复杂多状态系统可靠性评估方法研究

发布时间：2018-10-08 12:20

【摘要】：传统的可靠性分析理论及方法是基于两种状态：“彻底失效”和“完全正常”。然而,随着科技的进步和对失效规律研究的不断深入,人们发现系统及其组件在寿命周期内呈现出了除上述两种状态之外的一些中间状态,即具有多状态的特征。这就迫使人们开展对多状态系统及组件的可靠性分析理论及方法的研究,以更加符合可靠性工程中的现实需求。随着现代工业系统结构的日渐复杂和功能的逐步完备,基于多状态的可靠性分析理论及方法成为研究的热点。相关的研究涉及多个方面,如可靠性的分析、维修策略的制定、可靠性的优化等。本论文将针对在多状态系统可靠性工程中亟待解决的难题和挑战,结合相关理论和技术研究多状态系统可靠性的评估方法,为准确掌握系统的运行规律提供依据。根据不同系统的特点,主要的研究内容及创新性成果如下所述：1、为解决在评估单调关联复杂多状态系统可靠性时求解结构函数困难的问题,在传统二态系统可靠性理论的基础上,提出了一种确定多状态系统状态概率分布的模拟算法。根据系统的最小路集或最小割集,而不用计算系统的结构函数,即可实现系统可靠性的评估。以多状态组件为基础,结合Markov随机过程,确定了三种指标的计算方法：组件直到时刻T才失效的概率、组件在时刻T或之前失效的概率、组件在指定时刻转移到指定状态的概率。这为在不同时刻评估系统可靠性奠定基础。实例分析验证了该模拟方法及指标的有效性。2、建立了一个包含多因素的多状态降级系统可靠性分析模型。该模型包含因偶然原因而引发的Poisson失效状态,通过维修可使得系统恢复到失效之前的状态。由于客户需求水平的存在,则系统的状态应当不低于某一指定的状态。该模型可以据此对模型进行灵活配置,对无关状态进行合并以简化模型的求解。为了维持系统运行在适当的状态,当系统状态水平低于指定的状态水平时可采取预防维修措施,使得系统状态得以恢复。根据该模型可以确定存在各种因素时系统的可靠性指标,算例分析表明了模型的有效性。3、针对直接对系统进行建模会导致系统状态空间数目过多而变得不可行,提出了一种基于组件多状态随机模型和通用生成函数(UGF)技术相结合的系统可靠性评估方法。对具有较小失效和较小维修的组件建立Markov随机模型,确立组件的表达式。根据系统的物理结构选择组件之间的组合算子,进而确定系统的UGF表达式。根据系统的UGF,实现系统相关的可靠性指标的评估。算例分析表明了该方法的有效性,并可以根据系统规模实现精确计算与近似计算。4、针对具有共因失效的多状态串并联系统,提出了一种基于通用生成函数的系统可靠性评估方法。这里的共因失效由特定的组件引起,被影响的组件之间可以相互独立也可以部分重叠。将共因失效包含在组件的通用生成函数表达式中,根据各个引起共因失效的组件的组合,利用全概率定理计算系统的可靠性指标。对于一些重要的组件可以设置保护措施,以降低其失效的概率。之后,可以重新评估系统的可靠性指标。在成本有限的前提下,消除哪个组件所引发的共因失效可以最大程度地提高系统可靠性,即组件的灵敏性将被进一步确定。算例分析表明了方法的有效性。5、建立了一套电站DCS系统可靠性评价平台,为电厂在不同DCS类型之间的选型比较提供依据。根据部分可靠性理论研究成果,对整个DCS系统及其子系统分别建模,为可靠性指标计算奠定基础。确立了系统安全运行的三级风险清单,并建立了故障数据的更新算法。平台的试验运行,表明了平台的有效性和正确性,具有推广应用价值。
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【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB114.3

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本文编号：2256727