一种基于可修复动态故障树的柴油机可靠性评估方法

1.本发明涉及柴油机可靠性分析的技术领域，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。


背景技术：

2.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。
3.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。
4.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。
5.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。
6.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。


技术实现要素：

7.本发明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。
8.为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
9.本发明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：
10.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；
11.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；
12.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；
13.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；
14.s5、计算可修复动态故障树结构重要度；
15.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；
16.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。
17.进一步地，所述步骤s1包括：
18.s11、采用柴油机电控系统监控柴机油的实时运行状态；
19.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。
20.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；
21.所述推导出可修复动态故障树的定量计算公式，具体包括：
22.s21、推导出or逻辑门定量计算公式；
23.s22、推导出and逻辑门定量计算公式；
24.s23、推导出冷备逻辑门定量计算公式；
25.s24、推导出功能逻辑门定量计算公式；
26.s25、推导出热备逻辑门定量计算公式。
27.进一步地，所述步骤s3，包括：
28.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；
29.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。
30.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：
31.规则1：表示或逻辑，
⊙
表示与逻辑；
32.规则2：x1＜x2表示组件x1和组件x2同时发生失效；
33.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；
34.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。
35.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：
36.假设有可修组件x1和x2,则or门时间算子表达式为：
37.and门时间算子表达式为：t
and
＝x1⊙
x2；
38.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：
39.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：
40.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；
41.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：
42.进一步地，所述步骤s4中：
43.时间算子结构函数为：式中，cssr为割集；
44.则最小割集计算公式为：
[0045][0046]
上式中，te_minq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_minq不满足r表示部件索引值；h表示最小割集计算公式迭代数。
[0047]
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：
[0048]
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qb(x)；
[0049]
则组件的结构重要度为：
[0050]
式中，a表示割序集个数。
[0051]
进一步地，所述步骤s6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。
[0052]
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；
[0053]
将步骤s5得到的每个组件的结构重要度代入单元组件重要度；
[0054]
建立决策矩阵d：
[0055][0056]
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；
[0057]
将上式中的v
df
带入下式中进行标准化：
[0058]
p为参与评价的组件个数，g为参与评价的个数；
[0059]
得到标准化的决策矩阵r
df
；
[0060]
计算各评价指标的正理想解r
+
和负理想解r-：
[0061][0062][0063]
f为评价指标序数最小值，f'为评价指标序数最大值。
[0064]
sd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rd：
[0065][0066][0067]
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；
[0068]
计算利益比值：vd为第d个组件的大多数准则策略的决策机制系数；
[0069][0070]
其中，
[0071]
最后，根据各组件的利益比值qd进行维修重要度排序。
[0072]
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0073]
本发明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，是基于可修系统概率状态转移模型进行设计的，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，且具有运行时间短、分析步骤简洁等优势。另外本发明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。
附图说明
[0074]
图1为本发明的基于可修复动态故障树的柴油机可靠性评估方法流程图。
[0075]
图2为本发明的基于可修复动态故障树的柴油机可靠性评估方法实施流程图。
[0076]
图3为本发明中可修复动态故障树的冷备门转化为马尔可夫模型的状态转移图。
[0077]
图4为本发明中可修复动态故障树的功能门转化为马尔可夫模型的状态转移图。
[0078]
图5为本发明中可修复动态故障树的热备门转化为马尔可夫模型的状态转移图。
[0079]
图6为本实施例柴油机电控系统原理图。
[0080]
图7为本实施例柴油机电控系统可修复动态故障树建模图。
[0081]
图8为可修复动态故障树与蒙特卡洛一万次仿真定量分析对比图。
[0082]
图9为可修复动态故障树与蒙特卡洛一百万次仿真定量分析对比图。
[0083]
图10为本实施例柴油机电控系统可修复动态故障树维修重要度对比图。
具体实施方式
[0084]
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
[0085]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0086]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0087]
参照图1所示，本发明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，包括以下具体步骤s1～s7：原理如图2所示。
[0088]
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；也就是确认柴油机系统失效逻辑特征、确定柴油机系统失效准则；步骤s1具体包括：
[0089]
s11，采用柴油机电控系统监控柴机油的实时运行状态；
[0090]
柴油机机电控系统监控柴油机运行状态的装置，在柴油机运行过程中，电控系统能够实时监测柴油机运行的变化，对因柴油机发生的状况及时的反馈并对出现的状况采取相应的措施。该柴油机电控系统有1个启动信号、1个控制信号、1个脚踏板信号、1个对话装置、1个电源、1个备用电源、1个控制器、1个传感器系统、1个执行装置、1个断油电磁阀；
[0091]
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。
[0092]
柴油机电控系统除了辅助柴油机运行，还起着监控柴油机实时状态、及时调整柴油机动力源的作用，因此在建模时把柴油机电控系统看做串联单元来处理，选取“柴油机电控系统故障”作为顶事件；
[0093]
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；
[0094]
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；推导出可修复动态故障树的定量计算公式，具体包括：
[0095]
s21,推导or逻辑门定量计算公式；
[0096]sx(i)
(t)表示or门输入事件xi在t时刻的正常工作概率，f
x(i)
(t)为or门输入事件xi在t时刻的失效状态概率，μ
x(i)
为输入事件xi的维修率，λ
x(i)
为输入事件xi的故障率。sy(t)表示or门输出事件y在t时刻的正常工作概率，fy(t)为or门输出事件y在t时刻的失效状态概率，μy为输出事件y的维修率，λy为输出事件y的故障率。or门定量计算公式如下：
[0097][0098]
s22，推导and逻辑门定量计算公式；
[0099]sx(i)
(t)表示and门输入事件xi在t时刻的正常工作概率，f
x(i)
(t)为and门输入事件xi在t时刻的失效状态概率，μi为输入事件xi的维修率，λi为输入事件xi的故障率。sy(t)表示and门输出事件y在t时刻的正常工作概率，fy(t)为and门输出事件y在t时刻的失效状态概率，μy为输出事件y的维修率，λy为输出事件y的故障率。and逻辑门定量计算公式如下：
[0100][0101]
s23，推导冷备逻辑门定量计算公式；如图3所示，其中μiδt为输入事件xi在δt时间内由维修率μi引起系统状态转移的可能性，λiδt为输入事件xi在δt时间内由故障率λi引起系统状态转移的可能性。其中，图3中0对应下表规则1，1对应下表规则2，2对应下表规则3。
[0102]
冷备门定量运算规则列表
[0103][0104]sx(i)
(t)表示冷备门输入事件xi在t时刻的正常工作概率，f
x(i)
(t)为冷备门输入事件xi在t时刻的失效状态概率，sy(t)表示冷备门输出事件y在t时刻的正常工作概率，fy(t)为冷备门输出事件y在t时刻的失效状态概率，μy为输出事件y的维修率，λy为输出事件y的故障率。由冷备门失效逻辑可知，可修复动态故障树的冷备门状态转移矩阵为；
[0105][0106]
式中，μ1，μ2表示输入事件x1、x2的维修率，λ1，λ2表示输入事件x1、x2的故障率；
[0107]
由状态转移矩阵a可知，可修复动态故障树的冷备用逻辑门状态概率可通过以下公式计算：
[0108][0109]
p0(t)、p1(t)、p2(t)分别表示方程组的3个解；p
’0(t)、p
’1(t)、p
’2(t)分别是p0(t)、p1(t)、p2(t)的导数。
[0110]
求解上式方程组，即可得到冷备用逻辑门定量计算公式：
[0111][0112]
其中，e为指数函数，n为部件个数；δ(s)＝s2+2(λ+μ)s+(λ2+λμ+μ2)，s1,s2是δ(s)＝0的两个根，μ表示维修率，λ表示故障率,且
[0113][0114]
s24，推导功能逻辑门定量计算公式；如图4所示，其中μiδt为输入事件xi在δt时间内由维修率μi引起系统状态转移的可能性，λiδt为输入事件xi在δt时间内由故障率λi引起系统状态转移的可能性。如图4中，0对应下表规则1，1对应下表规则2，2对应下表规则3，以此类推。
[0115]
反馈逻辑门定量运算规则列表
[0116][0117]
柴油机系统中某组件失效发生(触发事件x3),当事件x3发生，则组件x1、x2同时发生失效。一般用来描述反馈环节，与通路上的组件故障发生的关系。s
x(i)
(t)表示功能门输入事件xi在t时刻的正常工作概率，f
x(i)
(t)为功能门输入事件xi在t时刻的失效状态概率，sy(t)表示功能门输出事件y在t时刻的正常工作概率，fy(t)为功能门输出事件y在t时刻的失效状态概率，λ1、λ2和λ3分别为组件x1、x2和x3的故障率。μ1、μ2和μ3分别为组件x1、x2和x3的等效修复率。由功能门失效逻辑可知，可修复动态故障树的功能门状态转移矩阵为；
[0118][0119]
式中，μ1，μ2，μ3表示输入事件x1、x2、x3的维修率，λ1，λ2，λ3表示输入事件x1、x2、x3的故障率；
[0120]
由功能门失效逻辑状态转移矩阵a可知，可修复动态故障树的功能逻辑门状态概率可通过以下公式计算：
[0121][0122]
p0(t)、p1(t)、p2(t)、p3(t)、p4(t)分别表示方程组的5个解；p
’0(t)、p
’1(t)、p
’2(t)、p
’3(t)、p
’4(t)分别是p0(t)、p1(t)、p2(t)、p4(t)、p5(t)的导数。
[0123]
求解上式方程组，即可得到冷备用逻辑门定量计算公式：
[0124][0125]
s25，推导热备逻辑门定量计算公式；如图5所示，其中μiδt为输入事件xi在δt时间内由维修率μi引起系统状态转移的可能性，λiδt为输入事件xi在δt时间内由故障率λi引起系统状态转移的可能性。如图5所示，下表中，0对应下表规则1，1对应下表规则2，2对应下表规则3，以此类推。
[0126]
热备门状态组合表
[0127][0128]sx(i)
(t)表示热备门输入事件xi在t时刻的正常工作概率，f
x(i)
(t)为热备门输入事件xi在t时刻的失效状态概率，μi为输入事件xi的维修率，λi为输入事件xi的故障率。sy(t)表示热备门输出事件y在t时刻的正常工作概率，fy(t)为热备门输出事件y在t时刻的失效状态概率，μy为输出事件y的维修率，λy为输出事件y的故障率。由热备门失效逻辑可知，可修复动态故障树的热备门状态转移矩阵为；
[0129][0130]
由状态转移矩阵可知，热备门定量计算公式如下：
[0131]
[0132]
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；
[0133]
即：建立可修组件状态转移矩阵，由状态转移求得可修组件再t时刻的可用度，通过直接算法求得可修复动态故障树顶事件的瞬态可用度(即柴油机电控系统成功概率)；步骤s3具体包括：
[0134]
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；
[0135]
假设复杂可修系统中组件只有两种状态：正常可用状态和失效状态分别为λa和μb,则可修组件可用状态和失效状态分别为0和1。
[0136]
则可修组件的状态转移矩阵：
[0137][0138]
根据可修系统的markov定理可知，可修组件的状态矩阵可转化为：
[0139][0140]
其中，p0′
(t),p1′
(t)是p0(t),p1(t)的导数。p0(t),p1(t)分别表示方程组的2个解。
[0141]
对上述公式两端做l变换，可得到方程组：
[0142][0143]
根据(p0(0),p1(0))＝(1,0),求解得：
[0144][0145]
由初始条件，可修组件t时刻的可用度为：
[0146][0147]
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。
[0148]
假设单元输出正常工作概率为a(t)、停工状态概率为则顶事件下有n个底事件单元，且底事件单元失效逻辑为or。t时刻顶事件正常工作概率为p(t)＝a1(t)
·
a2(t)
·
...
·an
(t)。则顶事件下有n个底事件单元，且底事件单元失效逻辑为and。t时刻顶事件停工状态概率为
[0149]
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；该步骤s4具体包括：
[0150]
s41，可修复动态故障树时间算子规则；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：
[0151]
规则1：表示或逻辑，
⊙
表示与逻辑；
[0152]
规则2：x1＜x2表示组件x1和组件x2同时发生失效；
[0153]
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；
[0154]
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。
[0155]
s42，对可修复动态故障树逻辑门的失效行为进行表述，包括：
[0156]
假设有可修组件x1和x2,则or门时间算子表达式为：
[0157]
and门时间算子表达式为：t
and
＝x1⊙
x2；
[0158]
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：
[0159]
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：
[0160]
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；
[0161]
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：
[0162]
s43，利用时间算子结构函数对动态故障树顶事件进行规范化，求得可修复故障树的最小割集；
[0163]
可修复动态故障树结构函数标准型为：
[0164]
式中，cssr为割集；
[0165]
则最小割集计算公式为：
[0166][0167]
假设最初始时r＝1，，则最小割集计算公式迭代q次，直致te_minq不满足r表示部件索引值；h表示最小割集计算公式迭代数。
[0168]
s5、计算可修复动态故障树结构重要度；
[0169]
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qb(x)；
[0170]
则组件的结构重要度为：
[0171]
上式中，a表示割序集个数。
[0172]
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；
[0173]
根据系统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根据专家经验分配评分的权重。将步骤s5得到的每个组件的结构重要度代入单元组件重要度。
[0174]
建立决策矩阵d。
[0175][0176]
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。
[0177]
通过下式将决策矩阵d标准化。
[0178][0179]
上式中，p为参与评价的组件个数，g为参与评价的个数。
[0180]
得到标准化的决策矩阵r
df
；
[0181]
计算各评价指标的正理想解r
+
和负理想解r-。
[0182][0183]
上式中，f为评价指标序数最小值，f'为评价指标序数最大值。
[0184]
sd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rd：
[0185][0186]
上式中，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。
[0187]
通过下式，计算利益比值：vd为第d个组件的“大多数准则”策略的决策机制系数。
[0188][0189]
最后，根据各组件的利益比值qd进行维修重要度排序。
[0190]
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。从而找出柴油机系统的薄弱组件单元，有助于柴油机系统在寿命全周期可靠性的增长。
[0191]
本发明提供的一种基于可修复动态故障树的柴油机可靠性评估方法，首先，根据柴油机电控系统结构确认系统输入、输出边界、可靠性参数和系统失效准则；并利用马尔可夫可修系统理论建立可修复动态故障树逻辑门的计算公式。为了确定柴油机系统薄弱环节使用时间算子最小割集算法求得柴油机系统的故障组件的最小割集。为了更好的判断柴油
机系统维修重要度，使用多准则妥协解排序法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。此外，本发明通过蒙特卡洛仿真结果对比表明，所设计的可修复动态故障树方法提高了柴油机电控系统可靠性分析效率。
[0192]
本实施例中，比如可采用matlab 2019b作为仿真计算软件，模拟柴油机电控系统同时考虑动态维修和故障特征时的可靠性评估，采用本发明的可修复动态故障树分别与蒙特卡洛一万次仿真、蒙特卡洛一百万次仿真进行对比，输出基于可修复动态故故障树建模的柴油机电控系统的可用度定量分析值。
[0193]
本实施例假设柴油机电控系统和组件的工作状态取故障和正常两种状态，且组件故障率和修复率服从指数分布。如图6所示，为柴油机电控系统原理图，则组件启动信号x1、控制信号x2、脚踏板信号x3、对话装置x4、电源x5、备用电源x6、控制器x7、传感器系统x8、执行装置x9、断油电磁阀x
10
，其故障率(10-3
/h-1
)分别为0.082、0.07、0.05、0.064、0.04、0.04、0.05、0.01、0.022和0.07，维修率(/h-1
)分别为1.3、1.5、0.8、0.5、0.6、0.6、1.5、0.85、0.96和0.8。所建立的可修复动态故障树如图7所示。
[0194]
在蒙特卡洛仿真方法对柴油机电控系统进行定量可靠性分析时，根据系统组成单元的故障率λ和维修率μ，求得系统中每个单元的可用度公式并输入到仿真当中，产生一个0-1均匀分布的随机数数组，根据单元可用度和随机数数组判断各单元是否处于故障。根据系统的最小割集和最小路集，以及系统单元的故障情况，确定系统是否故障，仿真m次，记录系统处于成功状态的次数m，当仿真次数m足够大时，计算系统可靠可用度越接近实际。
[0195][0196]
上式中，t为时间变量，单位h。
[0197]
在计算可修复动态故障树维修重要度时，其中评价指标值根据专家打分确定，根据专家经验分配评分的权重。本次邀请三位一直在此领域工作15年、10年和5年的专家，分配三位专家的评分权重分别为0.4、0.3和0.3。电控系统最小割集评价指标值转为为决策矩阵为:
[0198][0199]
本决策矩阵，只给出最小割集x1、x2、x3和x4的评价指标值。
[0200]
图8给出了可修复动态故障树与蒙特卡洛一万次仿真在30h内的电控系统可用度变化曲线，黑色空心圆点线为可修复动态故障树在30h内的电控系统可用度变化趋势，三角点线为一万次蒙特卡洛仿真在30h内的电控系统可用度变化趋势。一万次蒙特卡洛模拟仿真计算时间为15.34s,且由图8中可以看出，一万次蒙特卡洛模拟仿真随机波动很大。
[0201]
图9给出了可修复动态故障树与蒙特卡洛一百万次仿真在30h内的电控系统可用度变化曲线，黑色空心圆点线为可修复动态故障树在30h内的电控系统可用度变化趋势，三角点线为一百万次蒙特卡洛仿真在30h内的电控系统可用度变化趋势。一百万次蒙特卡洛模拟仿真计算时间为134.04s,且由图9中可以看出，一百万次蒙特卡洛模拟仿真随机波动逐渐趋于平稳，接近可修复动态故障树计算值。
[0202]
图10给出了柴油机电控系统最小割集的维修重要度。由图10可以看出，在可修复动态故障树定量分析中最小割集k10的维修重要度最高，柴油机电控系统中组件x8、x9和x
10
为系统的薄弱环节。在后续维修活动中重点监控这三个组件，避免在系统运行中发生事故。
[0203]
从上述的仿真结果可以明显看出，本发明所提出的一种基于可修复动态故障树的柴油机电控系统可靠性评估方法可以快速、准确的评估系统可靠性，其精度和计算速度明显优于蒙特卡洛模拟仿真。
[0204]
综上所述，本发明的一种基于可修复动态故障树的柴油机电控系统可靠性评估方法，精度高、普适性强，能够准确的评估柴油机电控系统的可靠性。
[0205]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。