uvod
Hidravlični sistem ima prednosti velike moči, majhnosti, majhne teže, hitrega odziva, visoke natančnosti in togosti proti obremenitvi. Pogosto je jedro nadzora in prenosa moči pri vseh vrstah opreme in sistemov. Hidravlični sistem ima visoko stopnjo odpovedi. Če se po okvari ne ravna pravočasno, bo to vplivalo na proizvodnjo in povzročilo večje gospodarske izgube. Zato je preučevanje učinkovite analize zanesljivosti in metod diagnoze napak pogosto ključ do popolnosti v industrijski tehnologiji [1].
Metoda analize dreves napak (FTA) je vzpostaviti razmerje med temi dogodki na podlagi razmerja med neposrednimi in posrednimi vzroki okvare in okvare sistema ter določiti vzrok okvare sistema Različne možne kombinacije za oceno pojavnosti sistemskih dogodkov in pomembnosti spodnjega dogodka analitične metode.
V zgodnjih šestdesetih letih je Bell Labs prvič uporabil metodo FTA za napovedovanje naključne okvare sistema za nadzor izstrelkov milice. Od takrat je ameriški Boeing razvil računalniški program FTA za izboljšave zasnove letal. V zgodnjih sedemdesetih letih je Massachusetts Institute of Technology (MIT) izvedel analizo jedrske varnosti z uporabo sporazuma o prosti trgovini in analize dreves dogodkov ter ugotovil, da je jedrska energija zelo varen vir energije. Objava tega poročila je povzročila velike posledice na različnih področjih in promovirala metodo analize dreves napak iz vesoljske in jedrske energije v industrijske sektorje elektronike, kemične industrije in strojev [2].
Trenutno se metoda sporazuma o prosti trgovini uporablja na vseh področjih nacionalnega gospodarstva in ima pomembno vlogo pri izboljšanju zanesljivosti in varnosti sistema ter ima široko paleto razvojnih možnosti [3]. FTA je postala ena izmed učinkovitih metod za zanesljivost, napovedovanje in analizo varnosti, analizo napak in diagnozo hidravličnega sistema.
1 tradicionalni sporazum o prosti trgovini
1.1 osnovne značilnosti
Na podlagi logične algebre in teorije verjetnosti FTA uporablja" dogodki" predstaviti verjetnosti napak in&"; logična vrata GG"; opisati razmerja med napakami komponent. Dogodek je opis stanja sistema in njegovih komponent. Pogosto uporabljeni logični vhodi in AND, OR, glasovalna vrata, prepovedana vrata in XOR vrata.
Metoda sporazuma o prosti trgovini mora rešiti minimalni rez, določen v kvalitativni in kvantitativni analizi. Glede na kombinacijo logičnih vrat v sistemskem drevesu napak se izpiše funkcija strukture in verjetnost pojava najvišjega dogodka se izračuna z disjontno obdelavo, da se še naprej izračuna pomembnost vsakega dogodka.
Narezani sklopi (cestni sklopi) so zbirka nekaterih spodnjih dogodkov v drevesu napak. Najpomembnejši dogodki se morajo zgoditi (ne smejo se zgoditi), kadar se ti spodnji dogodki zgodijo istočasno (se ne pojavijo). Če je rezalni niz (komplet cest), vsebovan v spodnjem dogodku, samovoljno odstranjen iz rezanega kompleta (cestni komplet), je takšen rezalni niz (cestni komplet) najmanjši niz rezanih delov (najmanjši cestni komplet).
Funkcija strukture je logična funkcija, ki predstavlja stanje sistema. Če stanje statusa najvišjega dogodka sistema uporablja spremenljivke stanja, je funkcija strukture konec funkcije spremenljivk stanja dogodka. Ko je podano drevo napak, lahko funkcijo strukture zapišemo neposredno glede na drevo napak. Vendar je izraz zapleten in dolgotrajen. Zato je v dejanskem izračunu funkcija strukture izražena z najmanjšim naborom rezov ali najmanjšim naborom poti.
1.2 FTA v hidravličnem sistemu
Večino hidravličnih sistemov lahko razvrstimo v tandemske sisteme. Drevesa prelomov so pogosto sestavljena iz vrat OR. Pojav enega samega dogodka običajno povzroči vrhunski dogodek [4]. Toda dejanski sistem ne more preprosto začeti z izboljšanjem zanesljivosti vsake hidravlične komponente, kar bo povzročilo izgubo časa in virov. Šibke povezave hidravličnega sistema pomembno vplivajo na zanesljivost sistema. Zanesljivost sistema je odvisna od tega, ali sta natančno predvidena lokacija šibkih povezav in stopnja vpliva. Metoda sporazuma o prosti trgovini lahko pomaga ugotoviti načine odpovedi sistema in ugotoviti šibke povezave sistema. Kakovostna in kvantitativna analiza ter izračun verjetnosti okvar sistema in drugi indeksi zanesljivosti so osnova za izboljšanje in oceno zanesljivosti hidravličnega sistema [5].
Na primer, nekateri simptomi napak in viri napak niso ena-na-ena korespondenca, pogosto s pojavom omahovanja in prekrivanja, diagnoza napak pa je težja. Metoda FTA identificira vse načine okvare najvišjega dogodka z iskanjem vzroka najvišjega dogodka in kombinacije vzrokov, kar lahko pomaga prepoznati morebitne napake v hidravličnem sistemu, da lahko vodi diagnozo napak ter izboljša načrtovanje in vzdrževanje raztopina [6].
Tradicionalna metoda sporazuma o prosti trgovini ima naslednje pomanjkljivosti: Prvič, pri analizi zanesljivosti sistema tradicionalna metoda sporazuma o prosti trgovini meni, da ima del samo dva stanja delovanja ali okvare, in ne more natančno oceniti zanesljivosti sistema. Drugič, tradicionalna metoda FTA uporablja na osnovi Boolove algebre, da je treba natančno poznati razmerje med verjetnostjo okvare dela in dogodkom okvare, vrednost verjetnosti dela pa za pridobitev verjetnosti potrebuje veliko statističnih podatkov vrednost. Dvoumnost okolja in netočnost podatkov bo vplivala na verjetnost pojava delov in verjetnost pojavljanja delov obravnavala kot natančno vrednost, kar prinaša veliko napako pri kvantitativnem izračunu drevesa napak. Na koncu, ko je drevo napak poenostavljeno, obstaja veliko število nesekajočih se postopkov, izračun je zelo velik in včasih je težko dobiti najmanjši nabor rezanega drevesa.
2 Fuzzy FTA
Hidravlični sistem je kompleksen nelinearen sistem mehanskih, električnih in fluidnih sklopk. Oblike odpovedi in mehanizmi odpovedi so zapleteni in raznoliki. Težko je natančno določiti vzrok okvare in stopnjo okvare [7]. Uporaba teorije mehkih nizov pri hidravličnem sistemu FTA ne odraža samo mehkobe verjetnosti same, temveč omogoča tudi določitev verjetnosti do določene stopnje napake, temveč tudi prizorišče in eksperimentalne podatke z izkušnjami inženirjev in tehnikov. v kombinaciji lahko bolje reši dvoumnost in negotovost verjetnosti napak, zmanjša težavo pri pridobivanju natančne vrednosti verjetnosti napak ter ima večjo prilagodljivost in prilagodljivost.
Metoda mehkega sporazuma o prosti trgovini zakriva verjetnost pojava osnovnih dogodkov v drevesu napak, sprejme mehke številke, ki nadomestijo natančne vrednosti verjetnosti, in še vedno uporablja vrata AND in OR tradicionalnega drevesa napak, vendar namesto mehkega operaterja uvede mehkega operaterja. tradicionalna logična operacija, nastavite mehko verjetnost pojava najvišjega dogodka in njegovo porazdelitev funkcije članstva ter kvantitativno analizo z izračunom stopnje mehke pomembnosti.
Mehke številke so negotovosti, ki jih povzroča konceptualna nejasnost ali vpliv različnih mehkih dejavnikov. Nejasne številke opisujejo verjetnostne vrednosti in poudarjajo subjektivno vlogo ljudi v prosti trgovini. Obstaja veliko oblik mehkih števil, kot so trikotna mehka števila, trapezoidna mehka števila, LR mehka števila, običajna mehka števila, intervalna mehka števila in jezikovne vrednosti [8]. V inženirski praksi hidravličnega sistema lahko pri velikem številu statističnih podatkov določite natančno verjetnost pojava verjetnosti dogodka na dnu; kadar primanjkuje statističnih podatkov, glede na dejansko stanje z različnimi mehkimi števili in jezikovnimi vrednostmi, ki jih je treba predstaviti in združiti s strokovno raziskavo za oceno verjetnosti konca incidenta [9]. Da bi olajšali sporazum o prosti trgovini, je treba normalizirati različne oblike verjetnosti dogodka na dnu. Ker je trapezoidno nejasno število delno linearna porazdelitvena funkcija članstva, je algebraična operacija razmeroma preprosta. Intuitivno in enostavno je pretvoriti druge oblike mehkih števil v trapezne mehke številke [10].
Postopek uporabe principa razširitve za določitev funkcije članstva mehke verjetnosti največjega dogodka je pravzaprav problem matematičnega programiranja, ki pogosto naleti na različne mehke operacije, na primer štiri aritmetike mehkih števil. Za zapletene sisteme je dimenzija strukturne funkcije Zelo visoka, optimalna rešitev programskega problema na splošno naleti na matematične probleme. Nato bo ustvaril mehke rezultate izračuna, verodostojne in verodostojne stopnje, ki je" difuzibilne" in različne vrste funkcij članstva mehke verjetnosti izračuna križanja in tako naprej. Iz tega razloga je [11] sprejel metodo, ki temelji na mehkem operatorju konvolucije, kar je privedlo do postopnega izginotja robnega članstva izhodnega mehkega števila. Z zanemarjanjem malo verjetnih elementov na robu bi lahko podaljšek končnega nabora vej učinkovito kompenzirali, to je" difuznost" zoži. Da bi rešili problem spenjanja različnih vrst mehkih verjetnosti, Ref. [12] je sprejel metodo delitve stopnje članstva ciljne domene po ciljni domeni, nato pa presežek ponderiral po razširjenem principu in mehki operater. V [13] je sprejeta intervalska operacija za vsak λ izrez mehkih števil, enakovreden razširjenemu principu. Z uporabo različnih vrednosti λ lahko dobimo interval verjetnosti okvare sistema pri različnih stopnjah zaupanja.
Zaradi tradicionalnih logičnih vrat mora zgornja mehka metoda FTA še vedno odkriti mehanizem napak in najti povezavo dogodka. V praksi sta mehanizem okvare in povezava dogodkov pogosto negotova. Poleg tega bo različna stopnja okvare prinesla različne posledice, tradicionalni mehki sporazum o prosti trgovini ne more opisati vpliva stopnje okvare na sistem. Da bi rešili te težave, je literatura [14] v FTA vpeljala mehki model TS, verjetnost napak komponent opisala kot mehko verjetnost, razmerje med dogodki opisala kot TS vrata in stopnjo napake opisala kot mehko število glede na del Možnost meglene mehke in stopnje okvare Izračunajte mehko verjetnost nadrejenega dogodka. V literaturi [15] je bila metoda TS FZZ FTA uporabljena za hidravlični sistem in je dosegla dobre rezultate.
3 Analiza pomembnosti
Pomembnost je pomemben indeks za kvantitativno analizo drevesa napak. Ne more se uporabljati le za analizo zanesljivosti sistema, temveč se lahko uporablja tudi pri načrtovanju in usmerjanju sistema za optimizacijo sistema za vzdrževanje in diagnozo. Pomen opisuje prispevek k glavnemu dogodku v primeru okvare komponente. Tradicionalno drevo napak imajo predvsem tri pomembnosti: strukturni pomen, verjetnostni pomen in kritični pomen. Strukturni pomen je opredeljen kot delež ključnih vektorjev komponente' v skupnem številu ključnih komponent v preostalih komponentah, ki se odraža v pomembnosti lokacije dogodka v logični strukturi drevesa napak, ne glede na verjetnost pojava osnovnega dogodka. Pomembnost verjetnosti je opredeljena kot delna izpeljava verjetnosti pojava dogodka na vrh na verjetnost nastopa dogodka na dnu, ki odraža stopnjo vpliva vsakega stanja dogodka na dnu na stanje sistema. Kritični pomen je opredeljen kot razmerje med hitrostjo spremembe verjetnosti okvare dela in hitrostjo spremembe verjetnosti okvare največjega dogodka, ki ga je povzročil. Prav tako odraža vpliv verjetnosti dogodka dna na vrh dogodka in nezanesljivosti dogodka dna.
Tradicionalna analiza pomembnosti drevesa napak temelji na predpostavki o dveh stanjih, vendar se dejanski sistem pogosto kaže kot različni načini okvar in različne stopnje napak. Da bi izpolnili zahteve glede zanesljivosti sistemov z več državami, literatura [16] razširja pomen tradicionalnih komponent sistema z dvema državama na sisteme z več državami in predstavlja sistem z več državami, ki temelji na sistemskem horizontalnem dogodku ali državnem dogodku Splošna opredelitev strukturnega pomena in verjetnostnega pomena ter način izračuna je v skladu s pomenom komponent sistema dveh držav.
Da bi razkrili vpliv stanja komponent na samo stanje in celotno okvaro sistema z več državami, literatura [17], ki temelji na predpostavki, da sistemskih komponent ni mogoče popraviti, razdeli načine okvar na napake stanja in napake prehoda stanja, razširitev tradicionalne verjetnostne pomembnosti Stopnja in metoda analize kritičnega pomena je pomembnost enako razdeljena na državni pomen in pomen prenosa.
Da bi odražali vpliv kritičnega stanja in nekritičnega stanja vseh komponent na verjetnost okvare celotnega sistema, je Literatura [18] predlagala koncept enakovredne verjetnosti okvare in njegovo metodo izračuna z uporabo metode razgradnje verjetnosti analiziramo vsa obstoječa stanja komponent in sistemov, z uporabo metode Markove verige in teorije verjetnosti izračunamo pričakovano število dela sistema in nato dobimo enakovredno verjetnost okvare.
Da bi odražali interakcijo dveh komponent v sistemu o zanesljivosti sistema, je literatura [19] predlagala koncept skupnega pomena, ki je opredeljen kot razmerje dveh komponent za izboljšanje zanesljivosti sistema. Pomen zglobne strukture odraža razmerje med dvema komponentama, kadar zanesljivost ni veljavna. Pomen skupne zanesljivosti odraža razmerje med dvema komponentama, ko je zanesljivost veljavna. Referenca [20] razširja skupni pomen dveh komponent na več komponent in raziskuje pojem pomembnosti pogojne zanesljivosti, ko je znano obratovalno stanje komponente'
Če posamezen element predstavlja drugačen način okvare ali ni veljaven, je treba vse pomembne spodnje dogodke obravnavati kot kombinacijo, da se ugotovi pomembnost elementa. Za rešitev zgoraj navedenega problema je predlagan diferencialni pomen kot metoda občutljivosti prvega reda. Glede na interakcijo med komponentami je literatura [21] predlagala stopnjo diferencialne pomembnosti drugega reda z uporabo skupne pomembnosti kot dopolnilne informacije drugega reda.
V [22] sta uporabljeni dve metodi pomembnosti, ki temelji na Fussell-Veselyju, in sicer pomembnost komponente in pomembnost reza, pomembnost komponente se uporablja za prepoznavanje najverjetnejše okvare komponente, pomembnost reza pa odraža kombinacijo odpovedi komponent. Simptomi okvar sistema so ustvari ob upoštevanju komponent samih in njihovega vpliva na sistem.
Predvsem je pomembnost opredeljena na ravni sestavnih delov, saj je drevo napak osnovna stopnja dogodka, na ravni dogodkov vrat pa se lahko ponovijo osnovni dogodki v različnih dogodkih vrat, zaradi česar je verjetnost okvare vsakega dogodka določena pomembnost , literatura [23] pomen dogodka na vratih izhaja iz pomena osnovnega dogodka.
Tradicionalna metoda analize stopnje pomembnosti drevesa napak temelji na hipotezi verjetnosti, v praktičnih sistemih pogosto obstajajo mehke in naključnosti, verjetnostna hipoteza se postopoma nadomesti z verjetnostno hipotezo in nastane metoda analize mehke pomembnosti. Na primer, s pomočjo opredelitve koncepta tradicionalnega pomena, to je matematičnega pričakovanja razlike med mehko verjetnostjo zgornjega dogodka in stanjem okvare spodnjega dogodka [24] Razlika med srednjo vrednostjo mehki dogodek in srednja številka največjega dogodka v običajnem stanju [25]; metoda Hammingove razdalje, ki je razlika med podobnostmi dejanskega načina okvare in idealnega načina okvare [26].
Na podlagi pomembnosti tradicionalnega drevesa napak je literatura [27] predlagala algoritem pomembnosti drevesa mehkih napak TS in opredelila stopnjo pomembnosti verjetnosti TS, stopnjo kritične pomembnosti TS in stopnjo nejasnosti TS in preverila izvedljivost tega algoritma Sex. Ta metoda je lahko enostavna in zanesljiva, kadar je stopnja okvarov negotova ali neznana.
Optimizacija diagnoze napak na podlagi sporazuma o prosti trgovini
Znanje, potrebno za diagnozo hidravličnega sistema, je do neke mere odvisno od praktičnih izkušenj strokovnjakov s tega področja. Zato igra metoda diagnoze napak strokovnega sistema pomembno vlogo v hidravličnem sistemu. Pridobivanje znanja je priznano kot" ozko grlo" problem ekspertnega sistema. Pridobivanje znanja se izvede z uporabo drevesa napak. Logična povezava med vsako napako je jasna, diagnostična pravila pa intuitivna, kar zmanjšuje težave pri pridobivanju znanja strokovnega sistema. Zgornji dogodek drevesa napak ustreza nalogi, ki jo mora analizirati in rešiti strokovni sistem. Končni rezultat je minimalni nabor rezov. Logično razmerje drevesa napak od zgoraj navzdol ustreza procesu sklepanja strokovnega sistema. Podružnice ustrezajo pravilom v bazi znanja. Število podružnic je enako številu pravil, znanje v bazi znanja prihaja iz drevesa napak.
Vendar tradicionalno drevo napak ni ugodno za shranjevanje in iskanje računalnika, zlasti kadar je hidravlični sistem bolj zapleten, običajno uporabljeno skladišče zavzame več prostora za shranjevanje, postopek pridobivanja je zapleten, diagnoza ne more hitro sklepati in ni ugodno za vzdrževanje sistema. Struktura shranjevanja binarnega drevesa in postopek iskanja je razmeroma preprost, enostaven za računalniško izražanje in obdelavo, drevo napak se lahko za reševanje zgoraj navedenih problemov spremeni v binarno drevo
