基于最小径集的系统故障概率分配方法研究

为准确、快捷地解决在复杂系统中的可靠性分配问题,在基于最小割集的可靠性分配方法的基础上建立了基于最小径集的系统故障概率分配模型.该模型的分配思想不是对系统所有的单元都进行分配,而是选择最有可能导致系统发生故障的单元进行分配.最小径集分配法只需对最小径集中的基本事件直接进行分配计算,从而大幅度减少了中间计算工作量.它的另一个突出优点是‘能提供多个可选择的分配方案,因为每一个最小径集都代表1种分配方案.根据安全系统工程的优化思想,提出了不可靠度分配方案的选择原则:在基本事件数相同的最小径集中选择概率较大的最小径集;在概率接近的最小径集中选基本事件数较少的最小径集.对于最小径集中基本事件的分配,根据概率重要度来分配是合理的,因为重要度越大的基本事件对系统的影响就越大,分配的概率就应该越小.通过矿井火灾事故树的举例,进一步描述了基于最小径集的系统故障概率分配方法的定量计算过程.研究表明,基于最小径集的系统故障概率分配法是工作量最小的分配方法,还可以进行分配方案的比较选择.     

空间故障树与空间故障网络理论综述

为了研究多因素变化对系统可靠性的影响,在2012年提出空间故障树理论。随着研究的深入,在2015年逐渐将智能科学和大数据技术引入空间故障树,作为分析故障大数据和因素间因果逻辑关系的处理方法。进一步地,由于实际故障发生过程中事件和影响因素多是相互联系的网状结构,在空间故障树基础上提出空间故障网络理论。其主要用于描述自然灾害和人工系统故障发生过程,是研究系统故障演化过程的理论。上述理论发展可归纳为3个阶段:空间故障树基础、空间故障树改进、空间故障网络基础。通过综述形式总结并论述了以往空间故障树及空间故障网络的提出、发展过程和作用,以使读者对空间故障树和空间故障网络有一个较为全面的认识,并以此为基础在安全科学,特别是系统可靠性领域做出更大贡献。     

基于特征函数和联系数的系统故障模式识别

为识别具有确定性和不确定性的系统故障模式,提出一种系统故障模式识别方法。利用已有故障标准模式识别故障样本模式,使用集对分析联系数表示识别的确定性和不确定性;使用空间事故树的特征函数计算联系数的分量系数,通过联系度和识别度识别故障样本模式;借助电气系统实例分析,有效识别在多因素影响下的系统故障模式。结果表明:基于特征函数和联系数的模式识别方法可表示模式识别的确定性和不确定性;该方法可使用特征函数确定联系数分量系数,利用联系度和识别度识别故障模式。     

原油集输联合站故障树分析研究

采用故障树分析法对原油集输联合站生产工艺流程和危险危害因素进行分析,确定原油集输联合站的故障树因素表,以该站故障为顶上事件,以火灾爆炸、介质泄漏、其他危险作为故障树的中间事件,建立联合站故障树。通过定性定量分析,求取联合站故障树的最小割集为77组,进而确定故障树顶事件的事故发生概率为5.68×10-3和底事件结构重要度,得出影响集输联合站安全性的重要因素为通风不良、储罐密封不良、液体腐蚀、盘管穿孔和人员误操作等。因而提出加强原油集输联合站安全监察和监控措施,及时地发现和处理故障,以提高联合站运行安全可靠性和生产效率。     

空间故障网络理论与系统故障演化过程研究

为描述和分析系统故障演化过程,提出了空间故障网络理论。该理论基于先期提出的空间故障树理论,继承了其多因素影响分析、故障大数据处理及因果关系分析的能力。实际系统故障演化过程较为复杂,使用空间故障树树形结构难以描述,因此提出空间故障网络。故障演化过程的实质是由事件和连接组成的按照一定因果关系相连的网络结构。又由于事件由对象及其状态表示,空间故障网络研究的是故障演化过程中对象、状态和连接之间的关系。论述了以往研究的不足,给出了各概念的物理含义、转化步骤、单向环分类、最终事件发生概率计算方法等。论述了空间故障网络研究存在的不足及今后需要研究的关键问题。     

基于QPSO的多因素影响下系统故障概率变化程度研究

为适应快速系统故障分析,在多因素影响下了解系统故障变化程度范围,预先判断故障变化速度趋势,在空间故障树(Space Fault Tree,SFT)理论框架下提出了一种基于量子粒子群优化算法(Quantum Particle Swarm Optimization,QPSO)的分析方法.论述了 QPSO的基本模型和步骤,在SFT中给出了描述系统故障概率变化的表达式,进而提出了多因素影响下系统故障概率变化程度范围的确定方法.方法适合于连续因素组成的连续空间中系统故障概率分布的优化,可实现单因素和多因素联合影响下的故障变化程度范围确定.使用经典算例进行分析,结果表明,算法得到的结果虽精度降低,但与传统解析结果相似,同时提高了分析速度.因此方法有利于系统故障的应急分析、预测和判断.     

基于多态故障树的多值决策图制动系统可靠性分析

针对动车组制动系统实际运行环境中故障多态性问题,提出了一种基于模块分解的多态故障树与多态多值决策图相结合的重要度分析方法。通过对系统进行故障树模型建造和模块化分解,将不同事件转化为相应变量状态、多态故障树转化为多态多值决策图,最后计算得出多状态系统Birnbaum重要度。分析结果与兰新客专动车组制动系统实际运营情况相符,验证了算法的可行性和有效性,解决了多态系统可靠性分析问题,为该路线动车制动系统故障检修和维护策略的修订提供了理论依据。     

系统故障演化过程不连续现象的原因及消除方法研究*

为研究系统故障演化过程中,通过原因事件得到的结果事件发生可能性与直接试验得到的结果事件发生可能性不同的问题,定义系统故障演化过程的不连续现象,研究不连续现象出现的原因和消除方法。根据不连续现象的程度将原因分为3层,第1层是基本的原因事件、结果事件或传递的概率错误造成的不连续;第2层是因素对应错误造成的概率错误;第3层是演化结构不清造成的错误。针对这些错误提出消除方法,基本方法包括试验法、结构分析法和逻辑推理法;第2层次使用空间故障树和因素空间等方法;第3层使用三值逻辑等方法。研究结果表明:导致不连续的原因是演化过程的结构性问题,消除的方法应根据实际情况进行选择和变化。     

基于T-S模糊故障树的受电弓系统可靠性分析

针对动车组受电弓故障统计中历史故障数据的多源异构和数据缺失等问题,同时考虑到受电弓故障的多态性,提出了以信心指数修正的专家调查法结合T-S模糊故障树,对受电弓可靠性进行分析。首先构建动车组受电弓系统的T-S模糊故障树;再对故障树基本事件进行基于信心指数修正的专家调查,得出基本事件模糊故障率;然后根据基本事件模糊故障率计算顶事件模糊可能性和基本事件模糊重要度;最后根据模糊重要度分析系统不同故障状态时影响其可靠性的薄弱环节。该分析结果与动车组的实际情况相符,可为受电弓系统的检修提供参考。     

改进广义灰色关联故障树的危化品LSSC可靠性诊断

为了探究影响危化品物流整体运作的关键事故因素,提出一种改进广义关联故障树的危化品LSSC可靠性诊断方法。结合实例构建危化品LSSC系统失效故障树,运用灰色关联技术对以最小割集构造的标准故障模式向量和底事件概率重要度组成的待检模式向量进行相关性分析,得到系统失效概率等级与失效故障模式可能性排序,确定系统关键薄弱环节。研究结果表明:该方法能够快速识别危化品物流运作系统关键事故因素,为危化品LSSC风险等级控制和分级防范措施制定提供参考和借鉴。     

临近断层工作面采动诱冲规律研究*

为研究临近断层工作面采动诱冲规律,首先对开采与断层应力之间的影响进行理论分析,再利用正交实验设计合理的实验方案,采用有限元软件FLAC3D对各方案进行数值模拟实验,提取25组数值模拟实验数据,最后基于层次分析法对各影响因素的组合权重进行理论计算,分析各影响因素对断层冲击地压的影响大小。结果表明:开采深度对断层冲击地压的影响最大,断层内摩擦角次之,断层黏聚力影响最小,且断层黏聚力和开采深度对断层冲击地压影响的差异较大。     

基于Isograph的地铁车载ATP系统动态故障树分析

针对传统的可靠性分析方法在具有动态特性的地铁车载ATP系统可靠性分析中的不足,提出动态故障树分析法。在引用可用度、平均失效时间和平均修复时间等可靠性指标的基础上,结合Isograph软件改进动态故障树分析法,建立基于Isograph的动态故障树分析模型,并通过对车载ATP系统的结构与功能分析以及历史故障数据的统计分析确定车载ATP系统的关键部件,使用 Isograph软件预计关键部件的可靠性参数,对地铁车载ATP系统的可靠性进行评估。结果表明:采用该方法求解的系统可靠性指标均满足系统需求,并且精确度较高,运用此方法能够对具有顺序相关、资源共享、可修复以及冷、热备份等特性的系统进行可靠性建模,达到快速以及准确分析动态特性系统可靠性的目的。     

可靠性分配理论在系统安全目标实现中的应用

在系统安全理论中,确定各基本事件的可靠度以实现所给定的系统安全目标值问题一直没有得到很好解决。笔者将可靠性分配理论与故障树分析方法相结合,提出了2个层次可靠度分配法:最小割集之间采取可靠度再分配法,对构成最小割集的各个基本事件之间采取等分配法。从而建立系统中各单元可靠度再分配量化模型。为便于应用,通过实例,详述系统各单元可靠性分配的计算过程。研究表明,运用该模型可准确、简便地计算出各单元的可靠度,使系统在给定的目标值条件下达到系统的安全性优化。     

SFT下的云化故障概率分布变化趋势研究

为了扩展空间故障树SFT的应用性,特别是处理具有离散性、随机性和模糊性(不确定性)的实际运行中系统产生的故障数据,利用云模型重构系统故障概率分布变化趋势的计算方法。通过故障概率分布变化趋势可得到系统故障概率随某一因素变化情况。建立云化故障概率分布变化趋势方法的目的在于,对于可靠性数据普遍存在的不确定性可使用云模型进行表示;构建的故障概率分布函数是连续的,可进行函数求导以方便得到变化趋势。将云化故障概率分布变化趋势方法应用于经典实例,得到了一些定性和定量结果。论述了该方法在理论和实际应用上的价值。     

煤矿企业重大灾害预防与安全保障体系构建与运行评价

为提高煤矿企业重大灾害预防与安全保障能力,以典型煤矿企业为例,深入分析企业重大灾害的孕灾环境与类型,确定诱发煤矿重大灾害事故发生的关键因素,并提出构建以“安全文化理念”为1个核心,涵盖“组织”“制度”“人员”“技术”“信息”“装备”“资金”7个要素以及“危险源预控”和“灾害应急救援”2个关键环节的整体安全保障体系;最后,利用事故树模型和层次分析法评价某典型煤矿企业历年来的灾害事故实际情况,提出相关保障体系的持续优化方案,研究结果可为煤炭行业企业开展重大灾害预防与安全保障体系的设计与构建提供参考和借鉴。     

可控震源振动器系统不确定性分析

为了解决可控震源施工过程中振动器系统的安全性问题,采用故障树法建立仿真 模型。通过失效分析得出各故障单元的失效模式及单元间分布规律,计算出振动器系统 的可靠度。开展对该系统敏感性的不确定性分析,得出影响振动器系统可靠性的关键因 素为重锤上部密封失效。采用有限元法对其应力场进行模拟仿真。结果表明:随着工作 频率的升高,O形圈应力波动越大,密封越容易失效。Von Mises应力随压缩率的增大先 减小后增大,随槽口半径的增大而增大;接触应力在一定范围内随压缩率及槽口半径的 增大而增大。为振动器的结构优化与可靠性设计提供理论依据,并为油气资源勘探开发 的安全作业提供工程应用指导。     

可靠性理论在公共安全领域的应用研究

对公共安全体系从系统可靠性的视角,综合运用可靠性方面的知识,构建公共安全系统混联模型;进而将可靠性分配理论与故障树分析方法相结合,根据系统安全目标的要求,确定混联系统的第一层次各单元事件的可靠性目标值,对构成各单元的各个下属单元采取最小工作量可靠度分配方法,从而建立系统中各单元可靠度再分配量化模型。通过建筑物火灾引起人员伤亡事故实例,详述系统各单元可靠性分配的计算过程。研究表明,可靠性理论可以成功地应用到公共安全领域;使系统在给定的目标值条件下达到系统的安全性优化,实现了公共安全保障效能,减小灾害损失。     

事故树分析系统设计与老空区透水分析

通过计算机编程,开发了事故树分析系统,可以方便、准确地进行事故树分析计算,规范地绘制事故树图形,提高了事故分析的速度和质量;利用该系统,对老空区积水透水事故进行事故树分析,并根据分析结果,提出了该类透水事故的预防方案。     

基于BDD考虑共因失效的接触网系统可靠性分析

为分析共因失效对高速铁路接触网系统的影响，将二元决策图(Binary Decision Diagram，BDD)与共因失效理论引入到接触网系统可靠性分析中。利用逻辑相邻优先组合法(Logic Neighbor Priority Connect，LNPC)将高速铁路接触网系统的故障树模型转化为BDD模型并求取其可靠度表达式，利用隐式方法对考虑了共因失效的接触网系统可靠度进行计算，利用MATLAB绘制考虑共因失效和不考虑共因失效情况下接触网系统可靠度变化曲线。研究结果表明:提出的分析方法适用于接触网系统的可靠性分析，为接触网系统的可靠性分析提供了一定的理论依据。