úvod
Hydraulický systém má výhody veľkého výkonu, malých rozmerov, nízkej hmotnosti, rýchlej odozvy, vysokej presnosti a tuhosti proti zaťaženiu. Často je jadrom riadenia a prenosu energie vo všetkých druhoch zariadení a systémov. Hydraulický systém má vysokú poruchovosť. Ak sa s poruchami nebude pracovať včas, ovplyvní to výrobu, čo povedie k väčším ekonomickým stratám. Štúdium jeho efektívnych analýz spoľahlivosti a metód diagnostiky porúch je preto často kľúčom k dokonalosti v priemyselných technológiách [1].
Metódou analýzy stromov chýb (FTA) je stanovenie vzťahu medzi týmito udalosťami na základe vzťahu medzi priamymi a nepriamymi príčinami zlyhania a zlyhania systému a určenie príčiny zlyhania systému. Existuje niekoľko možných kombinácií na odhadovanie výskytu. udalostí systému a dôležitosť spodnej udalosti analytickej metódy.
Na začiatku 60. rokov Bell Labs najskôr pomocou metódy FTA predpovedali náhodné zlyhanie riadiaceho systému odpaľovania rakiet milície. Od tej doby vyvinul americký Boeing počítačový program FTA pre vylepšenia konštrukcie lietadiel. Na začiatku 70. rokov Massachusettský technologický inštitút (MIT) uskutočnil analýzu jadrovej bezpečnosti pomocou FTA a analýzy stromov udalostí a dospel k záveru, že jadrová energia je veľmi bezpečný zdroj energie. Zverejnenie tejto správy vyvolalo veľké následky v rôznych oblastiach a podporilo metódu analýzy stromov porúch od kozmického a jadrového priemyslu až po priemyselné odvetvia elektroniky, chemického priemyslu a strojov [2].
V súčasnosti sa metóda DVO uplatňuje vo všetkých oblastiach národného hospodárstva, hrá dôležitú úlohu pri zlepšovaní spoľahlivosti a bezpečnosti systému a má široké spektrum vyhliadok na rozvoj [3]. FTA sa stala jednou z účinných metód spoľahlivosti, predpovede a analýzy bezpečnosti, analýzy porúch a diagnostiky hydraulického systému.
1 tradičná dohoda o voľnom obchode
1.1 základné charakteristiky
Na základe booleovskej algebry a teórie pravdepodobnosti používa FTA" udalosti" reprezentovať pravdepodobnosť porúch a&"; logické hradlá GG"; popísať vzťahy medzi poruchami komponentov. Udalosť je popisom stavu systému a jeho komponentov. Bežne používané logické brány a AND, OR, hlasovacie dvere, zakázané dvere a brány XOR.
Metóda FTA musí vyriešiť minimálne zníženie stanovené v kvalitatívnej a kvantitatívnej analýze. Podľa kombinácie logických brán v strome systémových porúch sa vypíše funkcia štruktúry a pravdepodobnosť výskytu vrcholovej udalosti sa počíta disjunktným spracovaním, aby sa mohol ďalej vypočítať význam každej udalosti.
Súbory rezov (cestné súpravy) sú kolekciou niektorých spodných udalostí v strome porúch. Najvýznamnejšie udalosti sa musia vyskytnúť (nevyskytovať), keď sa tieto spodné udalosti vyskytnú súčasne (nevyskytujú sa). Ak je sada výrezov (súprava ciest) obsiahnutá v udalosti dole ľubovoľne odstránená zo súpravy výrezov (súprava ciest), je takáto súprava výrezov (súprava ciest) minimálnou súpravou výrezov (minimálna súprava vozoviek).
Štruktúrna funkcia je boolovská funkcia, ktorá predstavuje stav systému. Ak je stav top udalosti systému pomocou stavových premenných, funkcia štruktúry je funkciou konca premenných stavu udalosti. Všeobecne platí, že keď je uvedený poruchový strom, je možné štruktúru funkcie zapísať priamo podľa poruchového stromu. Výraz je však komplikovaný a zdĺhavý. Preto je v skutočnom výpočte štruktúrna funkcia vyjadrená minimálnou sadou rezov alebo minimálnou sadou dráh.
1,2 FTA v hydraulickom systéme
Väčšina hydraulických systémov sa dá kategorizovať ako tandemové systémy. Poruchové stromy sa často skladajú z brán OR. Výskyt jednej udalosti vedie spravidla k udalosti najvyššej [4]. Skutočný systém však nemôže jednoducho začať od zlepšenia spoľahlivosti každej hydraulickej súčasti, čo bude mať za následok stratu času a zdrojov. Slabé články hydraulického systému majú významný vplyv na spoľahlivosť systému. Spoľahlivosť systému závisí od toho, či je presne predpovedané umiestnenie slabých článkov a miera vplyvu. Metóda FTA môže pomôcť zistiť režimy zlyhania systému a slabé stránky systému. Poskytuje sa kvalitatívna a kvantitatívna analýza a výpočet pravdepodobnosti poruchy systému a ďalších indexov spoľahlivosti, ktoré slúžia ako základ pre zlepšenie a vyhodnotenie spoľahlivosti hydraulického systému [5].
Napríklad niektoré príznaky poruchy a zdroje poruchy nie sú vzájomnou korešpondenciou, často s fenoménom rozvratu a prekrývania, a diagnostika poruchy je zložitejšia. Metóda FTA identifikuje všetky režimy porúch vrcholovej udalosti hľadaním príčiny vrcholovej udalosti a kombinácie príčin, ktoré môžu pomôcť pri identifikácii potenciálnych porúch v hydraulickom systéme s cieľom usmerniť diagnostiku porúch a vylepšiť návrh a údržbu. riešenie [6].
Tradičná metóda FTA má nasledujúce nedostatky: Po prvé, pri analýze spoľahlivosti systému sa tradičná metóda FTA domnieva, že časť má iba dva funkčné alebo zlyhávajúce stavy, a nemôže tak urobiť presné hodnotenie spoľahlivosti systému. Po druhé, tradičná metóda FTA používa Na základe booleovskej algebry je potrebné presne poznať vzťah medzi pravdepodobnosťou zlyhania časti a udalosťou poruchy a hodnota pravdepodobnosti časti vyžaduje veľa štatistických údajov na získanie pravdepodobnosti. hodnotu. Nejednoznačnosť prostredia a nepresnosť údajov ovplyvní pravdepodobnosť výskytu častí a pravdepodobnosť výskytu častí sa bude považovať za presnú hodnotu, čo prináša veľkú chybu v kvantitatívnom výpočte stromu porúch. Nakoniec, keď je strom porúch zjednodušený, existuje veľké množstvo nepretínajúcich sa procesov, výpočet je veľmi obrovský a niekedy je ťažké získať minimálnu množinu rezov stromu porúch.
2 Fuzzy FTA
Hydraulický systém je zložitý nelineárny systém mechanického, elektrického a kvapalinového spojenia. Formy zlyhania a mechanizmy zlyhania sú zložité a rôznorodé. Je ťažké presne určiť príčinu poruchy a stupeň poruchy [7]. Aplikácia teórie fuzzy množín na hydraulický systém FTA nielenže odráža samotnú nejasnosť pravdepodobnosti, ale umožňuje aj priradenie pravdepodobnosti k určitému stupňu chyby, ale tiež je možné scénu a experimentálne údaje so skúsenosťami technikov a technikov v kombinácii môžete Lepšie vyriešiť nejednoznačnosť a neistotu pravdepodobnosti poruchy, znížiť obtiažnosť získania presnej hodnoty pravdepodobnosti poruchy a má väčšiu flexibilitu a prispôsobivosť.
Metóda fuzzy FTA zakrýva pravdepodobnosť výskytu základných udalostí v strome porúch, prijíma fuzzy čísla na nahradenie presných hodnôt pravdepodobnosti a stále používa brány AND a OR brány tradičného stromu porúch, ale namiesto fuzzy operátora zavádza operátor fuzzy. tradičná logická operácia, nastavte fuzzy pravdepodobnosť výskytu vrcholnej udalosti a jej rozdelenie príslušnej funkcie a kvantitatívnu analýzu výpočtom stupňa fuzzy dôležitosti.
Fuzzy čísla sú neistoty spôsobené koncepčnou neostrosťou alebo vplyvom rôznych fuzzy faktorov. Fuzzy čísla popisujú hodnoty pravdepodobnosti a zdôrazňujú subjektívnu úlohu ľudí v ZVO. Existuje veľa foriem fuzzy čísel, napríklad trojuholníkové fuzzy čísla, lichobežníkové fuzzy čísla, LR fuzzy čísla, normálne fuzzy čísla, intervalové fuzzy čísla a jazykové hodnoty [8]. V hydraulickom systéme inžinierskej praxi, keď veľké množstvo štatistických údajov, môžete určiť presnú pravdepodobnosť výskytu pravdepodobnosti spodnej udalosti; keď nedostatok štatistických údajov, podľa skutočnej situácie rôznymi fuzzy číslami a jazykovými hodnotami reprezentovať a kombinovať Expertný prieskum na posúdenie pravdepodobnosti výskytu konca incidentu [9]. Aby sa uľahčila dohoda o voľnom obchode, mali by sa normalizovať rôzne formy pravdepodobnosti výskytu udalosti pri konci. Pretože lichobežníkové fuzzy číslo je členskou funkciou lineárneho rozdelenia po častiach, je algebraická operácia pomerne jednoduchá. Je intuitívne a ľahké prevádzať iné formy fuzzy čísel na lichobežníkové fuzzy čísla [10].
Proces použitia princípu rozšírenia na určenie funkcie príslušnosti k fuzzy pravdepodobnosti top udalosti je v skutočnosti problémom matematického programovania, ktorý sa často stretáva s rôznymi fuzzy operáciami, ako sú napríklad štyri aritmetické čísla fuzzy čísel. Pre komplexné systémy je dimenzia štruktúrnej funkcie veľmi vysoká, optimálne riešenie problému s programovaním sa všeobecne stretáva s matematickými problémami. Potom bude produkovať fuzzy výpočet výsledky sú dôveryhodné a dôveryhodný stupeň, ktorý je&"; difúzny GG"; a rôzne typy výpočtu členenia pomocou fuzzy pravdepodobnosti a podobne. Z tohto dôvodu [11] prijali metódu založenú na fuzzy operátore konvolúcie, ktorá viedla k postupnému zániku okrajovej príslušnosti k výstupnému fuzzy číslu. Zanedbaním nepravdepodobných prvkov na okraji by sa mohlo rozšírenie množiny konečných vetiev účinne kompenzovať, to znamená, že&"; zužuje sa. S cieľom vyriešiť problém spojenia rôznych typov fuzzy pravdepodobností, ref. [12] prijali metódu rozdelenia stupňa členstva cieľovej domény po cieľovej doméne a potom zvážili priesečník rozšíreným princípom a fuzzy operátorom. V [13] je prijatá operácia intervalu pre každú hranicu λ fuzzy čísel ekvivalentnú rozšírenému princípu. Získaním rôznych hodnôt λ možno získať interval pravdepodobnosti zlyhania systému pri rôznych úrovniach spoľahlivosti.
Kvôli tradičným logickým hradlám musí byť vyššie uvedená fuzzy metóda FTA stále potrebné zistiť mechanizmus porúch a nájsť spojenie udalosti. V praxi sú mechanizmy zlyhania a súvislosti udalostí často neisté. Rôzny stupeň zlyhania navyše prinesie rôzne následky, tradičná fuzzy dohoda o voľnom obchode nedokáže opísať vplyv stupňa zlyhania na systém. Za účelom riešenia týchto problémov literatúra [14] predstavila fuzzy model TS do FTA, popísala pravdepodobnosť poruchy komponentov ako fuzzy pravdepodobnosť, popísala vzťah medzi udalosťami ako TS gate a popísala mieru poruchy ako fuzzy číslo podľa časti Možnosť hmlistého fuzzy a stupňa zlyhania Vypočítajte fuzzy pravdepodobnosť nadradenej udalosti. Literatúra [15] aplikovala túto fuzzy metódu FTA na hydraulický systém a dosiahla dobré výsledky.
3 Analýza dôležitosti
Dôležitosť je dôležitý index pre kvantitatívnu analýzu stromu porúch. Môže byť použitý nielen na analýzu spoľahlivosti systému, ale môže byť tiež použitý v návrhu optimalizácie systému a navádzacieho systému pre údržbu a diagnostiku. Dôležitosť popisuje príspevok k hlavnej udalosti v prípade zlyhania komponentu. Existujú hlavne tri druhy dôležitosti tradičného poruchového stromu: štrukturálny význam, pravdepodobnosť a kritická dôležitosť. Štrukturálny význam je definovaný ako podiel vektorov kľúčov komponentu&# 39 na celkovom počte kľúčových komponentov vo zvyšných komponentoch odrážajúcich sa v dôležitosti umiestnenia udalosti v logickej štruktúre poruchového stromu, bez ohľadu na pravdepodobnosť výskytu základnej udalosti. Dôležitosť pravdepodobnosti je definovaná ako čiastočná derivácia pravdepodobnosti výskytu vrcholovej udalosti od pravdepodobnosti výskytu spodnej udalosti, ktorá odráža mieru vplyvu každého stavu spodnej udalosti na stav systému. Kritická dôležitosť je definovaná ako pomer rýchlosti zmeny pravdepodobnosti poruchy časti k miere zmeny pravdepodobnosti poruchy vrcholovej udalosti ňou spôsobenej. Odzrkadľuje tiež vplyv pravdepodobnosti udalosti spodnej časti na vrcholovú udalosť a nespoľahlivosti spodnej udalosti.
Tradičná analýza dôležitosti stromu porúch je založená na predpoklade dvoch stavov, ale skutočný systém sa často prejavuje rôznymi režimami porúch a rôznymi úrovňami porúch. Za účelom splnenia požiadaviek na spoľahlivosť viacstavových systémov literatúra [16] rozširuje význam tradičných komponentov dvojstavového systému na viacstavové systémy a predstavuje viacstavový systém založený na horizontálnej udalosti systému alebo udalosti stavu Všeobecná definícia štruktúrnej dôležitosti a pravdepodobnosti dôležitosti a metóda jej výpočtu sú v súlade s významom komponentov dvojstavového systému.
S cieľom odhaliť vplyv stavov komponentov na samotný stav a na celú poruchu viacstavového systému literatúra [17] založená na predpoklade, že nemožno opraviť komponenty systému, rozdeliť režimy porúch na poruchy stavu a poruchy stavu prechodu, rozširovanie tradičnej dôležitosti pravdepodobnosti Metóda analýzy stupňa a kritickej dôležitosti sa dôležitosť rovnako delí na dôležitosť štátu a dôležitosť prenosu.
Za účelom premietnutia vplyvu kritického stavu a nekritického stavu všetkých komponentov na pravdepodobnosť poruchy celého systému literatúra [18] navrhla koncepciu ekvivalentnej pravdepodobnosti poruchy a jej výpočtovú metódu s použitím metódy pravdepodobnostného rozkladu na analyzujte všetky existujúce stavy komponentov a systémov pomocou metódy Markovovho reťazca a teórie pravdepodobnosti na výpočet očakávaného počtu prác systému a potom získajte ekvivalentnú pravdepodobnosť zlyhania.
Za účelom premietnutia interakcie dvoch komponentov v systéme do spoľahlivosti systému literatúra [19] navrhla koncept spoločného významu, ktorý je definovaný ako pomer dvoch komponentov na zlepšenie spoľahlivosti systému. Dôležitosť štruktúry spoja odráža vzťah medzi dvoma zložkami, keď je spoľahlivosť neplatná. Dôležitosť spoločnej spoľahlivosti odráža vzťah medzi dvoma zložkami, keď je spoľahlivosť platná. Odkaz [20] rozširuje spoločný význam dvoch komponentov na viac komponentov a skúma pojem dôležitosti podmienenej spoľahlivosti, keď je známy prevádzkový stav komponentu&# 39.
Keď jeden prvok predstavuje iný režim zlyhania alebo nie je platný, je potrebné vziať do úvahy všetky príslušné spodné udalosti ako kombináciu, aby sa určila dôležitosť prvku. Na vyriešenie vyššie uvedeného problému sa navrhuje diferenciálna dôležitosť ako metóda citlivosti prvého rádu. Vzhľadom na interakciu medzi zložkami literatúra [21] navrhla stupeň diferenciálneho významu druhého rádu pomocou spoločného významu ako doplňujúcich informácií druhého rádu.
V dokumente [22] sa používajú dve metódy dôležitosti založené na Fussell-Vesely, a to dôležitosť komponentu a význam rezu, dôležitosť komponentu sa používa na identifikáciu najpravdepodobnejšieho zlyhania komponentu a význam dôležitosti rezu odráža kombináciu zlyhania komponentu, ktorá môže spôsobiť Príznaky zlyhania systému sú generované, berúc do úvahy samotné komponenty a ich vplyv na systém.
Dôležitosť je predovšetkým definovaná na úrovni komponentu, pre strom porúch je základná úroveň udalostí a pre úroveň udalostí dverí sa môžu opakovať základné udalosti v rôznych udalostiach dverí, čo zvyšuje pravdepodobnosť poruchy každej udalosti. , literatúra [23] odvodzuje dôležitosť udalosti z dverí od dôležitosti základnej udalosti.
Tradičná metóda analýzy stupňa dôležitosti stromu porúch je založená na hypotéze pravdepodobnosti, v praktických systémoch často existuje fuzzy a náhodnosť, hypotéza pravdepodobnosti je postupne nahradzovaná pravdepodobnostnou hypotézou a vzniká metóda analýzy stupňa fuzzy dôležitosti. Napríklad pomocou definície konceptu tradičného významu, to znamená matematického očakávania rozdielu medzi fuzzy pravdepodobnosťou vrcholovej udalosti a poruchovým stavom spodnej udalosti [24] Rozdiel medzi strednou hodnotou fuzzy udalosť a stredné číslo udalosti najvyššej udalosti v normálnom stave [25]; metóda Hammingovej vzdialenosti, čo je rozdiel medzi podobnosťami skutočného poruchového režimu a ideálneho poruchového režimu [26].
Na základe dôležitosti tradičného stromu porúch literatúra [27] navrhla algoritmus dôležitosti stromu fuzzy porúch TS a definovala stupeň dôležitosti pravdepodobnosti TS, stupeň kritickej dôležitosti TS a stupeň fuzzy dôležitosti TS a overila uskutočniteľnosť tohto algoritmu Sex. Túto metódu možno považovať za jednoduchú a spoľahlivú metódu, ak je poruchovosť neistá alebo neznáma.
Optimalizácia diagnostiky porúch na základe FTA
Znalosti potrebné na diagnostiku hydraulického systému závisia do istej miery od praktických skúseností odborníkov v odbore. Preto v hydraulickom systéme hrá dôležitú úlohu metóda odbornej diagnostiky porúch systému. Získavanie znalostí sa uznáva ako" úzke miesto" problém expertného systému. Získanie vedomostí sa realizuje pomocou poruchového stromu. Logický vzťah medzi každou chybou je jasný a diagnostické pravidlá sú intuitívne, čo znižuje obtiažnosť získania znalostí odborného systému. Najvyššia udalosť v strome porúch zodpovedá úlohe, ktorú má analyzovať a vyriešiť expertný systém. Minimálna sada strihov je konečným výsledkom. Logický vzťah stromu porúch zhora nadol zodpovedá procesu uvažovania expertného systému. Vetvy zodpovedajú pravidlám v znalostnej databáze. Počet vetiev sa rovná počtu pravidiel, vedomosti v znalostnej databáze pochádzajú z poruchového stromu.
Tradičný strom porúch však neprispieva k ukladaniu a načítaniu počítača, najmä keď je hydraulický systém zložitejší, bežne používané úložisko zaberá viac úložného priestoru, proces načítania je zložitý, diagnostiku nemožno rýchlo odvodiť a neprispieva k údržbe systému. Štruktúra ukladania a načítanie binárneho stromu je pomerne jednoduchá, ľahko sa dá s počítačom vyjadrovať a spracovávať, chybový strom je možné transformovať na binárny strom, aby sa vyriešili vyššie uvedené problémy
