【技术实现步骤摘要】
本申请涉及设备维修，尤其涉及一种 k/n负载均担系统的可靠性评估和维修决策方法及系统。
技术介绍
1、多部件系统的可靠性、安全性和经济性通常取决于冗余技术的使用。 k/n负载均担系统是冗余技术的一个典型例子，至少需要k个部件可以工作时系统才能正常工作。这种系统配置被广泛应用于各种工业系统中，例如多引擎飞机、多发电机发电厂、多泵水力转换站以及多计算机局域网等。随着这些系统中的组件承担更高的负载水平，它们的故障率会增加，使系统更容易发生故障造成巨大的损失。因此，合理的可靠性评估和预防性维护策略对于提高 k/n负载均担系统的运行安全至关重要。
2、定期检查和基于状态的维护是最常见但也是最重要的解决方案之一，可以有效提高系统安全性和减少操作损失。目前通常是以检查间隔为优化变量，以成本为优化目标，建立基于检查的最优维护策略。然而，大多数维修决策者是考虑部件的稳定和失效状态，忽略了磨损状态，这会导致昂贵的维护成本。此外，对于 k/n负载均担系统，部件的独立性假设也不适用。当系统中有部件失效时，其承担的负载将重新分配给正常工作的部件，使正常工作的部件的失效率增高。部件的失效率均受负载水平的影响，具有随机依赖性。
技术实现思路
1、本申请的目的在于提供一种 k/n负载均担系统的可靠性
2、基于上述目的，本申请提供一种 k/n负载均担系统的可靠性评估和维修决策方法，该系统由n个相同部件组成，其中，k个部件正常工作保证系统正常工作，该方法包括步骤：
3、s1、定义部件的全寿命周期状态包括稳定状态、磨损状态和失效状态，基于系统中各个部件的全寿命周期状态确定系统状态，根据部件各个全寿命周期状态之间转移时的失效率以及系统状态，利用马尔可夫过程构建第一系统状态转移图，计算得到第一状态转移强度矩阵，系统状态用以表示系统中处于磨损状态和失效状态的部件数；
4、s2、根据第一状态转移强度矩阵以及利用chapman-kolmogorov方程，计算得到系统在任意时刻时处于不同系统状态的第一概率；
5、s3、将第一系统状态转移图中所有的系统处于失效的状态合并为一个吸收态，利用马尔可夫过程构建得到第二状态转移强度矩阵，利用chapman-kolmogorov方程计算得到系统处于吸收态的第二概率函数，根据第二概率函数计算得到可靠度函数，并根据预设的可靠度阈值，得到系统的临界寿命；
6、s4、根据第一概率计算在临界寿命内系统的期望总运维成本和期望总运行时间，计算得到系统单位时间内的期望运维成本，以得到系统的最优检测时间间隔。
7、进一步的，步骤s1包括：
8、设定系统状态表示为aij，其中，i表示为系统处于失效状态的部件数，j表示为处于失效状态和磨损状态的总部件数；
9、设定部件从稳定状态转移到磨损状态的失效率为第一失效率λ21，部件从磨损状态转移到失效状态的失效率为第二失效率λ10，部件从稳定状态转移到失效状态的失效率为第三失效率λ20；
10、当系统中有i个部件失效时，系统中的未失效部件从稳定状态转移到磨损状态的失效率为第四失效率，系统中的未失效部件从磨损状态转移到失效状态的失效率为第五失效率，系统中的未失效部件从稳定状态转移到失效状态的失效率为第六失效率，第四失效率、第五失效率以及第六失效率分别表示为：
11、；
12、其中，n表示系统中的部件总数，γ表示非负的恒定的负载因子，i表示系统中处于失效状态的部件个数，i=0,1,2…,n-k；
13、根据第一系统状态转移图、第四失效率、第五失效率、第六失效率以及系统中处于稳定状态和磨损状态的部件个数，计算第一系统状态转移图中各个系统状态之间的转移强度，以得到第一状态转移强度矩阵。
14、进一步的，步骤s2包括：
15、设为时间t时系统状态aij的第一概率函数，根据第一状态转移强度矩阵构建得到chapman-kolmogorov微分方程式为：
16、；
17、其中，表示在时间 t时系统处于系统状态a(i-1)(j-1)的概率，表示在时间 t时系统处于系统状态ai(j-1)的概率，表示在时间 t时系统处于系统状态a(i-1)j的概率，表示(n-j)个稳定状态的部件中有1个部件发生了状态转移，表示(j-i)个磨损状态的部件中有1个部件发生了状态转移，表示(n-j+1)个稳定状态的部件中有1个部件发生了状态转移，表示(j-i+1)个磨损状态的部件中有1个部件发生了状态转移；
18、采用数值法对微分方程式进行求解，计算得到系统在任意时刻时处于不同系统状态的第一概率。
19、进一步的，步骤s3包括：
20、将第一系统状态转移图中所有的系统处于失效的状态合并为一个吸收态，利用马尔可夫过程对第一系统状态转移图重新构建得到第二系统状态转移图，将第二系统状态转移图中任一个非失效的系统状态到各个失效的系统状态的转移强度累加和作为该非失效的系统状态到吸收态的转移强度，得到各个非失效的系统状态到吸收态的转移强度，得到第二状态转移强度矩阵；
21、利用chapman-kolmogorov方程计算得到系统处于吸收态的第二概率函数pf(t)，根据第二概率函数pf(t)计算得到可靠度函数r(t)为：
22、。
23、进一步的，步骤s4包括：
24、将临界寿命tc划分为n个检测时间间隔tin，根据系统在任意时刻时处于不同系统状态的第一概率，系统在第m个检测时间间隔时需要执行检测的概率为：
25、；
26、其中，tm-1=(m-1)tin，tm=mtin，m表示第m个检测时间间隔，表示 tm-1时刻处于状态的概率；
27、根据系统执行检测的概率，计算得到系统在临界寿命内的期望检测次数为：
28、；
29、系统状态转移的过程中，从第一个系统状态a00开始，处于系统状态aij的期望次数根据矩阵n计算得到，其中，
30、；
31、其中，i为单位矩阵，q为第二状态转移强度矩阵的瞬态部分，矩阵n的第一行表示系统从状态a00开始到进入吸收态之前，处于系统状态aij的期望次数；
32、系统处于系统状态aij的期望时间e(tij)为：
33、；
34、其中，ni本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种k/n负载均担系统的可靠性评估和维修决策方法，所述k/n负载均担系统由n个相同部件组成，其中，k个部件正常工作保证系统正常工作，其特征在于，所述方法包括步骤：
2.如权利要求1所述的k/n负载均担系统的可靠性评估和维修决策方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
3.如权利要求2所述的k/n负载均担系统的可靠性评估和维修决策方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
4.如权利要求3所述的k/n负载均担系统的可靠性评估和维修决策方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
5.如权利要求4所述的k/n负载均担系统的可靠性评估和维修决策方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
6.如权利要求5所述的k/n负载均担系统的可靠性评估和维修决策方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
7.如权利要求6所述的k/n负载均担系统的可靠性评估和维修决策方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
8.如权利要求7所述的k/n负载均担系统的可靠性评估和维修决策方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
9.如权利要求8所述的k/n负
10.一种k/n负载均担系统的可靠性评估和维修决策系统，所述k/n负载均担系统由n个相同部件组成， k个部件正常工作保证系统正常工作，其特征在于，所述可靠性评估和维修决策系统包括；
...【技术特征摘要】
1.一种k/n负载均担系统的可靠性评估和维修决策方法，所述k/n负载均担系统由n个相同部件组成，其中，k个部件正常工作保证系统正常工作，其特征在于，所述方法包括步骤：
2.如权利要求1所述的k/n负载均担系统的可靠性评估和维修决策方法，其特征在于，所述步骤s1包括：
3.如权利要求2所述的k/n负载均担系统的可靠性评估和维修决策方法，其特征在于，所述步骤s2包括：
4.如权利要求3所述的k/n负载均担系统的可靠性评估和维修决策方法，其特征在于，所述步骤s3包括：
5.如权利要求4所述的k/n负载均担系统的可靠性评估和维修决策方法，其特征在于，所述步骤s4包括：
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【专利技术属性】
技术研发人员：张健，王佳金，傅敏杰，黄晓艳，方攸同，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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