环形桁架式空间薄膜展开机构运动精度可靠性建模与分析

空间薄膜展开机构的姿态和位置精度会对薄膜索网的工作形态产生影响。文章首先构建环形桁架式空间薄膜展开机构运动精度可靠性理论模型,然后基于ADAMS建立考虑展开机构杆长误差的参数化仿真模型,并采用蒙特卡罗法对展开机构进行运动精度可靠性仿真分析,求解运动精度可靠度。结果表明,以机构展开到位时折展杆支撑点所拟合的空间圆心坐标位置误差及半径误差作为其运动精度可靠性量化评价指标是正确的。该研究可为空间薄膜展开机构的可靠性设计提供参考。

数控磨床电控系统可靠性建模与评估研究

电控系统作为数控磨床关键子系统之一,尚未有学者对其开展可靠性建模与评估研究。文章对北京第二机床厂提供的MKS型数控磨床电控系统故障数据进行预处理,并绘制概率密度散点图,发现图像趋势符合威布尔分布或指数分布,再利用最小二乘法进行参数估计,经模型检验后引入灰关联度进行模型优选,确定电控系统故障数据所属分布模型为指数分布。最后计算了电控系统平均故障间隔时间MTBF、平均维修时间MTTR和固有可用度A_(inh)。评估结果已反馈给厂家并获得认可,对提升数控磨床整机的可靠性水平有重要意义。

某重型数控机床可靠性建模及评估研究

与传统的机床相比,重型数控机床存在结构复杂、故障溯源困难、样本少、数据不足等缺点,因此对它进行可靠性研究比较困难。针对这一问题,分析某厂TH系列重型数控机床的故障数据,利用威布尔分布函数建立某重型数控机床的可靠性模型;为了获得更高的拟合精度,采用最小二乘线性回归分析法、极大似然估计法和灰色模型估计法3种方法来进行参数估计并选取最优值。通过K-S检验证明了以极大似然估计法所建立模型的威布尔分布拟合误差最小、精度最高;以极大似然估计出的模型作为可靠性评估模型,通过计算得到此系列重型数控机床的观测值与点估计值分别为298.155 0、298.675 9 h,二者基本相等,证明了模型的正确性。

基于非齐次泊松过程的康复诊疗设备可靠性建模研究

目的:研究基于非齐次泊松过程的康复诊疗设备可靠性建模方法,提升康复诊疗设备可靠性分析效果。方法:统计和分析康复诊疗设备在特定时间段内的总运行时间,对其运行数据展开趋势检验,以浴盆曲线为康复诊疗设备故障时的变化趋势;在浴盆曲线变化趋势条件下建立康复诊疗设备非齐次泊松过程可靠性模型;采用最小二乘估计法,估计康复诊疗设备的非齐次泊松过程可靠性模型参数,确定康复诊疗设备的可靠性指标,完成康复诊疗设备可靠性建模,并用于康复诊疗设备管理中。选取2022年4—10月解放军总医院第二医学中心临床在用的17台康复诊疗设备,其中脉冲短波治疗仪6台,干扰电治疗仪5台,吞咽障碍治疗仪3台,空气波压力治疗仪3台,2022年7月医院将基于非齐次泊松过程的康复诊疗设备可靠性建模方法应用于康复诊疗设备管理,对比基于非齐次泊松过程的康复诊疗设备可靠性建模方法应用前后康复诊疗设备的故障率变化。结果:17台康复诊疗设备可靠性建模方法应用前的平均故障率为64.71%(11/17),应用后降至23.53%(4/17),其中6台脉冲短波治疗仪故障率由应用前的66.7%(4/6)降至16.7%(1/6),5台干扰电治疗仪故障率由应用前的60.0%(3/5)降至20.0%(1/5),3台吞咽障碍治疗仪故障率由应用前的66.7%(2/3)降至33.3%(1/3),3台空气波压力治疗仪故障率由应用前的66.7%(2/3)降至33.3%(1/3)。结论:基于非齐次泊松过程的康复诊疗设备可靠性建模方法能够精准计算康复诊疗设备的故障强度函数与累积故障强度函数,降低康复诊疗设备故障率,提升康复诊疗设备使用质量。

装备体系可靠性概念、建模与预计方法研究

武器装备体系执行任务复杂多样,其可靠性直接影响装备战备完好性与效能。传统可靠性建模与预计方法未充分考虑装备体系组成系统之间的资源共享与信息融合特征,难以满足现代化装备体系化和集群化需求。因此,分析给出装备体系可靠性相关概念,并提出了一种基于广义有效OODA(observation,orientation,decision,action)环的装备体系可靠性建模与预计方法。首先,对装备系统与体系可靠性相关概念进行辨析,分析装备体系可靠性、维修性、测试性、保障性和安全性概念内涵。其次,考虑装备体系节点异质性与连边有向性,建立资源与信息共享条件下的装备体系OODA网络模型。然后,考虑装备体系节点与通信链路的随机、蓄意攻击失效和重构策略,提出基于广义OODA环的装备体系可靠性建模与预计方法。最后,以100个无人机组成的无人装备体系为对象验证所提方法的有效性与实用性,进而提升其作战效能。

基于失效物理的风电机组多故障可靠性建模方法

风电机组由于功能结构复杂且工作环境恶劣导致其退化状态呈现多样性特点,失效形式往往是多种故障耦合作用的结果,因此单独采用某一变量的性能退化过程作为评估风电机组寿命及可靠性模型是不全面的。为了更精确反映系统内部和外部性能指标的相关性,提出了一种基于失效物理的风电机组多故障可靠性建模方法。首先分析了风电机组多应力耦合下的工作环境和故障特性,通过基于失效物理的可靠性仿真分析方法获得寿命分布函数,并将其作为边缘分布函数;其次在考虑故障模式相关性时,引入两阶段估计法对Copula函数的模型进行参数估计。通过对比不同类型Copula函数的秩相关系数和平方欧氏距离,确定最优Copula函数。最后利用Skla定理和逐步分析的思想,建立多故障模式耦合下的简化风电机组可靠性模型。结果表明,考虑可靠性指标相关性时得到的可靠性结果更加合理,同时该方法避免了风电机组寿命预测和可靠性评估的保守估计,具有较好的实用性和可操作性。

人在环装备的可靠性建模与预计方法研究

为解决“人在环”装备可靠性工程实践难题,论文突破现有可靠性建模和预计方法的缺陷和局限性,提出在系统可靠性建模和预计过程中考虑人员特性对系统性能的影响,引入人因可靠性的概念,改进传统可靠性建模和预计技术方法,形成适用于人在环装备系统的新型可靠性建模与预计方法,并给出了具体的实施步骤。针对常见的典型可靠性模型,运用普通概率法,给出人在环装备系统的可靠性数学模型,其中采用统计方法和一种人的可靠性分析模型获取人因可靠性数据。实际算例分析表明,针对人在环装备系统论文提出的技术方法具有普适性和易操作性,相应的基本可靠性和任务可靠性建模与预计结果更真实有效。

基于二元相关的器件级可靠性建模与剩余寿命预测研究

器件作为部件及设备的主要组成部分,其可靠性及健康状态对设备功能完好性及任务可靠性具有重大影响。本文针对复杂应力条件下单一性能退化的可靠性建模不能全面地评估器件的状态和退化,提出基于Copula函数的二元性能退化联合建模的流程和方法,将联合建模分解为边缘退化模型选择与确定和性能参数之间关联性的构建两部分。同时,基于卡尔曼滤波方法,提出二元性能退化的剩余寿命预测方法,并利用芯片试验数据进行验证,应用于基于两焊点退化的芯片可靠性建模和剩余寿命预测。

考虑性能热衰减和热失控传播的大规模电池储能系统可靠性建模与评估

功率、能量密度相对均衡的大规模电池储能在新型电力系统中具有广阔应用前景。然而,电池储能的可靠运行与工作环境温度强相关。一方面,异常温度加快电池容量衰减;另一方面,热失控现象极易导致系统严重故障,但现有关于电池储能系统可靠性的研究未有效考虑热效应及其传播的影响。针对此问题,该文提出计及性能热衰减和热失控传播的大规模电池储能系统可靠性分析方法。首先,构建考虑拓扑结构的电池储能系统模糊多状态模型,在故障数据相对缺乏的条件下科学描述电池正常、衰减、完全故障等性能水平和对应概率;结合电池循环寿命模型以及性能分布均值与温度的随变关系,量化不同环境温度下,电池在各时刻的性能衰减程度。然后,从电池组内热量传递角度,建立电池储能系统热失控传播模型,以预测不同电池达到热失控临界温度的时序。在此基础上,构建电池储能系统可靠性评估指标和流程。最后,结合测试系统验证所提模型和方法的有效性,说明单个电池高温下的性能突变对整个储能系统的性能有明显影响。

基于故障关联度的数控系统可靠性建模

为了研究高可靠长寿命高档数控系统可靠性,提高数控系统可靠性模型的拟合效果,提出一种基于故障关联度的数控系统可靠性建模方法。首先,基于关联规则,利用FP-Growth算法挖掘频繁项集,通过对故障数据的挖掘建立一个既满足最小支持度又满足最小置信度的关联规则;其次,提出基于故障关联度的数控系统建模方法并给出故障关联因子的计算公式,通过故障关联因子对Weibull分布模型进行优化,建立改进模型,并与Weibull分布模型进行了对比。结果表明,改进模型的均方误差远小于Weibull分布模型,且在超过400 h之后改进模型与故障数据的拟合效果优于Weibull分布模型,该模型完善了数控系统可靠性评估方法,提高了数控系统的故障预测能力。

考虑阶段备份的多态多阶段任务系统可靠性建模方法

近些年来,由于在航空航天、分布式计算以及核电系统等系统中广泛的应用,多阶段任务系统(phased mission system, PMS)可靠性理论与方法得到了广泛的关注与研究。在现代航天系统,尤其是载人航天系统,为了使整个系统的任务可靠性更高,经常会采用任务备份的方法来提高系统的任务可靠性。针对该类型的问题,提出一种基于多态多值决策图(multistate multi-valued decision diagram, MMDD)的方法。首先,将阶段故障树模型转化为阶段模型,其次,根据阶段代数方法将阶段模型融合为系统模型。在阶段模型融合过程中,通过增加随机变量的方法对单元经历的阶段进行统计,从而实现降低所建立的系统模型大小,提高建模效率,并以某型航天器推进子系统为例对建模方法进行说明。

基于GSPN的多级串联系统可靠性建模与分析

对含8台加工设备和3个缓冲区的曲轴精磨串联系统展开了运行可靠性研究,通过区分延时变迁和瞬时变迁,将模型的状态空间划分为显状态和隐状态,构建了系统的广义随机Petri网(GSPN)模型,描述了系统的运行原理和动态过程。通过消去隐状态,构造并分析了广义随机Petri网模型的同构退化嵌入马尔可夫链,计算了系统各显状态的稳态概率,求解了曲轴精磨加工系统的稳态可用度,为分析含缓冲区多级串联复杂系统的动态过程提供了参考。

齿轮传动系统可靠性快速建模的数字化分析方法

机械系统的可靠性研究主要包括可靠性设计、分配、建模、分析、评价等方面的内容。只有创建正确合理的模型,采用正确的分析方法,才能得到准确的可靠性评价结果。针对复杂机械系统可靠性建模计算量大和耗时长等问题,提出了一种齿轮传动系统可靠性快速建模的数字化分析方法。首先,建立了考虑各个零件载荷相关性的系统可靠性模型,采用可靠性数学模型,求解了传动零件可靠度,利用可靠性关系模型,对整个系统、子系统及零件的相互关系进行了表征,设计了齿轮传动系统可靠性快速建模数字化平台;然后,探讨了可靠性模型和算例报告的自动生成方法,研究了齿轮传动系统可靠性数字化建模的遍历算法,开发了参数化输入模块、数值求解模块和自动化结果输出模块;最后,以功率分支齿轮传动系统为例,进行了可靠性建模数字化分析,并将解析计算结果与软件仿真结果进行了对比分析。研究结果表明:解析计算结果与软件仿真结果两者误差仅为0.016%,从而验证了该可靠性建模数字化分析方法及软件的正确性和高效性;同时,该方法具备保存加载算例、自动生成可靠性模型框图和快速计算系统可靠度等功能,为齿轮传动系统可靠性建模快速设计提供了一种数字化平台。

基于最小距离法的数控磨床液压系统可靠性建模与模型优选

针对目前数控磨床可靠性建模时拟合优度检验区分度不高的问题,提出以样本数据和拟合曲线之间距离最小的可靠性模型优选方法。基于采集到的故障数据,利用5种常用的分布函数对数控磨床液压系统进行可靠性建模,采用现有拟合优度检验方法与所提最小距离法对5种分布模型进行拟合优度检验。结果显示:数控磨床液压系统的最优可靠性模型为伽马分布;与灰色关联度法、K-S检验等方法相比,最小距离法不仅优选结果准确,且平均区分度分别提高了99.6%、135.6%。

基于退化量分布的电连接器绝缘可靠性建模

针对贮存环境下电连接器的绝缘可靠性评估问题,通过对聚氨酯胶绝缘件在贮存条件下的失效机理分析,揭示了电连接器发生绝缘失效是由于聚氨酯胶发生了氧化和水解。基于表面中心复合法(CCF)设计并开展九组双应力加速试验,获取绝缘件在不同应力组合下各个检测时刻的退化量。基于Anderson-Darling统计对退化量进行最优分布拟合,确定聚氨酯胶绝缘件的绝缘电阻最优服从正态分布,并建立了聚氨酯胶绝缘件的退化量分布模型。通过比较拟合优度,确定了退化量分布模型中均值和标准差的时间函数形式为指数函数,并利用最小二乘法对模型未知参数进行估计。基于响应曲面理论,建立了参数的温湿度双应力加速模型。基于系统可靠性的串联关系,建立了电连接器的绝缘可靠性模型,计算了电连接器绝缘件在正常应力下的可靠寿命,可以为贮存环境下电连接器的绝缘可靠性评估提供参考。

空间环境下在轨卫星太阳电池阵可靠性建模研究

围绕在轨卫星高可靠的需求,充分考虑太阳电池阵的物理特性及其在空间环境下的退化失效特点,以经典单二极管电池单元模型为基础,推导形成电池阵的伏安特性关系,形成电池阵最大功率点跟踪(MPPT)算法的解析模型,再根据失效阈值理论提出了空间环境下电池阵可靠性建模方法,并结合Simulink仿真通过了对模型的检验,并用蒙特卡洛方法完成了可靠度的计算。本文所提出的太阳电池阵列可靠性模型比之传统的串并联模型更加符合工程实际,可为卫星太阳电池阵可靠性设计提供参考。

考虑冲击与阶段备份的多阶段任务系统可靠性建模

近年来,由于在航空航天、军事、核能等领域的广泛应用,多阶段任务系统(phased mission system,PMS)可靠性建模方法得到了广泛的关注。航天系统所包含的电子设备会由于自身的老化导致性能退化而失效,同时也会因为外界的随机冲击导致失效,严重影响系统可靠度。针对该问题,提出一种基于模块化方法的模型。首先,将冲击模型与半马尔可夫过程结合,计算受冲击影响的工作单元可靠度。然后,提出一种基于二元决策图(binary decision diagram,BDD)模型的方法,对同时考虑冲击与阶段备份的PMS进行可靠性建模。最后,以某型航天器中的推进子系统为例对所提方法进行说明,并应用蒙特卡罗方法进行验证,证明了所提方法的建模效率与准确性。

基于储能电站机会约束规划方法的供电可靠性建模分析

为降低传统供电可靠性分析方法的设备故障率,提升供电设备的可靠性,提出基于储能电站机会约束规划方法的供电可靠性建模分析方法。依据储能电站目标函数的经济指标,基于机会约束方法构建出储能电站供电规划模型,根据概率形式获取功率平衡、线路传输和储能单元的约束条件,实现储能电站供电可靠性最大化分析;采用粒子群算法求解供电规划模型,根据算法流程获取模型最优解,完成对储能电站供电的规划,提升供电可靠性。实验结果可知,供电时间为50 h时,实测的维修率均值为4.5%,该文方法的维修率仅为3.8%;供电设备有5种时,实测的故障率均值为7.5%、失效率均值为5.6%,该文方法的供电设备故障率为2.7%、供电设备失效率为2.0%,说明该文方法的供电可靠性最高。

雷达转台液压系统可靠性影响评价预测研究

针对当前雷达液压系统可靠性合理建模及影响评价体系难以构建及评估的现状,以某典型机载雷达转台液压系统为研究对象,提出一种基于危害性分析的可靠性影响评价预测方法。利用模糊判断矩阵以获得指标的权重系数,对可靠性进行建模仿真分析,从而为准确预测系统的可靠性提供理论支撑。在此基础上,通过对转台液压系统故障原因进行全面梳理,构建了液压系统可靠性影响评价体系。运用Elman网络,结合实证分析对可靠性影响评价模型进行预测,为雷达转台液压系统故障的综合分析提供了整体解决方案。这也为进一步提高雷达液压系统的可靠性提供了合理思路。该研究可为雷达其他分系统可靠性分析提供参考。

风电场可靠性建模

考虑风速和风向的随机变化、风电机组的功率特性、不同风电场之间风速的相关性以及风电机组停运模型、风电场尾流效应和气温的影响,建立了风电场可靠性模型及尾流效应模型。仿真结果验证了所提模型的有效性。该模型为进一步研究含风电场的电力系统可靠性评估、风电场容量可信度以及其他风电场并网问题打下了基础。