能导致其他组件的高速列车。

α因子模型估计CCF频率从一组失败的比率和总组件失败率。模型的参数如下: :每个组件的总失效概率事件(包括独立和常见原因); :分数的失败的总概率的事件发生在系统涉及的失败组件的系统组件由于常见的原因。

CCF的基本方程对任何事件的组件失败交错的测试是由Wierman et al。16]: 在哪里的比例是,只CCF失败总在一个系统的组件,是总组件组件组的数量,是许多组件故障的失效标准组件组是随机失效概率(总),失败的概率和更大的比由于CCF组件。

定义个人失败事件,,,多个组件同时失败事件,。

3所示。系统可靠性模型的施工方法

3.1。研究假设

本研究涉及以下假设:(1)系统的拓扑结构总是不变;(2)排除nonsystem组件的影响;(3)组件的故障率是指数分布;(4)子系统或系统故障修复后立即修复,一生的分布是一样的原始;(5)有两种状态的组件、子系统或系统:正常和故障和失败是不可重复的元素。

3.2。正式的表达系统的连接

在复杂的机电系统中,组件之间的拓扑关系和互动机制可以显示组件之间的连接类型和影响方向。这样,相关属性的形式化表达系统的关键组件对应的网络和一个清晰的表达就可以形成网络的拓扑和嵌入的组件属性。

(1)组件之间的连接类型。有三个类别的组件之间的连接类型。具体关系如下。

(我)机械连接。机械设备连接元素可以使用机械紧固件连接的系统。这个连接可以分为可拆卸连接和永久连接。可拆卸的连接包括螺栓连接,螺栓连接,螺杆连接,螺丝紧固,针连接。永久连接包括铆接、焊接和焊接。

(2)电连接。电气连接都是内部的不同导体之间的连接类型的产品。电气设备主要包括发电机、变压器、母线、断路器、隔离器、线,和传感器。

(3)信息链接。信息链接是指将命令或状态信息从一个组件到另一个组件通过传输媒介。传播媒体可以分为有线和无线媒体。信息连接包括信息发送和接收的信息。

(2)影响方向。组件的影响方向表达如下。

(我)单向因果关系。系统组件之间的关系创建单向因果关系。例如,如果组件和组件之间的关系是单向的因果关系,那么组件的状态变化会直接导致组件B的状态变化,但状态的组件B不能影响组件的状态,它是由一个单向箭头表示。

(2)相互因果关系。系统组件之间的关系产生了相互的因果关系。例如,如果组件和组件之间的关系是相互的因果关系,那么组件的状态变化会直接导致组件B的状态变化,以及组件B的状态影响组件的状态,它是由一个双箭头表示。

根据组件之间的连接类型和方向的影响,系统的连接的正式表达可以见表1。

3.3。建设网络模型的可靠性

(1)模型子系统的建设。子系统由一系列组件,无法细分。以组件为节点,以组件之间的关系的角色为边缘,加权网络模型,具有网络拓扑的一些特点:。解释如下: :节点的集合,; :边的集合,; :节点的可靠性,,这意味着组件的可靠性在子系统当时间是。

(2)建设为复杂系统的模型。该系统由一系列的子系统。以子系统为节点的角色和子系统之间的关系作为边,加权网络模型,具有网络拓扑的一些特点:。解释如下: :节点的集合,; :边的集合,; :节点的可靠性,,。其中,签署作为子系统,如图1。

4所示。应用和验证

4.1。示例概述

高速列车转向架系统为工程背景,这是一个典型的高科技集成系统。如表所示2,它可分为框架子系统,轮对的子系统,轴盒装置子系统,第一个悬挂装置子系统,二次悬浮装置子系统,牵引驱动子系统、制动设备子系统,胎面表面清洗设备子系统,等等。

4.2。模型建设

基于本文提出的建模方法,高速列车转向架系统的可靠性模型构建基于网络常见故障原因,如图2。

4.3。基于提出的模型的可靠性评估

(1)统计失败的常见原因。209块高速列车故障数据记录期间从2009年4月到2011年4月,206块是完整的数据和三条错误的数据是由低级错误引起的。随着形势不能恢复,三条错误数据只能放弃了。常见故障原因的统计数据,分析高速列车转向架系统如表所示3。

(2)可靠性试验和评估。单个组件的可靠性和常见故障原因可以通过可靠性实验室实验四十组件表2。可靠性可以计算如下: 在哪里故障率,是失败的数量在统计时间,是时间的统计。

因为组件的可靠性程度指数分布的特点在高速列车转向架系统,组件的可靠性可以根据计算失效率的时候:

四十个人的实验室实验组件可以完成类似工作时间时统计的例子。基于上述方法,可以获得单个组件的可靠性和标记为。

同样的,当组件与常见故障原因之间的关系是相互关联的,十一组表的可靠性3已被证明是失败的常见原因也可以通过实验室测试实验。根据测试结果,为每个组件对应的可靠性可以纠正和标记为的影响,认为失败的常见原因。

4.4。验证

为了验证的实际结果建设和相应的评价方法,实用可靠的结果为每个组件获得的现场试验从2009年4月到2011年4月与两种情况比较表4。

如表所示4校正后,失败的常见原因,每个组件的可靠性更接近实际现场测试获得的可靠性与单个组件的可靠性。这条规则是粗体的数据在表中更明显4。本文提出的施工方法的有效性验证。

5。结论

本文提出了一种新的方法来建立系统的可靠性模型基于网络常见故障原因,显示出明显的优势与单个组件的可靠性。主要结论包括以下。(1)以组件单元为节点和节点之间的交互关系为线,一个新的定向网络可靠性模型与特定的网络拓扑特征了。它可以显示复杂的拓扑关系,交互机制,和失败的传导机制影响机械集成和电子集成系统组件之间的关系。(2)以高速列车转向架系统为工程背景,可靠性模型考虑失败的常见原因是构造基于本文提出的方法。应用程序和验证之后,它显示更准确的实际情况和本文提出的方法的有效性验证。(3)常见故障原因网络可靠性模型的高速列车也可以以同样的方式建造的。随后的研究可以集中在基于这些可靠性模型分析和安全评估,提供一种新的方式来研究高速列车系统安全问题和其他复杂的系统。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者欣然承认金融支持中国国家科学项目支持计划(2011 bag01802),轨道交通控制与安全国家重点实验室(RCS2014ZT23)和CRH3高速列车故障数据研究(I11L00060)。

引用

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