一种基于可修复动态故障树的柴油机共因失效分析方法技术

本发明专利技术公开了一种基于可修复动态故障树的柴油机共因失效分析方法，对柴油机系统的可修复动态故障树建模方法提出共因失效模型，通过设计可修复动态故障树的确定性共因失效逻辑门和概率性共因失效逻辑门，可得到柴油机在考虑确定性共因失效和概率性共因失效情况下的瞬时可用度变化曲线。避免忽视确定性共因失效和概率性共因失效对系统可靠性的影响，减少了可修复动态故障树分析结果与实际情况的偏差，为柴油机正常运行提供保障。另外本发明专利技术对可修复动态故障树的共因失效事件，使用多准则妥协解排序法计算复杂系统在共因失效影响下的组件重要度。通过综合分析判断出柴油机电控系统的薄弱环节，能够准确评估柴油机在共因失效影响下的可靠性。效影响下的可靠性。效影响下的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于可修复动态故障树的柴油机共因失效分析方法


[0001]本专利技术涉及柴油机失效分析的
，特别涉及一种基于可修复动态故障树的柴油机共因失效分析方法。

技术介绍

[0002]车用柴油机主要用于运输业，是重型车辆的主要原动力。在选择重型车辆的柴油机时考虑各种因素，其中一些因素包括：发动机的可靠性和可用性、发动机的维修和安装成本、发动机的运行成本。然而，在车辆运行中，每台柴油机的运行维护费用是非常重要的。这是运输公司致力于开发和改进发动机性能以适应运营和优化发动机性能的原因。提高发动机的性能是确保使用过程中取得最佳效果的关键，及时预测故障，以延长车辆的使用寿命。因此，有必要把重点放在提高车辆发动机的可靠性。
[0003]提高柴油机工作可靠性最有效的手段就是在其设计阶段就引入可靠性理念，通过进行相应的可靠性计算、分析达到防患于未然的作用(降低产品制造过程中的成本，提升产品全寿命周期可靠性)。因此提高柴油机系统的可靠性，可以避免由系统可靠性问题带来的重大的人员伤亡和经济损失。
[0004]在对柴油机此类的可修系统进行可修复动态故障树建模时，未考虑零部件的确定性共因失效和概率性共因失效。例如，在实际冗余系统中，忽视冗余部件的共因失效对系统可靠性分析的影响，将导致分析结果与实际情况出现偏差，不具备参考价值。
[0005]在现有技术中，针对柴油机共因失效分析的可修复动态故障树建模。一般采用或逻辑门对柴油机的冗余部件进行分析。例如基于马尔可夫的可修复动态故障树,可修复动态故障树同时考虑故障率和维修率，计算柴油机系统的瞬时可用度。但是，未考虑共因失效的可修复动态故障树，无法计算实际冗余部件的共因失效下对系统可靠性的影响，导致分析结果与实际情况出现偏差。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种基于可修复动态故障树的柴油机共因失效分析方法，解决了现有技术中对柴油机未考虑共因失效可靠性评估不够准确的问题；该方法以确定性共因失效和概率性共因失效为理论模型，进行柴油机共因失效分析，确保可修复动态故障树对柴油机冗余系统可靠性分析时，减少与实际系统可靠性分析时的误差，为柴油机正常运行提供保障。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0008]本专利技术提供一种基于可修复动态故障树的柴油机共因失效分析方法，包括以下步骤：
[0009]S1、对柴油机系统原理和结构进行分析，确定可修复动态故障树顶事件；
[0010]S2、根据所述柴油机系统实际情况选择共因失效模型，利用马尔科夫可修系统推导出共因失效逻辑门定量计算公式；
[0011]S3、确定所述柴油机系统中每个组件的故障率和维修率：确定组件之间维修和失效逻辑关系，使用直接算法并利用所述推导出共因失效逻辑门定量计算公式，求得所述可修复动态故障树顶事件的瞬态可用度；
[0012]S4、使用下行法求得可修复动态故障树的最小割集，以及各个最小割集概率重要度；
[0013]S5、计算可修复动态故障树结构重要度，利用多准则妥协解排序法计算组件维修重要度；
[0014]S6、基于所述组件维修重要度，实现对柴油机系统的共因失效分析。
[0015]进一步地，所述步骤S1包括：
[0016]S11、采用柴油机电控系统监控柴机油的实时运行状态；
[0017]S12、将所述柴油机电控系统视为与柴油机的串联单元，选取柴油机电控系统故障作为可修复动态故障树顶事件。
[0018]进一步地，所述步骤S2中，利用马尔科夫可修系统推导出共因失效逻辑门定量计算公式，包括：
[0019]S21、推导出确定性共因失效逻辑门定量计算公式；
[0020]S22、推导出概率性共因失效逻辑门定量计算公式。
[0021]进一步地，所述步骤S3，包括：
[0022]S31、确定所述柴油机系统中每个组件的维修率：建立可修组件状态转移矩阵，由状态转移求得可修组件在t时刻的可用度；
[0023]S32、确定所述柴油机系统中每个组件的故障率：使用直接算法并利用所述推导出共因失效逻辑门定量计算公式，求得所述可修复动态故障树顶事件的瞬态可用度。
[0024]进一步地，所述步骤S4包括：
[0025]S41、采用静动转化法通过下式计算得可修复动态故障树的最小割集；
[0026][0027]上式中，l为故障树中包含基本事件的个数，i为基本事件x
i
的向量个数；j为最小割集的个数；v
j
为x
i
的最小割集；φ(x)为可修复动态故障树的结构函数；
[0028]S42、选择概率重要度公式计算各个最小割集概率重要度；
[0029]概率重要度公式：
[0030][0031]式中，I
R
(z)为部件z的概率重要度；h(R)为部件z的可靠度函数；R
z
为部件z的最小路集。
[0032]进一步地，所述步骤S5中，计算可修复动态故障树结构重要度，包括：
[0033]假设第b个组件X的状态在从0变化致1，对应柴油机系统的状态变化为Q
b
(X)；
[0034]则组件的结构重要度为：
[0035]式中，a表示割序集个数。
[0036]进一步地，所述步骤S5中，利用多准则妥协解排序法计算组件维修重要度，包括：设v
df
为评价指标，d为组件序数，f为评价指标序数；根据柴油机系统的单元实际情况需要选取单元组件重要度v
1f
，维修率v
2f
，维修成本v
3f
，发生频率v
4f
作为维修重要度的评价指标；其中v
3f
和v
4f
指标评分为获取的专家打分；
[0037]将得到的每个组件的结构重要度代入单元组件重要度；
[0038]建立决策矩阵D：
[0039][0040]上式中，v
11
,v
12
,...v
df
为评价指标，分别对应序号为d的组件中第f个评价指标；
[0041]将上式中的v
df
带入下式中进行标准化：
[0042]p为参与评价的组件个数，g为参与评价的个数；
[0043]得到标准化的决策矩阵r
df
；
[0044]计算各评价指标的正理想解r
+
和负理想解r
‑
：
[0045][0046][0047]F为评价指标序数最小值，F'为评价指标序数最大值；
[0048]S
d
为正负理想解的绝对值，通过下式，计算各组件正负理想解的距离比值R
d
：
[0049][0050][0051]l为评价指标个数，w
df
为第d个组件中序数为f评价指标的中心性准则的权重；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于可修复动态故障树的柴油机共因失效分析方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、对柴油机系统原理和结构进行分析，确定可修复动态故障树顶事件；S2、根据所述柴油机系统实际情况选择共因失效模型，利用马尔科夫可修系统推导出共因失效逻辑门定量计算公式；S3、确定所述柴油机系统中每个组件的故障率和维修率：确定组件之间维修和失效逻辑关系，使用直接算法并利用所述推导出共因失效逻辑门定量计算公式，求得所述可修复动态故障树顶事件的瞬态可用度；S4、使用下行法求得可修复动态故障树的最小割集，以及各个最小割集概率重要度；S5、计算可修复动态故障树结构重要度，利用多准则妥协解排序法计算组件维修重要度；S6、基于所述组件维修重要度，实现对柴油机系统的共因失效分析。2.根据权利要求1所述的一种基于可修复动态故障树的柴油机共因失效分析方法，其特征在于，所述步骤S1包括：S11、采用柴油机电控系统监控柴机油的实时运行状态；S12、将所述柴油机电控系统视为与柴油机的串联单元，选取柴油机电控系统故障作为可修复动态故障树顶事件。3.根据权利要求2所述的一种基于可修复动态故障树的柴油机共因失效分析方法，其特征在于，所述步骤S2中，利用马尔科夫可修系统推导出共因失效逻辑门定量计算公式，包括：S21、推导出确定性共因失效逻辑门定量计算公式；S22、推导出概率性共因失效逻辑门定量计算公式。4.根据权利要求3所述的一种基于可修复动态故障树的柴油机共因失效分析方法，其特征在于，所述步骤S3，包括：S31、确定所述柴油机系统中每个组件的维修率：建立可修组件状态转移矩阵，由状态转移求得可修组件在t时刻的可用度；S32、确定所述柴油机系统中每个组件的故障率：使用直接算法并利用所述推导出共因失效逻辑门定量计算公式，求得所述可修复动态故障树顶事件的瞬态可用度。5.根据权利要求4所述的一种基于可修复动态故障树的柴油机共因失效分析方法，其特征在于，所述步骤S4包括：S41、采用静动转化法通过下式计算得可修复动态故障树的最小割集；上式中，l为故障树中包含基本事件的个数，i为基本事件x
i
的向量个数；j为最小割集的个数；v
j
为x
i
的最小割集；φ(x)为可修复动态故障树的结构函数；S42、选择概率重要度公式计算各个最小割集概率重要度；概率重要度公式：

【专利技术属性】
技术研发人员：伊枭剑，张猛，侯新荣，穆慧娜，余徽阳，黄培正，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：