Methodology for reliability allocation based on fault tree analysis and dualistic contrast

Reliability allocation is a difficult multi-objective optimization problem. This paper presents a methodology for reliability allocation that can be applied to determine the reliability characteristics of reactor systems or subsystems. The dualistic contrast,known as one of the most powerful tools for optimization problems,is applied to the reliability allocation model of a typical system in this article. And the fault tree analysis,deemed to be one of the effective methods of reliability analysis,is also adopted. Thus a failure rate allocation model based on the fault tree analysis and dualistic contrast is achieved. An application on the emergency diesel generator in the nuclear power plant is given to illustrate the proposed method.

Fault Tree Analysis of CNC Machine Tool Based on BDD Technology

CNC machine tool is a large complex system which contains both mechanical and electrical components.As one of these components,the spindle is crucial for the performance of CNC machine tool.To improve the quality of CNC machine,the reliability of spindle was evaluated in this paper using a fault tree analysis(FTA)method.The FTA method is a set of calculation methods based on Boolean algebra.However,it is difficult to analyze a large and complex fault tree with inaccurate results and low efficiency as well as the complexity of time and space.Both of them will result in the so-called "combinatorial explosion".To overcome this problem,the analysis method based on binary decision diagram(BDD)was introduced in our works,and a sorting method about bottom events was also recommended which can reduce the size of the BDD effectively.

APPLICATION OF FUZZY SET THEORY IN FAULT TREE ANALYSIS

Based on the fuzzy set theory and the expand principle, using fuzzy number as the boundary condition of fault tree analysis, a new method of analyzing fuzzy fault probability of the top event is developed. Fuzzy importance analysis of the basic event is proposed as well. A practical example is given. This method is a new way to solve the obscure problems of fault tree analysis and has great value in engineering practice.

RELIABILITY ANALYSIS OF THE PRIMARY CYLINDER OF THE 10MN HYDRAULIC PRESS

According to the demand of high reliability of the primary cylinder of the hydraulic press, the reliability model of the primary cylinder is built after its reliability analysis. The stress of the primary cylinder is analyzed by finite element software—MARC, and the structure reliability of the cylinder based on stress strength model is predicted, which would provide the reference to the design.

Reliability Analysis for Complex Systems Based on Dynamic Evidential Network Considering Epistemic Uncertainty

Fault tolerant technology has greatly improved the reliability of modern systems on one hand and makes their failure mechanisms more complex on the other.The characteristics of dynamics of failure,diversity of distribution and epistemic uncertainty always exist in these systems,which increase the challenges in the reliability assessment of these systems significantly.This paper presents a novel reliability analysis framework for complex systems within which the failure rates of components are expressed in interval numbers.Specifically,it uses a dynamic fault tree(DFT)to model the dynamic fault behaviors and copes with the epistemic uncertainty using Dempster-Shafer(D-S)theory and interval numbers.Furthermore,an approach is presented to convert a DFT into a dynamic evidential network(DEN)to calculate the reliability parameters.Additionally,a sorting method based on the possibility degree is proposed to rank the importance of components represented by interval numbers in order to obtain the most critical components,which can be used to provide the guidance for system design,maintenance planning and fault diagnosis.Finally,a numerical example is provided to illustrate the availability and efficiency of the proposed method.

基于T-S模糊故障树的驱动电机冷却系统可靠性分析

车用驱动电机液压冷却系统存在故障机理不确定等问题。本文应用模糊数描述其故障概率和故障程度,建立驱动电机冷却系统的T-S模糊故障树模型,计算系统模糊可能性,分析各部件的概率重要度和关键重要度,找出影响系统可靠性的关键部件。

故障树自动建树及分析软件的实现

故障树分析(Fault Tree Analysis)在系统可靠性评估中起着至关重要的作用。然而,作为故障树分析的核心故障树(FT)的构建,传统构建故障树的方法存在耗时长且容易出错等缺点。为了解决这些问题并应对复杂系统自动建造故障树的困难,该文提出一种基于元部件模型及系统结构模型的规范化描述方法,并以此为基础,通过建立元部件模型库、复杂标识符库,设计出故障树自动建树及分析软件,实现系统结构模型搭建、自动建树、复杂结构识别处理及可靠性分析过程的全自动化。详细阐述了故障树自动建树软件自动建树及分析的基本步骤,并通过一个简化的汽车ABS系统应用实例验证了该软件的有效性和可行性。实例应用结果表明,该故障树自动建树及分析软件不仅能够实现自动构建和分析故障树,提高工作效率,而且能够识别处理具有复杂结构的故障树,对复杂系统的自动建树及可靠性分析的推广具有重要意义。

基于故障树和贝叶斯网络的履带车辆行星变速机构可靠性分析

行星变速机构作为履带车辆传动系统的核心部件,其可靠性直接影响履带车辆的正常运行。以履带车辆行星变速机构为研究对象,基于实测试验结果建立故障树,将故障树转化为贝叶斯网络(Bayesian Network,BN)模型,并考虑行星变速机构正常、普通故障、严重故障3种状态进行可靠性分析。研究结果表明,行星变速机构失效概率为89.34×10^(-8)h^(-1),其工作400 h的可靠度为0.99964,符合设计要求;利用贝叶斯网络双向计算的功能,可知当行星变速机构发生失效,由主轴断裂或摩擦片烧蚀、翘曲、断裂或齿轮疲劳断齿引起的可能性较大。为后续装备检修、改进设计提供理论依据。

复合翼eVTOL电池需求及对动力总成安全性的影响

动力电池是电动化飞行得以实现的重要组成部分,其技术层次和安全水准对电动垂直起降飞行器(Electric Vertical Take off and Landing aircraft,eVTOL)的商业化推广尤为重要。本文在典型飞行任务下,研究电池性能对eVTOL飞行器的运营性能、适航性能和安全性能的影响。利用开源软件SUAVE(Stanford University Aerospace Vehicle Environment,SUAVE)对复合翼eVTOL进行了整机与动力总成的建模,利用故障树分析(Fault Tree analysis,FTA)方法对动力总成进行了安全性分析。通过仿真,发现在现有电池技术水平下,电池的放电倍率约束是决定电池性能需求的关键限制条件,针对本文设计的eVTOL,372 Wh/kg是满足所有安全约束的最低能量密度,在使用过程中电池容量的衰退是设计者选择电池能量密度的重要参考指标。单独改善电池的可靠性对动力总成可靠性的提升是有限的,但电池性能的衰退将使电池成为动力总成失效的主要因素。通过FTA发现本文搭建的典型动力总成失效率为1.524×10^(-7),接近SC-VTOL-01中单座飞行器的基础级灾难性故障率要求。

基于故障树分析法的某控制系统故障与可靠性研究

针对复杂卫星载荷控制系统高可靠性提升问题,聚焦系统故障潜在原因,提出一种基于量化底事件与顶事件重要度解析的故障树分析方法。以卫星载荷控制系统设计原理及功能为基础,利用故障树分析法定义故障树顶事件,查找故障原因,确定与底事件之间的逻辑关系,构建故障树;利用布尔代数方法确定故障树最小割集,对故障树底事件进行定性分析;通过最小割集失效率对顶事件进行定性分析,调整单一底事件的质量参数,对底事件与顶事件重要度依赖关系进行量化。研究结果表明,故障树能直观显示系统存在的故障原因,主控芯片故障、时钟信号异常、上位机复位通道故障等为影响系统可靠性的主要故障因素,可根据量化底事件对顶事件故障的影响程度,实现对产品设计、生产、调试、运行过程中潜在故障的预先排查。

考虑不确定性情况下的故障树重要度分析方法及应用

为了度量底事件发生概率不确定性对顶事件的影响程度,在建立故障树概率组成函数的基础上,基于矩独立重要性测度提出了考虑底事件发生概率不确定性情况的故障树重要度分析方法。以某飞机结冰探测系统为例,利用所提出的重要度方法分析了底事件发生概率不确定性对该系统故障的影响程度,设计者可根据重要度结果更有针对性地开展分析与设计,同时也验证了所提方法的合理性。

SMA驱动尿道阀可靠性的蒙特卡罗仿真分析

形状记忆合金(SMA)驱动尿道阀是应对尿道功能障碍设计的机电装置,若临床应用一旦发生失效,将被迫取出更换。为研究尿道阀的可靠性,依据尿道阀组成原理建立了尿道阀故障树和可靠性数学模型,提出了一种基于蒙特卡罗法的尿道阀仿真算法,仿真分析了尿道阀的可靠性指标。实验结果表明:该仿真算法简单有效,尿道阀平均寿命达10000次的失效概率为0.012。该仿真算法也可为克服膀胱功能障碍的SMA驱动人工逼尿肌系统可靠性设计提供理论指导。

基于模糊综合评价的水下采油树结构可靠性分析

针对水下采油树结构可靠性分析,提出一种基于模糊综合评价理论的水下采油树结构可靠性分析方法。首先,通过分析不同厂家水下采油树构型,确定水下采油树的典型结构构型及组成,分析水下采油树在运行过程中所受的外载荷;其次,采用专家打分以及模糊综合评价法求得故障树底事件失效率,通过定量分析求解顶事件失效率、可靠度及可靠寿命曲线等可靠性指标;最后,对故障树进行重要度分析及失效率变化对系统结构可靠性的影响,结果表明:“树本体内磨损”的关键重要度最高,对系统结构可靠性的影响最大,是结构中的薄弱环节,应予以关注。研究成果可为水下采油树结构的风险评估提供技术参考,对水下采油树的设计制造提供一定的指导意义。

基于故障树分析的电缆故障诊断可靠性评估方法研究

提出了一种基于故障树分析的电缆故障诊断方法。介绍了故障树分析技术的基本概念和方法。深入探讨了电缆故障的类型和成因。基于故障树构建了电缆故障诊断模型,并通过案例分析进行了验证。最后,对电缆故障的可靠性进行了评估。为电缆系统的可靠性评估提供了一种新的方法,对电缆故障的预防和处理具有重要意义。

基于模糊故障树的有轨电车电子机械制动系统可靠性分析

[目的]有轨电车电子机械制动系统的架构不同于有轨电车传统制动系统,需要对其安全性进行分析并对薄弱环节进行针对性改进。[方法]模糊故障树法通过试验数据分析能够得到顶事件发生概率的三角模糊数,进而得到各个底事件的模糊重要度;根据底事件的模糊重要度分析系统的薄弱环节,进而对系统的薄弱环节进行针对性的改进与故障预防。[结果及结论]通过基于模糊故障树的有轨电车电子机械制动系统可靠性的分析,可使系统薄弱环节的安全性得到提升,并有针对性地提出改进措施。这有助于提升电子机械制动系统的安全性和可靠性。

基于故障树和蒙特卡罗方法的地铁车门可靠性分析

[目的]车门系统是车辆运行过程中使用频率最高的关键系统,故有必要对其可靠性和故障特性进行研究,以保障城市轨道交通安全运行。[方法]基于上海轨道交通2021年2月至2022年2月间各线路车门的故障状况的数据,在给定的状态转移规则下,建立了基于FTA(故障树分析)的门系统仿真模型。在此模型的基础上,采用蒙特卡罗方法对未知故障模式进行可靠性模拟:进行静态仿真,利用线性全等法产生伪随机数来代替真实随机数,计算顶事件的失败率和基本事件的重要度;进行动态仿真,通过多次分布拟合,得到其可靠性分布和各部分寿命的采样值;由仿真试验绘制出系统的密度分布曲线和可靠性曲线。[结果及结论]数值结果表明,因为服从指数分布和韦布尔分布的基本事件在某些时间区间内失效概率很高,故系统在运行到该时间区间时很可能发生故障。

考虑不确定性的LNG低温储罐可靠性建模与分析

LNG低温储罐是液化天然气(LNG)储存和运输的关键设施,鉴于其失效影响因素众多以及失效状态的多样性和因果关系的模糊性,提出了一套基于不确定性理论技术的LNG储罐可靠性建模与分析方法。首先,利用T-S模糊故障树替代传统事故树建造LNG储罐失效事故模型,以保障建模精度及分析的细粒度;其次,采用专家辅助的机械化分配法来应对T-S模糊门描述规则数量激增时概率分配的挑战,同时引入模糊群体决策理论来解决失效数据稀缺条件下基本事件先验概率估计的问题;最后,通过映射机制将LNG储罐T-S事故树转化为贝叶斯网络(BN),利用BN双向推理和多源信息融合优势,高效求解可靠性指标并快速诊断关键致因。针对某LNG低温储罐的可靠性评估,验证了所提出方法的实用性和有效性,可为LNG储罐系统的设计优化和可靠性维护提供理论支持和决策指导。

中低速磁浮车辆悬浮控制器可靠性优化设计研究

[目的]悬浮控制器是中低速磁浮车辆的关键部件,其可靠性直接影响中低速磁浮车辆悬浮系统的稳定性及可靠性,需对悬浮控制器的可靠性进行优化。[方法]以单个悬浮电磁铁(内含2个悬浮控制器)为研究对象,分析了悬浮控制器的可靠性,建立了悬浮控制器的可靠性模型,开展了悬浮控制器故障树分析,找出影响悬浮控制器的关键因素。提出了悬浮控制器的优化方案,将单个悬浮电磁铁内含的2个悬浮控制器优化为1个悬浮控制器,并对部分关键部件进行了冗余设计。基于优化后悬浮控制器的电路原理,建立了优化后悬浮控制器的可靠性模型及故障树模型,并对悬浮控制器优化前后的可靠性进行对比分析。[结果及结论]与优化前单个悬浮电磁铁中2个悬浮控制器的总失效率(2.282×10^(-6)h^(-1))相比,优化后单个悬浮电磁铁悬浮控制器的失效率为1.064×10^(-6)h^(-1),失效率降幅为53.37%。优化后悬浮控制器的可靠度明显高于优化前悬浮控制器的可靠度。

基于故障树与贝叶斯网络的动车组制动系统可靠性分析

高速列车制动系统的性能直接关系到行车的安全性。动车组的制动系统结构和原理复杂,故障模式复杂多样,研究分析其故障的模式和特点,有助于提高动车组的运行安全性和降低维修成本。该研究收集CRH某型动车组制动系统在一定运用周期内的典型故障数据,构建故障树,将故障树转化为贝叶斯网络模型,借助Netica软件构建贝叶斯网络计算模型,利用其双向计算功能,计算制动系统的故障率,分析导致制动系统异常的主要故障,为维护策略的制定提供科学依据。