uvod
Hidraulični sistem ima prednosti velike snage, male veličine, male težine, brzog odziva, visoke preciznosti i krutosti protiv opterećenja. Često je srž upravljanja i prenosa snage u svim vrstama opreme i sistema. Hidraulični sistem ima visoku stopu otkaza Ako se s njim ne postupi pravovremeno nakon kvara, to će utjecati na proizvodnju, što će rezultirati većim ekonomskim gubicima. Stoga je proučavanje njegove učinkovite analize pouzdanosti i metoda dijagnoze kvara često ključ savršenstva u industrijskoj tehnologiji [1].
Metoda analize stabla grešaka (FTA) je uspostaviti odnos između ovih događaja na osnovu odnosa između izravnih i neizravnih uzroka kvara i otkaza sistema i utvrditi uzrok kvara sistema Razne moguće kombinacije za procjenu incidencije sistemskih događaja i važnost donjeg događaja analitičke metode.
Početkom 1960-ih, Bell Labs je prvi put koristio FTA metodu za predviđanje slučajnih neuspjeha sistema kontrole lansiranja milicije. Od tada je američki Boeing razvio FTA računarski program za poboljšanje dizajna aviona. Početkom 1970-ih Massachusetts Institute of Technology (MIT) proveo je analizu nuklearne sigurnosti koristeći FTA i analizu stabla događaja i zaključio da je nuklearna energija vrlo siguran izvor energije. Objava ovog izvještaja izazvala je velike posljedice u raznim poljima i promovirala metodu analize stabla kvara iz svemirske i nuklearne energije u industrijske sektore elektronike, kemijske industrije i mašina [2].
Trenutno se FTA metoda primjenjuje u svim poljima nacionalne ekonomije, igrajući važnu ulogu u poboljšanju pouzdanosti i sigurnosti sistema i ima širok spektar razvojnih izgleda [3]. FTA je postala jedna od učinkovitih metoda za pouzdanost, sigurnosno predviđanje i analizu, analizu kvarova i dijagnozu hidrauličkog sustava.
1 tradicionalni sporazum o slobodnoj trgovini
1.1 osnovne karakteristike
Na osnovu logičke algebre i teorije vjerovatnoće, FTA koristi&"događaji GG"; kako bi se prikazale vjerojatnosti kvarova i&"; logička vrata GG"; za opis odnosa između kvarova komponenata. Događaj je opis stanja sistema i njegovih komponenti. Uobičajena logička vrata i AND, ILI, glasačka vrata, zabranjena vrata i XOR vrata.
FTA metoda treba riješiti minimalni rez određen u kvalitativnoj i kvantitativnoj analizi. Prema kombinaciji logičkih vrata u stablu sistemskih grešaka, funkcija strukture se zapisuje, a vjerovatnoća pojave vršnog događaja izračunava se disjontnom obradom kako bi se dalje izračunala važnost svakog događaja.
Rezani skupovi (skupovi puteva) su skup nekih donjih događaja na stablu kvara. Najvažniji događaji moraju se dogoditi (ne dogoditi se) kada se ti donji događaji dogode istovremeno (koji se ne događaju). Ako se komplet izreza (komplet puta) sadržan u događaju na dnu proizvoljno ukloni iz kompleta reza (set puteva), takav set rezanja (set puteva) je minimalni set rezanja (minimalni set puteva).
Funkcija strukture je logička funkcija koja predstavlja stanje sistema. Ako status događaja sustava vrh koristi varijable stanja, funkcija strukture je kraj funkcije varijabli stanja događaja. Općenito, kada je dato stablo kvara, funkcija strukture može se napisati izravno prema stablu kvara. Međutim, izraz je složen i dugačak. Stoga se u stvarnom proračunu funkcija strukture izražava minimalnim skupom rezova ili minimalnim skupom putanja.
1.2 FTA u hidrauličkom sistemu
Većina hidrauličkih sistema može se svrstati u tandem sisteme. Stabla rasjeda su često sastavljena od OR vrata. Pojava jednog događaja generalno rezultira vrhunskim događajem [4]. Ali stvarni sistem ne može jednostavno početi od poboljšanja pouzdanosti svake hidrauličke komponente, što će rezultirati gubitkom vremena i resursa. Slabe karike hidrauličkog sistema imaju značajan utjecaj na pouzdanost sistema. Pouzdanost sistema ovisi o tome jesu li tačno predviđeni položaj slabih karika i stepen utjecaja. FTA metoda može pomoći u otkrivanju načina otkaza sistema i slabih karika sistema. Kvalitativna i kvantitativna analiza i proračun vjerovatnoće otkaza sistema i drugi indeksi pouzdanosti pružaju osnovu za poboljšanje i procjenu pouzdanosti hidrauličkog sustava [5].
Na primjer, neki simptomi kvara i izvori kvara nisu međusobna korespondencija, često sa pojavom posrtanja i preklapanja, a dijagnoza kvara je teža. FTA metoda identificira sve načine kvara glavnog događaja tražeći uzrok najvećeg događaja i kombinaciju uzroka, što može pomoći u identificiranju potencijalnih kvarova u hidrauličkom sustavu kako bi se usmjerilo na dijagnozu kvarova i poboljšalo dizajn i održavanje rješenje [6].
Tradicionalna FTA metoda ima sljedeće nedostatke: Prvo, prilikom analize pouzdanosti sistema, tradicionalna FTA metoda smatra da taj dio ima samo dva stanja rada ili kvara i ne može izvršiti tačnu procjenu pouzdanosti sustava. Drugo, tradicionalna FTA metoda koristi Na temelju Booleove algebre, potrebno je precizno znati odnos između vjerojatnosti kvara dijela i događaja kvara, a vrijednost vjerovatnoće dijela uzima puno statističkih podataka da bi se dobila vjerovatnoća vrijednost. Nejasnoće okoline i netačnost podataka utjecati će na vjerojatnost pojave dijelova, a vjerojatnost pojave dijelova tretirat će kao tačnu vrijednost, što donosi veliku pogrešku u kvantitativnom izračunu stabla kvara. Konačno, kada je stablo kvara pojednostavljeno, postoji veliki broj procesa koji se ne presijecaju, proračun je vrlo velik, a ponekad je teško dobiti minimalni set reza stabla kvara.
2 Fuzzy FTA
Hidraulični sistem je složeni nelinearni sistem mehaničkog, električnog i fluidnog spajanja. Oblici otkaza i mehanizmi otkaza su složeni i raznoliki. Teško je precizno utvrditi uzrok kvara i stepen kvara [7]. Primjena teorije nejasnih skupova na hidraulički sistem FTA, ne samo da odražava maglovitost same vjerovatnoće, već omogućava i dodjeljivanje vjerovatnoće određenom stepenu greške, već također mogu biti i scena i eksperimentalni podaci s iskustvom inženjera i tehničara. u kombinaciji možete bolje riješiti dvosmislenost i nesigurnost vjerojatnosti kvara, smanjiti poteškoće pri dobivanju tačne vrijednosti vjerojatnosti kvara i ima veću fleksibilnost i prilagodljivost.
Nejasna FTA metoda prikriva vjerojatnost pojave osnovnih događaja u stablu kvara, usporava neizrazite brojeve kako bi zamijenila tačne vrijednosti vjerojatnosti, i dalje koristi AND i OR vrata tradicionalnog stabla kvara, ali uvodi nejasni operator, umjesto tradicionalna logička operacija, Postavite nejasnu vjerojatnost pojave najvažnijeg događaja i raspodjelu njegove funkcije pripadnosti te kvantitativnu analizu izračunavanjem stupnja nejasne važnosti.
Nejasni brojevi su neizvjesnosti uzrokovane pojmovnim nejasnoćama ili utjecajem različitih neizrazitih čimbenika. Nejasni brojevi opisuju vrijednosti vjerovatnoće i ističu subjektivnu ulogu ljudi u slobodnoj trgovini. Postoje mnogi oblici nejasnih brojeva, poput trokutastih nejasnih brojeva, trapezoidnih nejasnih brojeva, LR nejasnih brojeva, normalnih nejasnih brojeva, intervalnih nejasnih brojeva i jezičnih vrijednosti [8]. U inženjerskoj praksi hidrauličkog sistema, kada se dobije veliki broj statističkih podataka, možete odrediti tačnu vjerovatnoću pojave vjerovatnoće donjeg događaja; kada nedostaje statističkih podataka, prema stvarnoj situaciji pomoću različitih nejasnih brojeva i jezičnih vrijednosti za predstavljanje i kombiniranje ankete stručnjaka za procjenu vjerovatnoće nastanka kraja incidenta [9]. Kako bi se olakšala Sporazum o slobodnoj trgovini, različiti oblici vjerovatnoće pojave donjeg događaja trebaju se normalizirati. Budući da je trapezoidni nejasni broj funkcija članstva u linearnoj raspodjeli u dijelovima, algebarska operacija je relativno jednostavna. Intuitivno je i lako pretvoriti druge oblike nejasnih brojeva u trapezoidne nejasne brojeve [10].
Proces korištenja principa produženja za određivanje funkcije članstva neizvjesne vjerovatnoće najvećeg događaja zapravo je matematički problem programiranja, koji često nailazi na razne nejasne operacije, poput četiri aritmetike nejasnih brojeva. Za složene sisteme, dimenzija funkcije strukture Vrlo visoka, optimalno rješenje programskog problema uglavnom se susreće s matematičkim problemima. Tada će se proizvesti nejasni rezultati izračunavanja koji su vjerodostojni i vjerodostojni stepen koji je" difuzibilni" i različiti tipovi izračunavanja nejasnih vjerovatnoća funkcije funkcije članstva i tako dalje. Iz tog razloga, [11] je usvojio metodu koja se temelji na nejasnom operatoru konvolucije, što je dovelo do postupnog nestanka rubnog članstva izlaznog nejasnog broja. Zanemarivanjem malo vjerovatnih elemenata na ivici, produženje konačnog skupa grana moglo bi se učinkovito kompenzirati, to jest,&"; difuznost GG"; sužava. Da bi se riješio problem sprezanja različitih vrsta neizrazitih vjerojatnosti, Ref. [12] usvojio je metodu dijeljenja stupnja članstva ciljne domene nakon ciljne domene, a zatim ponderirao presjek proširenim principom i nejasnim operatorom. U [13] je usvojena intervalska operacija za svaki λ presjek nejasnih brojeva ekvivalentan proširenom principu. Uzimanjem različitih vrijednosti λ može se dobiti interval vjerovatnoće kvara sistema pod različitim nivoima pouzdanosti.
Zbog tradicionalnih logičkih ulaza, gornja nejasna FTA metoda još uvijek treba otkriti mehanizam kvara i pronaći vezu događaja. U praksi su mehanizmi neuspjeha i povezanost događaja često nesigurni. Pored toga, različiti stupanj kvara donijeće različite posljedice, tradicionalni nejasni FTA ne može opisati utjecaj stupnja kvara na sistem. Da bi se riješili ovi problemi, literatura [14] je uvela TS neizraziti model u FTA, opisala vjerojatnost kvara komponenata kao neizvjesnu vjerojatnost, opisala odnos između događaja kao TS-ulaz i opisala stupanj kvara kao neizraziti broj prema dijelu Mogućnost maglovite maglovitosti i stupanj neuspjeha Izračunajte maglovitu vjerojatnost nadređenog događaja. Literatura [15] je primijenila ovu TS fuzzy FTA metodu na hidraulički sistem i postigla dobre rezultate.
3 Analiza važnosti
Važnost je važan indeks za kvantitativnu analizu stabla kvara. Ne može se koristiti samo za analizu pouzdanosti sistema, već se može koristiti i u dizajnu optimizacije sistema i sistemu vođenja za održavanje i dijagnozu. Važnost opisuje doprinos vrhunskom događaju u slučaju kvara komponente. Postoje uglavnom tri vrste važnosti tradicionalnog stabla rasjeda: strukturna važnost, važnost vjerovatnoće i kritična važnost. Strukturna važnost definira se kao udio ključnih vektora komponente' u ukupnom broju ključnih komponenata u preostalim komponentama, što se odražava na važnost lokacije događaja u logičkoj strukturi stabla kvara, bez obzira na vjerovatnoća pojave osnovnog događaja. Važnost vjerovatnoće definira se kao djelomični izvod vjerojatnosti pojave događaja od vrha do vjerojatnosti pojave događaja od dna, što odražava stupanj utjecaja svakog stanja dna događaja na stanje sistema. Kritična važnost definira se kao odnos brzine promjene vjerovatnoće kvara dijela i brzine promjene vjerovatnoće kvara glavnog događaja koji je prouzrokovan. Takođe odražava utjecaj vjerovatnoće događaja dna na vrh događaja i nepouzdanosti događaja dna.
Tradicionalna analiza važnosti stabla kvara temelji se na pretpostavci o dva stanja, ali se stvarni sistem često manifestira kao razni načini otkaza i razni nivoi kvara. Kako bi se udovoljilo zahtjevima pouzdanosti višedržavnih sistema, literatura [16] proširuje važnost tradicionalnih komponenata dvodržavnog sistema na višedržavne sisteme i predstavlja sistem više država zasnovan na horizontalnom događaju sistema ili državnom događaju Opšta definicija strukturne važnosti i važnosti vjerovatnoće i metoda izračunavanja u skladu su sa važnošću komponenata sistema dviju država.
Da bi se otkrio utjecaj stanja komponenata na samo stanje i na cjelokupni kvar sistema s više država, literatura [17] zasnovana na pretpostavci da se komponente sistema ne mogu popraviti, dijeli načine kvara na kvarove stanja i kvarove tranzicije stanja, širenje tradicionalne važnosti vjerovatnoće Metoda analize stepena i kritične važnosti podjednako se dijeli na važnost države i važnost prijenosa.
Kako bi se prikazao uticaj kritičnog stanja i nekritičnog stanja svih komponenata na vjerovatnoću otkaza cijelog sistema, Literatura [18] je predložila koncept ekvivalentne vjerovatnoće otkaza i njegovu metodu izračuna, koristeći metodu razgradnje vjerovatnoće analizirati sva postojeća stanja komponenata i sistema, koristeći metodu Markova lanca i teoriju vjerovatnoće za izračunavanje očekivanog broja rada sistema, a zatim dobiti ekvivalentnu vjerovatnoću otkaza.
Kako bi se odrazila interakcija dviju komponenata u sustavu o pouzdanosti sustava, literatura [19] je predložila koncept zajedničkog značaja, koji se definira kao omjer dviju komponenata za poboljšanje pouzdanosti sustava. Važnost zglobne strukture odražava odnos dvije komponente kada je pouzdanost nevaljana. Važnost zajedničke pouzdanosti odražava odnos između dvije komponente kada pouzdanost vrijedi. Referenca [20] proširuje zajedničku važnost dvije komponente na više komponenata i istražuje pojam važnosti uvjetne pouzdanosti kada je poznato radno stanje komponente&# 39.
Kada pojedinačni element predstavlja drugačiji način otkaza ili nije valjan, treba uzeti u obzir sve relevantne donje događaje kao kombinaciju kako bi se utvrdila važnost elementa. Da bi se riješio gornji problem, predlaže se diferencijalna važnost kao metoda osjetljivosti prvog reda. Uzimajući u obzir interakciju između komponenata, literatura [21] je predložila stupanj diferencijalne važnosti drugog reda koristeći zajedničku važnost kao dodatne informacije drugog reda.
U radu [22] koriste se dvije metode važnosti zasnovane na Fussell-Vesely-u, a to su važnost komponente i važnost rezanja, važnost komponente koristi se za identificiranje najvjerovatnijeg kvara komponente, a važnost rezanja odražava kombinaciju kvara komponente koja može uzrokovati Simptomi kvarova sistema su generira, uzimajući u obzir same komponente i njihov uticaj na sistem.
Iznad svega važnost je definirana na razini komponente, jer je stablo kvarova osnovni nivo događaja, a za nivo događaja vrata mogu se ponoviti osnovni događaji u različitim događajima na vratima, čineći vjerojatnost kvara svakog događaja Ima određenu relevantnost , literatura [23] važnost događaja na vratima izvodi iz važnosti osnovnog događaja.
Tradicionalna metoda analize stepena važnosti stabla kvara temelji se na hipotezi vjerovatnoće, u praktičnim sustavima često postoje nejasne i slučajnosti, hipoteza vjerovatnoće se postupno zamjenjuje hipotezom vjerovatnoće, a metoda analize nejasnih stupnjeva važnosti nastaje. Na primjer, uz pomoć definicije koncepta tradicionalne važnosti, to jest, matematičkog očekivanja razlike između nejasne vjerovatnoće gornjeg događaja i stanja kvara donjeg događaja [24] Razlika između srednje vrijednosti vrijednosti nejasan događaj i srednji broj događaja najvišeg događaja u normalnom stanju [25]; metoda Hammingove udaljenosti, što je razlika između sličnosti stvarnog načina otkaza i idealnog načina otkaza [26].
Na osnovu važnosti tradicionalnog stabla rasjeda, literatura [27] je predložila algoritam važnosti TS nejasnog stabla rasjeda i definirala stupanj važnosti TS vjerovatnoće, stupanj kritične važnosti TS i stupanj nejasne važnosti TS, te provjerila izvedivost ovog algoritma Sex. Ova metoda se može smatrati jednostavnom i pouzdanom metodom kada je stopa otkaza nesigurna ili nepoznata.
Optimizacija dijagnoze kvara zasnovana na FTA
Znanje potrebno za dijagnozu hidrauličkog sistema donekle ovisi o praktičnom iskustvu stručnjaka u toj oblasti. Stoga metoda dijagnoze kvarova stručnog sustava igra važnu ulogu u hidrauličkom sustavu. Sticanje znanja prepoznaje se kao" usko grlo GG; problem ekspertnog sistema. Sticanje znanja ostvaruje se korištenjem stabla pogrešaka. Logički odnos između svake greške je jasan, a dijagnostička pravila su intuitivna, što smanjuje poteškoće u stjecanju znanja ekspertskog sistema. Vrhunac događaja stabla kvara odgovara zadatku koji će analizirati i riješiti stručni sustav. Krajnji rezultat je minimalni set rezova. Logički odnos stabla kvara od vrha do dna odgovara procesu zaključivanja ekspertskog sustava. Grane odgovaraju pravilima u bazi znanja. Broj grana jednak je broju pravila, znanje u bazi znanja dolazi iz stabla grešaka.
Međutim, tradicionalno stablo kvarova nije pogodno za pohranu i preuzimanje računala, posebno kada je hidraulični sustav složeniji, često korišteno spremište zauzima više prostora za pohranu, postupak dohvata je složen, dijagnoza ne može brzo zaključiti i nije pogodno za održavanje sistema. Struktura i proces dohvaćanja binarnog stabla relativno je jednostavan, jednostavan za računalno izražavanje i obradu, stablo kvara može se transformirati u binarno stablo za rješavanje gore navedenih problema
