高铁列车调度员人因失误概率量化方法研究

为评估高铁列车调度员操作可靠性及其对列车调度系统风险的影响,建立改进的高铁列车调度人因失误概率量化方法。首先根据高铁列车调度指挥认知行为模型划分列车调度任务类型,对各任务类型下的人因失误分别构造贝叶斯网络(BN)模型。然后,基于证据理论(D-S)合成专家多源信息,以确定节点变量状态先验概率和条件概率。最后,通过贝叶斯推理计算成功似然指数(SLI),并依据成功似然指数法(SLIM)将其转化为人因失误概率。以列车临时限速为例进行应用分析。研究结果表明,在给定边界概率的基础上,用该方法能获得列车调度员不同任务类型和不同行为影响因子下的人因失误概率。列车调度员发布限速调度命令时总的人因失误概率为0.002 24。     

石化装置BN拓扑结构节点同异反概率重要度分析

为解决石化装置贝叶斯网络(BN)拓扑结构节点状态不确定系统难以分析节点重要度的问题,借助广义集对分析(GSPA)理论探讨节点重要度。针对节点的不同逻辑关系,讨论基于GSPA理论与BN方法集成的节点状态概率表达方式。从同一性、差异性、对立性3方面,提出节点同异反概率重要度分析方法,并将其应用到某反应器火灾爆炸事件的BN拓扑结构中。结果表明:各根节点故障状态概率会影响该反应器火灾爆炸事件发生概率,各根节点联系度同一性、差异性、对立性不同,会产生不同的同异反概率重要度分布情形。     

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。     

CRH3型动车组牵引传动系统可靠性分析

为分析CRH3型动车组(EMU)牵引传动系统可靠性,基于其结构及运行特点,结合图论,从建立系统网络图可靠性模型入手,将系统可用度计算转化为系统网络图模型的连通概率计算。在系统各部件可维修的前提下,考虑部件停工相关性,结合京津城际高速铁路某CRH3型动车组历史运行数据,用蒙特卡罗模拟-元胞自动机(MCS-CA)算法,通过Matlab编程,计算分析系统在正常工作状态和降级(降容)运行状态下的可靠性,并绘制相应的可靠度、可用度随时间变化曲线。结果表明,动车组牵引传动系统受电弓高压进线单元故障率最高,其次是变流单元。     

基于ET-DFT分层模型的复杂系统动态概率安全评价方法研究

为充分体现复杂系统的动态行为对其可靠性的影响,减少系统动态故障概率计算时的工作量,应用层次化分析思想,综合事件树(ET)和动态故障树(DFT),提出基于ET-DFT模型的动态概率安全评价(DPSA)方法。应用二元决策图(BDD)和马尔科夫链(MC)分别对静态故障树和DFT进行求解,给出将静态故障树和DFT向BDD及马尔科夫链转移图的转化算法,以及系统各状态概率的求解方法。通过应用实例的分析验证,得到系统静态模块定量的发生概率及动态模块各个状态概率随时间变化的曲线,经综合求解得到系统故障发生的概率,实现对系统较为精确的DPSA。     

CREAM方法中控制模式分类的模糊方法

认知可靠性与差错分析方法(CREAM)通过对任务环境进行分析从而直接确定人为差错发生概率。该方法提出控制模式的概念,认定不同的任务环境下可能对应不同的控制模式,而人为差错概率直接由控制模式确定。因此,确定控制模式是其中的关键环节。针对该问题,笔者提出了一种模糊方法。通过对性能影响因子进行打分对任务环境进行量化,利用专家打分的方式确定性能影响因子分值对于控制模式的隶属度;通过拟合分析确定性能影响因子的分值对控制模式的隶属函数,得到控制模式与分值之间的对应关系;将该方法应用到两个示例中,其结果与原有方法的结果基本一致。     

基于Markov的列控中心多态动态可靠性分析

针对列控中心系统由冗余带来的动态时序特点和通信接口单元在实际工作环境中具有多种故障状态的问题,假设部件寿命和维修时间服从指数分布,且各单元相互独立,故障单元修复后的寿命仍服从指数分布。构建了基于马尔科夫的多状态热贮备可修系统可靠性模型,通过计算得到部件的稳态可用度、平均故障间隔时间、首次故障前平均时间、稳态故障频度、维修人员忙期稳态概率及可靠度函数等主要可靠性参数的解析表达式。最后,以CTCS-2级列控系统的列控中心为例,对该多状态热贮备可修系统可靠性解析模型进行了验证和分析。结果表明：随维修速率提高,部件的稳态可用度提高,部件的故障概率、稳态故障频度和维修人员忙期稳态概率降低;可为掌握列控中心在实际维修条件下的可靠性规律及合理开展列控中心维修工作提供技术支撑。     

基于模糊层次分析的门座起重机回转机构状态综合评价

针对门座起重机回转机构故障发生的特点,基于模糊层次分析法原理,建立了门座起重机回转机构状态综合评价模型。引入三角模糊数描述专家的判断信息,建立模糊互补判断矩阵,采用基于可能度的重要度排序确定各评价指标的权重值,以此判断各评价指标对整个机构的影响程度。邀请专家对列出的各评价指标的综合性能予以评价,根据得到的指标评价矩阵和权重矩阵,求出整个回转机构的模糊综合评价矩阵。根据最大隶属度原则,确定机构的工作状态和综合性能的得分情况。     

平行钢丝吊索强度安全性分析与评估

评估不同断丝数目时吊索的安全性能.在对某大跨径钢管混凝土拱桥三维有限元实体模型仿真分析的基础上,以拉索在恒载及汽车活载作用下的拉力安全系数为拉索失效判据,建立拉索失效功能函数.确定拉索失效功能函数中各参数的概率分布,采用Matlab计算软件生成各参数的随机样本,进而通过编程实现功能函数的计算机求解.采用Monte-Carlo法(蒙特卡洛法)评估吊索在不同损伤程度时的强度安全概率,计算各工况下吊索强度可靠性指标值并推导出吊索失效的临界断丝数.结果表明,吊索失效概率随断丝数的增加而急剧增大,吊索强度安全可靠性指标值随断丝数的增加近似呈线性衰减趋势.确定吊索失效的临界断丝数对吊索宏观检查和评估具有较大的工程实用价值.     

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。     

系统安全风险描述研究

从安全风险研究角度系统描述部件状态、部件状态向量、系统状态、风险和风险矩阵、风险分类、系统状态风险、风险状态集、风险状态概率、风险转移概率、临界状态、关键部件和风险重要度,对系统安全风险有了更加全面深刻而准确的呈现,得到基于部件状态向量的系统安全风险描述,给出系统处于低中高风险的概率、风险转移临界集和安全风险重要度的计算方法。     

可靠性理论在建筑施工安全领域的应用研究

针对建筑施工安全管理体系,从系统可靠性的视角,综合运用可靠性方面的知识,构建了建筑施工安全管理系统混联模型。在此基础上,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,以此类推,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,通过建筑施工过程中常见的脚手架坠落实例,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建筑施工安全领域;使系统在给定的目标值条件下达到系统的安全性优化,从而实现建筑施工安全保障效能,减小事故损失。     

基于时变失效的桥式起重机结构可靠性分析

为提高我国起重机产品的安全可靠性水平,用时变可靠性理论分析桥式起重机金属结构。以桥式起重机金属结构为研究对象,时变可靠性理论为基础,研究桥式起重机金属结构的载荷时变可靠性模型和抗力时变可靠性模型,建立桥式起重机金属结构失效状态的时变可靠性数学模型。通过工程算例分析,揭示金属结构抗力随时间衰减与否对可靠度与失效概率的影响,得到不同金属结构抗力衰减系数下桥式起重机主梁金属结构可靠度和失效概率。探索桥式起重机金属结构时变可靠性安全评估方法。对比金属结构抗力衰减系数分别为0.000 2和0.000 3时的分析结果,发现金属结构系统的可靠性随金属结构抗力衰减系数的增加而降低。     

基于改进DEMATEL-ISM模型的机轮刹车系统风险因素分析

针对机轮刹车系统在飞机着陆阶段复杂的安全性问题,应用系统理论过程分析法(STPA)识别潜在风险因素,采用风险熵改进决策实验室分析法(DEMATEL)计算风险因素中心度和原因度,确定因素重要性和属性,并集成解释结构模型法(ISM)建立风险因素递阶层次结构.结果 表明:在因素辨识方面,STPA与传统FTA方法相比,可识别出更多的风险因素,如组件交互、设计缺陷等因素;通过改进DEMATEL-ISM可体现系统因素客观联系,并确定AACU为系统关键部件,且风险因素可分为3个层次,在层次内与层次间均存在因素关联,从递阶层次结构分析得出可采取断链措施和提高部件可靠性来保障系统安全.     

考虑环境熟悉度的行人疏散模型研究

为研究不同环境熟悉度下行人疏散时的特性,将熟悉度参数引入到传统地场模型中,修正模型的转移概率,并将模型中原有动态场改进为基于距离选择的动态场,建立扩展的行人疏散模型。以无障碍物建筑物及教室为例,分析熟悉度不变、可变时各参数对行人疏散的影响。数值模拟结果表明,扩展模型在给定静态参数条件下,疏散时间随熟悉程度的增加而减少;熟悉度较低时,陌生概率下的跟随移动策略优于其他策略;同时模型能够避免自身及后方行人的干扰。该模型可为建筑物设计、疏散性能评估和突发事件下的疏散引导等提供一定指导。     

考虑多失效模式的桩-土结构体系稳健性设计

针对桩基础设计中岩土参数和荷载的不确定性,首先,提出考虑多失效模式的桩-土结构体系的稳健性设计(RGD)方法,综合分析单桩竖向承载能力极限状态(ULS)、竖向正常使用极限状态(SLS)、水平强度失效和水平变形失效4种失效模式;其次,采用蒙特卡罗模拟(MCS)法和点估计法(PEM)嵌套的方法计算桩-土结构体系的失效概率均值和标准差,以失效概率标准差作为衡量结构稳健性的指标;最后,以稳健性和经济成本作为优化目标,确定单桩的最优设计。结果表明:多失效模式下,不同的单桩设计尺寸,起决定作用的失效模式不同;随着单桩设计几何尺寸的增加,桩-土结构体系的主控失效模式逐渐由桩水平强度控制转为由竖向正常使用极限状态控制;主控失效模式的变化,对结构体系的失效概率变化梯度影响较大。     

可重组制造系统降级运作的可靠性分析

作为一种全新的制造系统类型,笔者对可重组制造系统的一种降级运作模式进行系统整体性能和可靠性的分析与研究。针对可重组制造系统中可能存在非关键设备失效的情况,在选取系统中存在单台关键设备的条件下,建立可重组制造系统在一定时期内降级运作的有效性模型。应用马尔可夫可靠性模型对系统不同的运行状态推导出转换方程,对系统的生产率和有效性两大指标进行计算和分析。通过对系统正常状态和降级状态的有效度和生产率的比较,得出了系统存在降级运行模式时,比系统全部由关键设备组合的运行模式具有更高的生产率和有效度,并在一定条件下,系统有效度比生产率增加更快的两大结论。     

D-S证据理论在火灾检测中的应用

为提高火灾检测系统的准确率与可靠性,建立基于D-S证据理论的火灾检测模型。结合模糊理论,用高斯型隶属度函数表示信任度。根据专家知识,得出各传感器监测值以及火灾类型的概率信任度函数曲线。用D-S证据理论融合多种传感器信息,以确定火灾类型的概率信任度。在实验室中对火灾检测模型进行应用分析。结果表明,用单一种类传感器进行火灾类型识别时,存在误判问题;而用D-S证据理论融合多种传感器信息后,能够准确判断火灾类型。     

基于贝叶斯网的交通事故机理分析

针对道路交通事故的形成机理进行定性、定量研究,根据我国道路交通事故记录数据特征,应用贝叶斯网对事故发生概率进行定量分析.引入"驾驶员紧张度"和"道路线形合理度"两个隐节点,建立了事故分析的贝叶斯网多层隐类模型,采用最大似然估计方法确定了模型的边缘概率和条件概率.将贝叶斯网模型应用于国道104二级公路(K1310+000～K1330+000)的事故分析中,运用贝叶斯网分析软件包Netica对其历史事故记录数据进行分析.结果表明: 贝叶斯网不仅可以定量计算某种道路交通状态下的事故发生概率,而且可以找出影响事故概率的关键原因和最不利状态组合(事故概率最大时的道路交通状态).     

人因可靠性数据库基础架构研究

针对人因可靠性分析中的数据匮乏问题,在技能-规则-知识(SRK)模型的基础上建立层次化的人因可靠性数据分类体系,其中包括人因失误模式和人因失误影响因素。结合对一些实际人因失误数据的考察,以及可控实验,确定人因可靠性数据库中基准人因失误概率。在人因数据外推系统中,使用层次分析法(AHP)来定量评价人因失误所处的情境的等级,并使用概率方法将基准人因失误概率与情境进行叠加,从而得到人因失误概率。人因数据库有助于人因可靠性数据的搜集和分析,形式化的外推方法减少了对主观因素的依赖。