加强理论与应用研究,推进可靠性工程快速发展

可靠性工程作为一门多学科交叉又相互渗透的新型边缘学科,二次大战后源于美国,并很快被世界各国效仿和推广。为了实现产品的高可靠性,系统科学、统计学和故障物理构成了可靠性工程的基础。特别是故障解析和失效分析备受关注,已逐步深入到材料学、力学、电子学、化学、机械学及物理学等多个学科,侧重微观分析,研究故障原因、变化规律及预防。可靠性工程的诸多研究成果,

电磁环境下数据链通信设备可靠性建模方法

电磁环境下数据链通信设备可靠性是无线通信与电子对抗领域研究的热点与难点,将临界“失锁”时的最大通信距离作为设备可靠性评价指标,通过干扰信号注入的方式模拟不同干扰信号强度和干扰频率下数据链最小接收工作信号强度,据此采用Friis传输模型计算不同电磁干扰条件下数据链通信设备的最大通信距离,利用对数正态分布拟合电磁干扰下的最大通信距离统计分布,并基于多元回归的方法估计分布参数随干扰频率与干扰强度的变化规律,构建了基于退化量分布的数据链通信设备可靠性模型。最后,通过数值例验证本方法的有效性,研究成果可为作战任务中的通信装备配置,通信成功率预测和战场态势评估提供理论参考。

复杂机电系统可靠性预测的若干理论与方法

复杂系统可靠性综合、可靠性增长、可靠性预测已成为可靠性工程的三个重要研究方向,如何从方案论证、初设计、研制、试运行、投产的全过程,科学评估和预测复杂机电系统可靠性是工程实践中亟待解决的瓶颈问题。立足事前分析、事中分析、事后分析三个层面,探讨单元为不同分布时的系统可靠性综合及预测、试运行阶段系统可靠性增长分析、系统可靠性增长预测、系统可用性评定等命题中的若干理论与方法。针对具体工程背景,提出解决问题的新思路,并进行实例验证,为系统研究大型复杂机电系统可靠性提供理论依据和技术支持。

基于计算机仿真的风电机组系统可靠性综合

单纯依赖寿命试验对复杂系统进行可靠性评定已受到多种制约,单元为不同分布时的复杂系统可靠性综合与预测问题更是一个棘手的难题。为解决这一问题,提出一种基于计算机模拟仿真的数值解析方法。充分利用单元可靠性信息,用模拟仿真替代寿命试验,根据系统可靠性模型通过逻辑运算生成足够量的系统寿命模拟值,并据此推断系统寿命分布类型、完成拟合优度检验、解析分布参数及可靠性测度的点估计和置信区间。考虑工程实用性,上述全部过程均在计算机上编程实现。这一方法能够有效地解决复杂系统可靠性多级综合所面临的诸多难题,并在风电机组系统可靠性综合与预测中应用。

基于广义伽马分布的系统可靠性增长预测

研究了系统可靠性增长预测方法.论证了可靠性增长试验中系统失效时间服从广义伽马分布,进而预测系统未来失效时间及可靠性,给出了点估计和区间估计,并引入标准差和比例系数进行预测精度分析.实际算例验证了该方法的有效性.

基于最小路集的系统可靠性综合方法

单元不同分布时的系统可靠性综合问题虽已解决并在工程中得到了应用,但传统模型并不能描述系统的整体特性。基于最小路集理论,综合由Monte-Carlo法产生的各单元寿命随机值,提出了一种模拟仿真模型,可以有效地求出系统的整体寿命分布特性。经过对比验证,仿真结果理想。统计推断过程可以在计算机上实现,方便工程应用。

可靠性增长技术及其标准化

可靠性增长技术作为可靠性工程的重要研究方向,对提高和保证产品可靠性具有重要的实用价值。针对我国的研究和应用现状,分析了国内外可靠性增长技术及其标准化工作的发展趋势及存在的问题,就推进可靠性增长技术应用提出了建议。

单元为不同分布的串并联系统可靠度Bayes置信限

依靠寿命试验对整机进行可靠性评定受到多种制约,单元为不同分布的复杂系统可靠性综合一直是可靠性工程中的难点问题。根据可靠度一阶矩与二阶矩符合相等原则,基于工程背景,研究了无信息先验下求解含并联冗余的串并联系统可靠度Bayes置信限的方法。在已知单元寿命分布及试验信息的基础上,基于Bayes方法,分别用Beta分布和LΓ分布拟合各单元可靠度的验后密度,计算各单元及并联冗余子系统可靠度一阶矩和二阶矩。利用并联系统可靠性模型,将并联冗余子系统等效为二项或指数单元,使系统简化成一般串联系统。再根据串联系统可靠度一阶矩和二阶矩折算出系统试验信息,相当于替代了整机可靠性试验,并据此求解系统可靠度的二项近似与指数近似2种Bayes置信限。该方法在实际工程中具有明显的应用前景,以某型自动平衡记录仪为例,验证了其有效性和实用性。

基于改进粒子滤波的锂离子电池剩余寿命预测

针对锂离子电池剩余寿命预测精度低、泛化能力差等问题,提出基于改进粒子滤波的预测方案。首先,提出双高斯模型作为退化经验模型,拟合锂离子电池的容量退化过程。然后,通过先验知识设置退化模型的初始参数,并利用粒子滤波方法进行参数更新。针对预测过程中出现的粒子退化问题,提出高斯混合方法进行粒子重采样,拟合重采样过程中粒子复杂的非线性分布和长尾分布,保证预测结果的概率密度分布状况均匀且集中。最后在不同的数据集上进行了实验验证,结果表明所提出的改进粒子滤波方案具有较高的精度和较强的鲁棒性。

现场运行环境与电应力对电能表计量误差影响研究

针对智能电能表现场计量精度问题,利用现场运行数据分析温度、电流、功率因数对批量电能表计量误差及其一致性的影响。基于正态分布计算电能表计量误差的均值和标准差,利用三倍标准差开展计量误差一致性分析。基于正弦函数构建电能表计量误差伴随日历时间的演变规律模型,在分别阐明功率因数和电流应力对电能表计量误差均值和标准差影响的基础上,基于艾林模型构建环境温度和电应力作用下电能表计量误差响应模型,以阐释温度和电流对电能表计量误差的综合影响。统计分析发现,温度越低、电流越大,电能表计量误差越大。依据研究结果可以补偿电能表计量误差,提高计量结果准确性,同时对进一步优化电能表运维方案,改进设计也具有参考价值。

基于多源信息融合的智能电能表质量综合评价方法

针对智能电能表运行状态评估与预测问题,提出综合利用事前、事中、事后多源信息的电能表运行质量综合评价方法。在智能电能表全生命周期内梳理出稳定性、可靠性、异常与事件三类顶层指标。依据误差首检记录和失准误差估计计算初始稳定性指标和动态稳定性指标,并采用正态分布描述稳定性指标并确定分布参数。利用现场拆回表计故障数据计算可靠度和可靠寿命,采用正态分布近似拟合电能表可靠性指标,并利用矩等价方法确定分布参数。利用Bayes定理计算电能表触发异常事件的概率,视该概率服从均匀分布,借助矩等价方法将均匀分布近似转换为正态分布,并计算分布参数。利用运行时间构造时变权重因子,将静态特性指标与动态特性指标相结合评价顶层指标,进而基于模糊理论确定各顶层指标权重,融合多源可靠性信息构建智能电能表运行质量综合评价方法,给出电能表运行状态评价结果和故障风险概率。研究成果对智能电网可靠稳定运行、电力市场现货交易、智能量测设备轮换与运行维护具有参考价值。

多种故障/维修分布的客运飞机组成单元可用性评定方法

结合工程背景,探讨客运飞机主要组成单元故障/维修数据信息的特点及分布,研究各组成单元在不同故障/维修分布下的可用性评估方法,给出了单元可用度点估计与经典置信限。依据ATA章节将客运飞机系统与动力装置划分为19个组成单元,结合适航要求和航空公司客运飞机运营,将单元间歇式运行过程转化为连续运行过程。分别针对指数故障/指数维修分布、指数故障/伽玛维修分布、Weibull故障/伽玛维修分布、伽玛故障/伽玛维修分布型的组成单元,利用服务系数构造枢轴量,给出各组成单元可用度的点估计与置信限。依据串联可用度模型,给出系统可用度点估计。依据航空公司某机型可靠性月报与维修记录,对客运飞机各组成单元可用度进行跟踪评价,对航空公司开展以可靠性为中心的客运飞机健康运营管理提供了技术支持。

钻井泥浆泵系统可用度Bayes置信限

针对钻井泥浆泵存在野外作业、工作环境苛刻、故障诱发概率高、维修困难等问题,研究串联系统可用度评定方法,建立系统可用性多级模型,给出等效的二项和指数单元可用度表达式。根据现场数据信息的特点,结合工程背景研究Bayes统计推断方法,利用矩等价原则,求解出钻井泥浆泵系统可用度Bayes第一、第二置信限。根据大庆油田某钻井队1 296口油井的钻井记录和信息,对国产F-1300/1600钻井泥浆泵可用度进行评定,验证了方法的可行性,也为国内开展系统可用度评估提供示范案例和有效的方法。

指数故障/维修背景下串联系统可用度置信限

系统可用性是综合反映系统可靠性及维修性的一种测度,如何利用现场获取的各组成单元的故障数据和维修数据进行系统可用性综合及评定恰是可靠性及维修性工程中的难题。考虑到串联模型具有普遍性以及指数信息更具通用性的工程背景,依据信息等价转换原则,从现场记录中提取、挖掘或折算出以时间和次数为特征的指数故障和指数维修的基本信息,并探讨了指数故障/指数维修的串联可修系统可用度概率估计的数值解析方法。基于极大似然估计深入研究了经典方法的置信区间;基于Bayes定理深入研究了单元和系统可用度一阶矩、二阶矩,又利用不完全Beta函数、β分布与F分布分位数间的关系,最终求解出串联可修系统可用度的经典近似置信限和Bayes近似置信限,研究成果有效地解决了串联可修系统可用性综合及评定的难题。这两种方法可适用于所有串联模式的复杂机电系统,而且伴随系统的运行,各组成单元故障/维修数据信息也在发生变化,据此可以实时地进行可修串联系统可用性综合及评定。以我国某风电厂风力发电机组为工程应用实例,验证了该方法的可行性与适用性。

对数正态分布下未来区间内故障次数的单样预测

基于产品寿命评估与预测理论,研究了对数正态分布下未来区间内故障次数的单样预测问题.引入胜算比,给出了对数正态分布下未来故障次数的预测子及预测区间,分析了预测精度的影响因素.结合风电场对风电机组关键部件合理储备的工程背景,利用工程实例验证了该方法的有效性.据此,对多台同时运行的设备合理规划关键部件的储备、优化维修保障策略具有明显的指导意义.