一种基于可修复动态故障树的柴油机可靠性评估方法技术

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可靠性评估方法，在对柴油机系统可靠性建模时同时考虑其维修和故障动态特征，采用的可修复动态故障树，基于可修系统概率状态转移模型进行设计，能够同时考虑马尔可夫型可修系统的维修和故障动态特征，具有运行时间短、分析步骤简洁等优势。另外本发明专利技术采用马尔可夫模型推导定量计算公式，最终可得到柴油机系统的瞬时可用度变化曲线，从而得到系统的可靠性定量分析，以及得到故障树的最小割集和组件的维修重要度等两种可靠性定性分析。根据定性分析结果，再利用多准则妥协解排序法计算组件维修重要度，通过综合分析判断出柴油机电控系统的薄弱环节，从而为新柴油机系统设计及维护提供更为准确的指导。供更为准确的指导。供更为准确的指导。

【技术实现步骤摘要】
一种基于可修复动态故障树的柴油机可靠性评估方法


[0001]本专利技术涉及柴油机可靠性分析的
，特别涉及一种基于可修复动态故障树的柴油机可靠性评估方法。

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]在对可修系统进行动态故障树建模时，只考虑故障率的动态故障树进行建模计算出来的可用度是不准确的。例如，在实践中，为了改善可修系统的可靠性，通常会使用维修策略对可修系统进行维护提高可修的使用寿命。假设可修系统由若干组件和若干修理设备组成。修理设备对已发生故障的组件进行修理，修复后的组件可以继续正常工作。则此时，只考虑故障率的动态故障树对可修系统进行可靠性分析会产生较大的误差，不具备参考价值。
[0005]在现有技术中，针对柴油机系统此类的可修系统可靠性分析，一般采用时间算子最小割集数值解的方法构建可修复动态故障树的动态故障树。一般通过将时间算子最小割集及其序贯故障区耦合，使用蒙特卡罗仿真方法求解得到可修复动态故障树的定量分析结果。但是，最小割序列集使用蒙特卡罗仿真方法求解易受仿真次数的影响和随机波动，且计算时间过长，降低了可修复动态故障树的动态故障树的可用性。
[0006]因此，在上述现有技术及缺陷的情况下，针对柴油机可靠性评估的准确性，还有待继续提高。

技术实现思路

[0007]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可靠性评估方法，解决了现有技术中对柴油机可靠性评估不够准确的问题；该方法可确保动态故障树在分析柴油机系统可靠性分析时能够同时考虑维修率和故障率，提高了柴油机可修复动态故障树定量计算的精度，为柴油机系统寿命全周期可靠性的增长提供参考。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0009]本专利技术提供一种基于可修复动态故障树的柴油机可靠性评估方法，包括以下步
骤：
[0010]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；
[0011]S2、基于所述可修复动态故障树顶事件，利用马尔科夫可修系统推导出可修复动态故障树定量计算公式；
[0012]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可修复动态故障树定量计算公式，求得所述可修复动态故障树顶事件的瞬态可用度；
[0013]S4、利用时间算子描述故障时序逻辑，对可修复动态故障树逻辑门的失效行为进行表述，利用时间算子结构函数对可修复动态故障树顶事件进行处理，求得可修复故障树的最小割集；
[0014]S5、计算可修复动态故障树结构重要度；
[0015]S6、基于所述可修复故障树的最小割集和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；
[0016]S7、基于所述可修复动态故障树顶事件的瞬态可用度和组件维修重要度，对柴油机系统进行分析评估。
[0017]进一步地，所述步骤S1包括：
[0018]S11、采用柴油机电控系统监控柴机油的实时运行状态；
[0019]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。
[0020]进一步地，所述步骤S2包括：结合马尔科夫可修系统和故障树分析方法得到失效逻辑状态转移图；根据失效逻辑状态转移图推导出可修复动态故障树的定量计算公式；
[0021]所述推导出可修复动态故障树的定量计算公式，具体包括：
[0022]S21、推导出OR逻辑门定量计算公式；
[0023]S22、推导出AND逻辑门定量计算公式；
[0024]S23、推导出冷备逻辑门定量计算公式；
[0025]S24、推导出功能逻辑门定量计算公式；
[0026]S25、推导出热备逻辑门定量计算公式。
[0027]进一步地，所述步骤S3，包括：
[0028]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；
[0029]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可修复动态故障树定量计算公式，求得所述可修复动态故障树顶事件的瞬态可用度。
[0030]进一步地，所述步骤S4中，利用时间算子描述故障时序逻辑，包括：利用时间算子规则用来描述可修复动态故障树的失效行为，具体基本规则如下：
[0031]规则1：表示或逻辑，
⊙
表示与逻辑；
[0032]规则2：X1＜X2表示组件X1和组件X2同时发生失效；
[0033]规则3：表示组件X1先于组件X2发生失效，且此规则中包含动态失效逻辑；
[0034]规则4：表示组件X1先于组件X2发生失效，且此规则中不包含动态失效逻辑。
[0035]进一步地，所述步骤S4中，对可修复动态故障树逻辑门的失效行为进行表述，包
括：
[0036]假设有可修组件X1和X2,则OR门时间算子表达式为：
[0037]AND门时间算子表达式为：T
AND
＝X1⊙
X2；
[0038]假设有可修组件X1和X2，且X1先于X2发生失效，则优先与门时间算子表达式为：
[0039]假设有可修组件X1和X2，X2为X1备用组件，X2在X1故障前未激活，则冷备门时间算子表达式为：
[0040]假设有可修组件X1和X2，X2为X1备用组件，X2在X1故障前已激活，则热备门时间算子表达式为T
HSP
＝X1⊙
X2；
[0041]假设有可修组件X、X1和X2，且X失效会导致X1和X2失效，则功能门时间算子表达式为：
[0042]进一步地，所述步骤S4中：
[0043]时间算子结构函数为：式中，CSS
r
为割集；
[0044]则最小割集计算公式为：
[0045][0046]上式中，TE_min
q
为最小割集，假设最初始时r＝1，则最小割集计算公式迭代q次，直致TE_min
q
不满足本文档来自技高网...

【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可靠性评估方法，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、基于所述可修复动态故障树顶事件，利用马尔科夫可修系统推导出可修复动态故障树定量计算公式；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可修复动态故障树定量计算公式，求得所述可修复动态故障树顶事件的瞬态可用度；S4、利用时间算子描述故障时序逻辑，对可修复动态故障树逻辑门的失效行为进行表述，利用时间算子结构函数对可修复动态故障树顶事件进行处理，求得可修复故障树的最小割集；S5、计算可修复动态故障树结构重要度；S6、基于所述可修复故障树的最小割集和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；S7、基于所述可修复动态故障树顶事件的瞬态可用度和组件维修重要度，对柴油机系统进行分析评估。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可靠性评估方法，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可靠性评估方法，其特征在于，所述步骤S2包括：结合马尔科夫可修系统和故障树分析方法得到失效逻辑状态转移图；根据失效逻辑状态转移图推导出可修复动态故障树的定量计算公式；所述推导出可修复动态故障树的定量计算公式，具体包括：S21、推导出OR逻辑门定量计算公式；S22、推导出AND逻辑门定量计算公式；S23、推导出冷备逻辑门定量计算公式；S24、推导出功能逻辑门定量计算公式；S25、推导出热备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可靠性评估方法，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可修复动态故障树定量计算公式，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可靠性评估方法，其特征在于，所述步骤S4中，利用时间算子描述故障时序逻辑，包括：利用时间算子规则用来描述可修复动态故障树的失效行为，具体基本规则如下：规则1：表示或逻辑，
⊙
表示与逻辑；
规则2：X1＜X2表示组件X1和组件X2同时发生失效；规则3：表示组件X1先于组件X2发生失效，且此规则中包含动态失效逻辑；规则4：表示组件X1先于组件X2发生失效，且此规则中不包含动态失效逻辑。6.根据权利要求5所述的一种基于可修复动态故障树的柴油机可靠性评估方法，其特征在于，所述步骤S4中，对可修复动态故障树逻辑门的失效行为进行表述，包括：假设有可修组件X1和X2,则OR门时间算子表达式为：AND门时间算子表达式为：T
AND
＝X1⊙
X...

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