úvod
Hydraulický systém má výhody velké síly, malých rozměrů, nízké hmotnosti, rychlé reakce, vysoké přesnosti a tuhosti proti zatížení. Často je jádrem řízení a přenosu energie ve všech druzích zařízení a systémů. Hydraulický systém má vysokou poruchovost. Pokud nebude vyřešen včas po poruše, ovlivní to výrobu, což povede k větším ekonomickým ztrátám. Proto je studium jeho efektivní analýzy spolehlivosti a metod diagnostiky poruch často klíčem k dokonalému využití v průmyslové technologii [1].
Metoda analýzy stromu poruch (FTA) spočívá v stanovení vztahu mezi těmito událostmi na základě vztahu mezi přímými a nepřímými příčinami selhání a selhání systému a určení příčiny selhání systému. Existuje řada možných kombinací pro odhad výskytu událostí systému a důležitost spodní události analytické metody.
Na začátku 60. let Bell Labs nejprve použily metodu FTA k předpovědi náhodného selhání kontrolního systému odpalování raket milice. Od té doby vyvinul americký Boeing počítačový program FTA pro vylepšení designu letadel. Na začátku 70. let provedl Massachusetts Institute of Technology (MIT) analýzu jaderné bezpečnosti pomocí FTA a analýzy stromů událostí a dospěl k závěru, že jaderná energie je velmi bezpečný zdroj energie. Zveřejnění této zprávy vzbudilo velké důsledky v různých oblastech a propagovalo metodu analýzy poruchových stromů od letectví a jaderné energie až po průmyslová odvětví elektroniky, chemického průmyslu a strojů [2].
V současné době je metoda dohody o volném obchodu použita ve všech oblastech národního hospodářství, hraje důležitou roli při zlepšování spolehlivosti a bezpečnosti systému a má širokou škálu perspektiv rozvoje [3]. FTA se stala jednou z účinných metod spolehlivosti, predikce a analýzy bezpečnosti, analýzy poruch a diagnostiky hydraulického systému.
1 tradiční FTA
1.1 základní charakteristiky
Na základě booleovské algebry a teorie pravděpodobnosti používá FTA" události" reprezentovat pravděpodobnost poruch a&"; logická hradla GG"; popsat vztahy mezi poruchami součástí. Událost je popisem stavu systému a jeho komponent. Běžně používané logické brány a AND, OR, hlasovací dveře, zakázané dveře a XOR brány.
Metoda FTA musí vyřešit minimální snížení stanovené v kvalitativní a kvantitativní analýze. Podle kombinace logických bran ve stromu poruch systému se vypíše funkce struktury a pravděpodobnost výskytu hlavní události se vypočítá disjunktním zpracováním, aby se dále vypočítal význam každé události.
Sady řezů (silniční sady) jsou kolekcí některých spodních událostí ve stromu poruch. Nejvýznamnější události se musí stát (nesmí nastat), když se tyto spodní události vyskytnou ve stejnou dobu (nenastanou). Pokud je sada řezů (sada silnic) obsažená ve spodní události libovolně odstraněna z sady řezů (sada silnic), je tato sada řezů (sada silnic) minimální sadou řezů (minimální sada silnic).
Funkce struktury je booleovská funkce, která představuje stav systému. Pokud je stav nejvyšší události systému pomocí stavových proměnných, funkce struktury je funkcí proměnných stavu události na konci. Obecně platí, že když je uveden poruchový strom, lze strukturní funkci zapsat přímo podle poruchového stromu. Výraz je však komplikovaný a zdlouhavý. Proto je ve skutečném výpočtu strukturní funkce vyjádřena sadou minimálního řezu nebo sadou minimálních cest.
1.2 FTA v hydraulickém systému
Většina hydraulických systémů může být kategorizována jako tandemové systémy. Poruchové stromy se často skládají z bran NEBO. Výskyt jedné události obecně vede k hlavní události [4]. Skutečný systém však nemůže jednoduše začít se zlepšením spolehlivosti každé hydraulické součásti, což povede ke ztrátě času a zdrojů. Slabé články hydraulického systému mají významný dopad na spolehlivost systému. Spolehlivost systému závisí na tom, zda je přesně předpovězeno umístění slabých článků a stupeň vlivu. Metoda FTA může pomoci zjistit režimy selhání systému a zjistit slabá místa systému. Poskytuje se kvalitativní a kvantitativní analýza a výpočet pravděpodobnosti poruchy systému a dalších indexů spolehlivosti, které poskytují základ pro zlepšení a vyhodnocení spolehlivosti hydraulického systému [5].
Například některé příznaky poruchy a zdroje poruchy nejsou vzájemnou korespondencí, často s fenoménem potácení a překrývání, a diagnostika poruchy je obtížnější. Metoda FTA identifikuje všechny režimy selhání hlavní události hledáním příčiny hlavní události a kombinace příčin, které mohou pomoci identifikovat potenciální poruchy v hydraulickém systému za účelem vedení diagnostiky poruch a zlepšení konstrukce a údržby řešení [6].
Tradiční metoda FTA má následující nedostatky: Za prvé, při analýze spolehlivosti systému se tradiční metoda FTA domnívá, že součást má pouze dva funkční nebo poruchové stavy a nemůže provést přesné vyhodnocení spolehlivosti systému. Za druhé, tradiční metoda FTA používá Na základě booleovské algebry je nutné přesně znát vztah mezi pravděpodobností selhání součásti a událostí poruchy a hodnota pravděpodobnosti součásti vyžaduje mnoho statistických údajů k získání pravděpodobnosti hodnota. Nejednoznačnost prostředí a nepřesnost údajů ovlivní pravděpodobnost výskytu dílů a budou považovat pravděpodobnost výskytu dílů za přesnou hodnotu, což přináší velkou chybu v kvantitativním výpočtu stromu poruch. A konečně, když je strom poruch zjednodušený, existuje velké množství neprotínajících se procesů, výpočet je velmi obrovský a někdy je obtížné získat minimální sadu řezů stromu poruch.
2 Fuzzy FTA
Hydraulický systém je složitý nelineární systém mechanické, elektrické a kapalinové spojky. Formy selhání a mechanismy selhání jsou složité a různorodé. Je obtížné přesně určit příčinu poruchy a stupeň poruchy [7]. Aplikace teorie fuzzy množin na hydraulický systém FTA nejen odráží fuzziness samotné pravděpodobnosti, ale také umožňuje přiřazení pravděpodobnosti do určité míry chyby, ale lze také scénu a experimentální data se zkušenostmi techniků a techniků v kombinaci můžete lépe vyřešit nejednoznačnost a nejistotu pravděpodobnosti poruchy, snížit obtížnost získání přesné hodnoty pravděpodobnosti poruchy a má větší flexibilitu a přizpůsobivost.
Metoda fuzzy FTA zakrývá pravděpodobnost výskytu základních událostí ve stromu poruch, přijímá fuzzy čísla k nahrazení přesných hodnot pravděpodobnosti a stále používá brány AND a OR brány tradičního stromu poruch, ale zavádí fuzzy operátor namísto tradiční logická operace, Nastavte fuzzy pravděpodobnost výskytu hlavní události a její distribuci funkce členství a kvantitativní analýzu výpočtem stupně fuzzy důležitosti.
Fuzzy čísla jsou nejistoty způsobené koncepční fuzziness nebo vlivem různých fuzzy faktorů. Fuzzy čísla popisují hodnoty pravděpodobnosti a zdůrazňují subjektivní roli lidí v dohodě o volném obchodu. Existuje mnoho forem fuzzy čísel, například trojúhelníková fuzzy čísla, lichoběžníková fuzzy čísla, LR fuzzy čísla, normální fuzzy čísla, intervalová fuzzy čísla a jazykové hodnoty [8]. V technické praxi hydraulického systému, když velké množství statistických dat, můžete určit přesnou pravděpodobnost výskytu pravděpodobnosti spodní události; když nedostatek statistických údajů, podle aktuální situace různými fuzzy čísly a jazykovými hodnotami reprezentovat a kombinovat Expertní průzkum k posouzení pravděpodobnosti výskytu konce incidentu [9]. V zájmu usnadnění dohody o volném obchodu by měly být normalizovány různé formy pravděpodobnosti výskytu události na dně. Protože lichoběžníkové fuzzy číslo je po částech lineární distribuční členská funkce, je algebraická operace relativně jednoduchá. Převést jiné formy fuzzy čísel na lichoběžníková fuzzy čísla [10] je intuitivní a snadné.
Proces používání principu rozšíření k určení funkce členství nejvyšší pravděpodobnosti fuzzy pravděpodobnosti je ve skutečnosti problémem matematického programování, často se setkáváme s různými fuzzy operacemi, jako jsou čtyři aritmetika fuzzy čísel. U složitých systémů se dimenze strukturní funkce velmi vysoká, optimální řešení problému programování obecně naráží na matematické problémy. Pak bude produkovat fuzzy výsledky výpočtu jsou důvěryhodné a důvěryhodný stupeň, který je&"; difuzní GG"; a různé typy fúzních pravděpodobnostních výpočtů funkce členství atd. Z tohoto důvodu [11] přijal metodu založenou na fuzzy operátoru konvoluce, která vedla k postupnému mizení okrajové příslušnosti k výstupnímu fuzzy číslu. Zanedbáním nepravděpodobných prvků na hraně lze rozšíření množiny konečných větví účinně kompenzovat, tj.&"; difuzivita GG"; zužuje se. Aby bylo možné vyřešit problém spojování různých typů fuzzy pravděpodobností, Ref. [12] přijali metodu rozdělení stupně členství cílové domény po cílové doméně a poté zvážili průnik rozšířeným principem a fuzzy operátorem. V [13] je přijata intervalová operace pro každou mezní hodnotu λ fuzzy čísel ekvivalentní rozšířenému principu. Získáním různých hodnot λ lze získat interval pravděpodobnosti selhání systému při různých úrovních spolehlivosti.
Kvůli tradičním logickým branám musí výše uvedená fuzzy metoda FTA stále potřebovat zjistit mechanismus poruchy a najít připojení události. V praxi jsou mechanismy selhání a souvislosti událostí často nejisté. Různý stupeň selhání navíc přinese různé důsledky, tradiční fuzzy FTA nedokáže popsat dopad stupně selhání na systém. Za účelem řešení těchto problémů literatura [14] zavedla fuzzy model TS do FTA, popsala pravděpodobnost poruchy komponent jako fuzzy pravděpodobnost, popsala vztah mezi událostmi jako TS gate a popsala míru poruchy jako fuzzy číslo podle části Možnost mlhy Fuzzy a stupně poruchy Vypočítejte fuzzy pravděpodobnost nadřazené události. Literatura [15] aplikovala tuto metodu TS fuzzy FTA na hydraulický systém a dosáhla dobrých výsledků.
3 Analýza důležitosti
Důležitost je důležitým indexem pro kvantitativní analýzu stromu poruch. Lze jej použít nejen pro analýzu spolehlivosti systému, ale lze jej použít také v návrhu optimalizace systému a naváděcím systému pro údržbu a diagnostiku. Důležitost popisuje příspěvek k hlavní události v případě selhání komponenty. Existují hlavně tři druhy důležitosti tradičního stromu poruch: strukturální význam, pravděpodobnost a kritická důležitost. Strukturální význam je definován jako podíl vektorů klíčů komponenty&# 39 na celkovém počtu klíčových komponent ve zbývajících komponentách, což se odráží v důležitosti umístění události v logické struktuře stromu poruch, bez ohledu na pravděpodobnost výskytu podkladové události. Důležitost pravděpodobnosti je definována jako částečná derivace pravděpodobnosti výskytu vrcholné události od pravděpodobnosti výskytu spodní události, která odráží míru vlivu každého stavu dolní události na stav systému. Kritická důležitost je definována jako poměr rychlosti změny pravděpodobnosti poruchy součásti k rychlosti změny pravděpodobnosti selhání hlavní události způsobené touto součástí. Rovněž odráží vliv pravděpodobnosti spodní události na nejvyšší událost a nespolehlivosti spodní události.
Tradiční analýza důležitosti stromu poruch je založena na předpokladu dvou stavů, ale skutečný systém se často projevuje jako různé režimy poruch a různé úrovně poruch. Za účelem splnění požadavků na spolehlivost vícestavových systémů rozšiřuje literatura [16] význam tradičních dvoustátových systémových komponent na vícestavové systémy a představuje vícestavový systém založený na horizontální události systému nebo státní události Obecná definice strukturní důležitosti a pravděpodobnosti důležitosti a její metoda výpočtu jsou v souladu s významem složek dvoustavového systému.
Aby bylo možné odhalit dopad stavů komponent na samotný stav a na celé selhání vícestavového systému, literatura [17] založená na předpokladu, že součásti systému nelze opravit, rozdělit režimy poruch na poruchy stavu a poruchy přechodu stavu, rozšiřování tradiční důležitosti pravděpodobnosti Metoda analýzy stupně a kritické důležitosti se významně dělí na státní důležitost a přenosovou důležitost.
Za účelem zohlednění vlivu kritického stavu a nekritického stavu všech složek na pravděpodobnost selhání celého systému navrhla literatura [18] koncept ekvivalentní pravděpodobnosti poruchy a jeho výpočetní metodu s využitím metody pravděpodobnostního rozkladu analyzovat všechny existující stavy komponent a systémů, pomocí metody Markovova řetězce a teorie pravděpodobnosti vypočítat očekávaný počet prací systému a poté získat ekvivalentní pravděpodobnost selhání.
Aby se odrážela interakce dvou složek v systému na spolehlivost systému, literatura [19] navrhla koncept společného významu, který je definován jako poměr dvou složek ke zlepšení spolehlivosti systému. Když je spolehlivost neplatná, důležitost společné struktury odráží vztah mezi dvěma složkami. Důležitost společné spolehlivosti odráží vztah mezi dvěma složkami, když je spolehlivost platná. Reference [20] rozšiřuje společnou důležitost dvou složek na více složek a zkoumá představu o důležitosti podmíněné spolehlivosti, když je znám provozní stav součásti&# 39.
Když jeden prvek představuje jiný režim selhání nebo není platný, je třeba zvážit všechny relevantní spodní události jako kombinaci, aby bylo možné určit důležitost prvku. K vyřešení výše uvedeného problému je jako metoda citlivosti prvního řádu navržena diferenciální důležitost. S ohledem na interakci mezi složkami navrhla literatura [21] stupeň diferenciálního významu druhého řádu pomocí společného významu jako doplňujících informací druhého řádu.
V [22] se používají dvě metody důležitosti založené na Fussell-Vesely, jmenovitě důležitost komponent a význam řezu, důležitost komponent se používá k identifikaci nejpravděpodobnějšího selhání komponenty a význam důležitosti řezu odráží kombinace selhání komponenty může způsobit Příznaky poruch systému jsou generovány s ohledem na samotné komponenty a jejich dopad na systém.
Především je důležitost definována na úrovni komponenty, pro strom poruch je základní úroveň události a pro úroveň události dveří se mohou opakovat základní události v různých událostech dveří, takže pravděpodobnost selhání každé události má určitý význam , literatura [23] odvozuje důležitost dveřní události od důležitosti základní události.
Tradiční metoda analýzy stupně důležitosti poruchového stromu je založena na hypotéze pravděpodobnosti, v praktických systémech často existuje fuzzy a náhodnost, pravděpodobnostní hypotéza je postupně nahrazována hypotézou pravděpodobnosti a metoda analýzy stupně důležitosti fuzzy vzniká. Například pomocí definice konceptu tradičního významu, tj. Matematického očekávání rozdílu mezi fuzzy pravděpodobností události nahoře a stavem poruchy události na dně [24] Rozdíl mezi střední hodnotou hodnoty fuzzy událost a střední číslo události nejvyšší události v normálním stavu [25]; metoda Hammingovy vzdálenosti, což je rozdíl mezi podobnostmi skutečného poruchového režimu a ideálního poruchového režimu [26].
Na základě důležitosti tradičního poruchového stromu literatura [27] navrhla algoritmus důležitosti TS fuzzy poruchového stromu a definovala stupeň pravděpodobnosti TS, stupeň kritické důležitosti TS a stupeň TS fuzzy důležitosti a ověřila proveditelnost tohoto algoritmu Sex. Tuto metodu lze považovat za jednoduchou a spolehlivou metodu, pokud je míra selhání nejistá nebo neznámá.
Optimalizace diagnostiky poruch na základě FTA
Znalosti potřebné k diagnostice hydraulického systému závisí do určité míry na praktických zkušenostech odborníků v oboru. Proto hraje v hydraulickém systému důležitou roli metoda diagnostiky poruch systému odborníka. Získávání znalostí je uznáno jako" úzké místo" problém expertního systému. Získávání znalostí je realizováno pomocí stromu poruch. Logický vztah mezi každou chybou je jasný a diagnostická pravidla jsou intuitivní, což snižuje obtížnost získávání znalostí expertního systému. Hlavní událost stromu poruch odpovídá úkolu, který má být analyzován a vyřešen expertním systémem. Konečným výsledkem je minimální sada řezů. Logický vztah stromu poruch shora dolů odpovídá procesu uvažování expertního systému. Větve odpovídají pravidlům ve znalostní bázi. Počet větví se rovná počtu pravidel, znalosti ve znalostní bázi pocházejí z poruchového stromu.
Tradiční strom poruch však nepřispívá k ukládání a načítání počítače, zvláště když je hydraulický systém složitější, běžně používané úložiště zabírá více úložného prostoru, proces načítání je složitý, diagnostiku nelze rychle odvodit a nevede k údržbě systému. Struktura ukládání a načítání binárního stromu je relativně jednoduchá, snadno se počítačově vyjadřuje a zpracovává, strom poruch lze transformovat na binární strom, aby se vyřešily výše uvedené problémy
