[发明专利]一种系统维修率确定及优化的方法

说明书

技术领域

本发明涉及安全系统工程，特别是涉及系统维修率确定及优化。

背景技术

实际中，一般希望系统在宏观上达到一定的目标，如系统的可靠性、可用性、故障率、总维修费用等。系统宏观目标的实现，难以从系统的总体层面来保证，应通过对组成系统的基本元件参数进行控制来保证系统的目标，这些参数包括:元件的失效率、维修率、维修成本等。如元件失效率这样的参数是元件本身性质决定的，使用者无法改变；而维修率是可以在工作中调整的，即可通过维修率的调整达到系统的某些宏观目标。对于元件失效率一般情况下是一个定值，但是实际上很多元件失效率受到工作环境的影响，即是变失效率，如温度，工作时间，气压等。另一个问题是现代的系统为保证可靠性都会采取备件策略。那么在考虑上述问题后如何确定系统中元件维修率，从而保证系统宏观目标的实现就成为了问题。

根据对系统可靠性的研究，提出使用空间故障树理论表示元件的变失效率，使用动态故障树理论表示含有备件系统结构及系统宏观目标与元件参数的联系，从而得到满足要求的元件维修率分布。并针对实际中三种情况下系统性能期望得到了对应的元件维修率分布。

发明内容

1空间故障树

空间故障树(Space Fault Tree，SFT)是在2012年提出的，截止目前已经取得了一些研究成果。空间故障树的基本理论认为系统工作于环境之中，由于组成系统的基本事件或物理元件的性质决定了其在不同条件下工作的故障发生概率不同。例如，如电气系统中的二极管，它的故障概率就与工作时间、工作温度、通过电流及电压等有直接关系。如果对这个系统进行分析，各个元件的工作时间和工作适应的温度等可能都不一样，随着系统整体的工作时间和环境温度的改变，系统的故障概率也是不同的。这种现象是实际存在的，但是往往是被忽视的，而认为故障概率恒定不变。

笔者尝试使用SFT表示系统中元件的变失效率。为了清晰的描述SFT理论和下面的分析过程，列出必要SFT相关内容和被分析系统的例子。就简单的电气系统进行论述，该系统由二极管组成，二极管的额定工作状态受很多因素影响，其中主要的是工作时间t和工作温度c。针对由这两个因素影响的电气系统作为研究对象。相关定义如下:

1)空间故障树(或多维空间事故树):基本事件的发生概率不是固定的，是由n个因素决定的，这样的事故树称为多维事故树，用T表示。

2)基本事件的影响因素:使基本事件发生概率产生变化的因素。在本例中，t表示时间因素，c表示温度因素。

3)基本事件的发生概率的特征函数(特征函数):基本事件在单一影响因素影响下，随影响因素的变化表现出来的发生概率变化特征。其可以初等函数，分段函数等，用P^x_i(x)表示，i表示第i个元件，x代替影响因素。如本例第i个原件的时间特征函数P^t_i(t)＝1-e^-λt,及温度特征函数P^c_i(c)＝0.5(cos(2πc/A)+1)，其中，t为元件使用时间，λ为单元故障率，A为温度变化范围。

4)基本事件的发生概率空间分布:基本事件在n个影响因素影响下，随他们的变化在多维空间内表现出来的发生概率变化。n个影响因素作为相互独立的自变量，基本事件发生概率作为函数值。用P_i(x₁,x₂,…,x_n)表示，即P_i(x₁,x₂,…,x_n)＝1-П(1-P^xi_i(xi))，其中i＝1,2,…,n,n为影响因素个数，本例中为P_i(t,c)＝1-(1-P^t_i(t))(1-P^c_i(c))。

2动态故障树

动态故障树法是20世纪90年代由J.B.Dugan教授为分析空间站和空中交通控制系统的可靠性而提出的一种分析具有动态随机性故障特点的系统可靠性的方法。动态故障树法是在故障树的基础上引入动态逻辑门，如冷储备门、热储备门、顺序相关门、优先与门等，用于表征系统的冷储备、热储备、可修复、资源共享等动态特性。