вступ
Гідравлічна система має переваги великої потужності, невеликих розмірів, невеликої ваги, швидкої реакції, високої точності та жорсткості проти навантаження. Він часто лежить в основі управління та передачі енергії у всіх видах обладнання та систем. Гідравлічна система має високий коефіцієнт відмов. Якщо вчасно не впоратися з цим після відмови, це вплине на виробництво, що призведе до більших економічних втрат. Тому вивчення його ефективного аналізу надійності та методів діагностики несправностей часто є ключем до досконалості в промисловій технології [1].
Метод аналізу дерева несправностей (ЗВТ) полягає у встановленні взаємозв'язку між цими подіями на основі взаємозв'язку між прямими та непрямими причинами збою та відмови системи, а також у встановленні причин збою системи Різні можливі комбінації для оцінки захворюваності системних подій та значення нижньої події аналітичного методу.
На початку 1960-х Bell Labs вперше застосував метод ЗВТ для прогнозування випадкових відмов системи управління запуском ракет міліції. З тих пір американський Boeing розробив комп’ютерну програму FTA для вдосконалення конструкції літаків. На початку 1970-х років Массачусетський технологічний інститут (Массачусетський технологічний інститут) провів аналіз ядерної безпеки за допомогою ЗВТ та аналізу дерева подій і дійшов висновку, що ядерна енергія є дуже безпечним джерелом енергії. Публікація цього звіту викликала значні наслідки в різних сферах та просунула метод аналізу дерева несправностей від аерокосмічної та атомної енергетики до промислових секторів електроніки, хімічної промисловості та машинобудування [2].
В даний час метод ЗВТ застосовується у всіх сферах національної економіки, відіграючи важливу роль у підвищенні надійності та безпеки системи та має широкий спектр перспектив розвитку [3]. ЗВТ став одним з ефективних методів надійності, прогнозування та аналізу безпеки, аналізу несправностей та діагностики гідравлічної системи.
1 традиційна ЗВТ
1.1 основні характеристики
На основі булевої алгебри та теорії ймовірностей ЗВТ використовує" події" для представлення ймовірностей несправностей та" логічні ворота" для опису взаємозв’язків між несправностями компонентів. Подія - це опис стану системи та її компонентів. Зазвичай використовуються логічні ворота та AND, OR, виборчі двері, заборонені двері та XOR ворота.
Метод ЗВТ повинен вирішити мінімальний рівень скорочень, встановлений в якісному та кількісному аналізі. Відповідно до комбінації логічних затворів у дереві системних несправностей виписується структурна функція, і ймовірність виникнення найвищої події обчислюється шляхом неперервної обробки для подальшого обчислення важливості кожної події.
Набори зрізів (набори доріг) - це сукупність деяких найнижчих подій у дереві несправностей. Найвищі події повинні відбуватися (не відбуватися), коли ці нижчі події відбуваються одночасно (не відбуваються). Якщо нарізаний набір (дорожній набір), що міститься в нижній події, довільно видаляється з нарізаного набору (набір доріг), такий нарізний набір (набір доріг) є мінімальним набором зрізів (мінімальний набір доріг).
Структурна функція - це булева функція, яка представляє стан системи. Якщо статус найвищої події системи використовує змінні стану, функція структури є кінцем функції змінних стану події. Загалом, коли дано дерево несправностей, функцію структури можна записати безпосередньо відповідно до дерева несправностей. Однак вираз складний і тривалий. Отже, у фактичному обчисленні структурна функція виражається мінімальним набором розрізів або мінімальним набором шляхів.
1.2 ЗВТ в гідравлічній системі
Більшість гідравлічних систем можна віднести до категорії тандемних систем. Дерева розломів часто складаються з воріт АБО. Поява однієї події, як правило, призводить до найвищої події [4]. Але фактична система не може просто почати з підвищення надійності кожного гідравлічного компонента, що призведе до втрати часу та ресурсів. Слабкі ланки гідравлічної системи мають значний вплив на надійність системи. Надійність системи залежить від того, чи точно передбачено розташування слабких ланок та ступінь впливу. Метод ЗВТ може допомогти виявити режими відмов системи та виявити слабкі ланки системи. Якісний та кількісний аналіз та розрахунок вірогідності відмов системи та інші показники надійності надаються, щоб забезпечити основу для вдосконалення та оцінки надійності гідравлічної системи [5].
Наприклад, деякі симптоми несправностей та джерела несправностей не співпадають "один на один", часто з явищем хитливості та перекриття, а діагностика несправності є більш складною. Метод FTA ідентифікує всі режими відмов найвищої події шляхом пошуку причини найвищої події та поєднання причин, що може допомогти виявити потенційні несправності в гідравлічній системі для керівництва діагностикою несправностей та вдосконалення конструкції та технічного обслуговування розчин [6].
Традиційний метод ЗВТ має такі недоліки: По-перше, при аналізі надійності системи традиційний метод ЗВТ враховує, що деталь має лише два стани роботи або відмови, і не може дати точної оцінки надійності системи. По-друге, традиційний метод ЗВТ використовує на основі булевої алгебри, необхідно точно знати взаємозв'язок між ймовірністю відмови деталі та подією відмови, а значення ймовірності деталі бере багато статистичних даних для отримання ймовірності значення. Неоднозначність навколишнього середовища та неточність даних впливатимуть на ймовірність виникнення деталей і розглядатимуть ймовірність появи деталей як точне значення, що приносить велику помилку в кількісному розрахунку дерева несправностей. Нарешті, коли дерево дефектів спрощено, існує велика кількість непересічних процесів, обчислення дуже великі, і іноді важко отримати мінімальний наріз дерева дефектів.
2 Нечітке ЗВТ
Гідравлічна система - це складна нелінійна система механічного, електричного та рідинного зчеплення. Форми відмов та механізми відмов складні та різноманітні. Важко точно визначити причину поломки та ступінь несправності [7]. Застосування теорії нечітких множин до гідравлічної системи ЗВТ не тільки відображає нечіткість самої ймовірності, але також дозволяє присвоїти ймовірність певному ступеню похибки, але також можна визначити місце дії та експериментальні дані з досвідом інженерів та техніків. комбіновано, ви можете Це може вирішити двозначність та невизначеність ймовірності несправності, зменшити труднощі отримання точного значення ймовірності несправності та має більшу гнучкість та пристосованість.
Нечіткий метод ЗВТ приховує ймовірність настання основних подій у дереві несправностей, приймає нечіткі числа, щоб замінити точні значення ймовірності, і все ще використовує шлюзи І та АБО традиційного дерева помилок, але вводить нечіткий оператор, замість традиційна логічна операція, Встановіть нечітку ймовірність настання найважливішої події та розподіл функції її належності та кількісний аналіз шляхом обчислення ступеня нечіткої важливості.
Нечіткі числа - це невизначеності, спричинені концептуальною нечіткістю або впливом різних нечітких факторів. Нечіткі цифри описують значення ймовірності та підкреслюють суб’єктивну роль людей у ЗВТ. Існує багато форм нечітких чисел, таких як трикутні нечіткі числа, трапецієвидні нечіткі числа, нечіткі числа LR, нормальні нечіткі числа, інтервальні нечіткі числа та мовні значення [8]. В інженерній практиці гідравлічної системи при великій кількості статистичних даних можна визначити точну ймовірність виникнення нижньої ймовірності події; при відсутності статистичних даних, відповідно до фактичної ситуації за допомогою різноманітних нечітких чисел і мовних значень представляють і поєднують опитування експертів для оцінки ймовірності настання кінця інциденту [9]. Для полегшення зони вільної торгівлі слід нормалізувати різні форми ймовірності настання нижньої події. Оскільки трапецієподібне нечітке число є кусково-лінійною функцією приналежності розподілу, алгебраїчна операція відносно проста. Інтуїтивно зрозуміло та легко перетворити інші форми нечітких чисел у трапецієвидні нечіткі числа [10].
Процес використання принципу розширення для визначення функції приналежності нечіткої ймовірності найвищої події насправді є математичною задачею програмування, яка часто стикається з різними нечіткими операціями, такими як чотири арифметики нечітких чисел. Для складних систем розмір структурної функції Дуже високий, оптимальне рішення проблеми програмування, як правило, стикається з математичними проблемами. Тоді це дасть нечіткі результати обчислення достовірні та вірогідні, тобто" дифузійний" а також різні типи функцій приналежності нечітких обчислень перехресної ймовірності тощо. З цієї причини [11] прийняв метод, заснований на нечіткому операторі згортки, який призвів до поступового зникнення крайової належності вихідного нечіткого числа. Нехтуючи малоймовірними елементами на ребрі, розширення кінцевого набору гілок може бути ефективно компенсовано, тобто" дифузійність" звужується. Для того, щоб вирішити проблему зв'язку різних типів нечітких ймовірностей, посилання [12] прийняв метод розділення ступеня належності цільового домену спочатку після цільового домену, а потім зважив перетин за розширеним принципом і нечітким оператором. У роботі [13] прийнято інтервальну операцію для кожного λ відсічення нечітких чисел, еквівалентну розширеному принципу. Беручи різні значення λ, можна отримати інтервал ймовірності відмови системи при різних рівнях довіри.
Зважаючи на традиційні логічні ворота, вищезазначений нечіткий метод ЗВТ все ще повинен з’ясувати механізм несправності та знайти зв’язок події. На практиці механізм зриву та зв’язок подій часто невизначені. Крім того, різний ступінь відмови принесе різні наслідки, традиційне нечітке ЗВТ не може описати вплив ступеня відмови на систему. Для вирішення цих проблем література [14] представила нечітку модель TS у ЗВТ, описала ймовірність несправностей компонентів як нечітку ймовірність, описала зв'язок між подіями як TS-затвор і ступінь несправності як нечітке число, відповідно відповідно до Частина Можливість нечіткого туману та ступінь відмови Розрахуйте нечітку ймовірність зверхньої події. Література [15] застосувала цей нечіткий метод ЗВТ до гідравлічної системи і досягла хороших результатів.
3 Аналіз важливості
Важливість є важливим показником для кількісного аналізу дерева розломів. Він може бути використаний не тільки для аналізу надійності системи, але також може бути використаний в системі оптимізації проекту та системі наведення для технічного обслуговування та діагностики. Важливість описує внесок у найвищу подію у випадку відмови компонента. Існує в основному три типи важливості традиційного дерева розломів: структурна важливість, важливість ймовірності та критична важливість. Структурна важливість визначається як частка ключових векторів компонента' у загальній кількості ключових компонентів в інших компонентах, що відображається у важливості місця події в логічній структурі дерева несправностей, незалежно від ймовірність настання базової події. Важливість імовірності визначається як часткова похідна ймовірності виникнення найвищої події на ймовірність настання нижньої події, що відображає ступінь впливу кожного стану нижньої події на стан системи. Критична важливість визначається як відношення швидкості зміни ймовірності відмови деталі до швидкості зміни ймовірності відмови верхньої події, спричиненої нею. Це також відображає вплив ймовірності нижньої події на верхню подію та ненадійності нижньої події.
Традиційний аналіз важливості дерева несправностей базується на припущенні про два стани, але фактична система часто виявляється у вигляді різноманітних режимів відмов та різноманітних рівнів несправностей. Для того, щоб задовольнити вимоги надійності багатодержавних систем, література [16] поширює значення традиційних компонентів системи двох станів на багатодержавні системи та представляє багатодержавну систему, засновану на горизонтальній події системи або державній події Загальне визначення структурної важливості та важливості ймовірності та спосіб її розрахунку відповідають важливості компонентів системи двох держав.
Для того, щоб виявити вплив станів компонентів на сам стан і всю відмову багатодержавної системи, література [17], виходячи з припущення про те, що компоненти системи не підлягає ремонту, розділяє режими відмов на збої стану та збої переходу стану, розширюючи традиційну важливість ймовірності Ступінь і метод аналізу критичної важливості, важливість рівномірно поділяється на державну важливість і важливість передачі.
Для того, щоб відобразити вплив критичного стану та некритичного стану всіх компонентів на ймовірність виходу з ладу всієї системи, Література [18] запропонувала концепцію еквівалентної ймовірності відмови та метод її розрахунку, використовуючи метод розкладання ймовірностей проаналізувати всі існуючі стани компонентів та систем, використовуючи метод ланцюга Маркова та теорію ймовірностей, щоб розрахувати очікувану кількість роботи системи, а потім отримати еквівалентну ймовірність відмови.
Для того, щоб відобразити взаємодію двох компонентів у системі щодо надійності системи, в літературі [19] було запропоновано концепцію спільного значення, яка визначається як співвідношення двох компонентів для підвищення надійності системи. Важливість конструкції суглоба відображає взаємозв'язок між двома компонентами, коли надійність недійсна. Важливість спільної надійності відображає взаємозв'язок між двома компонентами, коли надійність дійсна. Посилання [20] поширює спільну важливість двох компонентів на декілька компонентів і досліджує поняття важливості умовної надійності, коли відомий робочий стан компонента'
Коли окремий елемент представляє інший режим відмови або не є дійсним, потрібно розглядати всі відповідні нижні події як комбінацію, щоб визначити важливість елемента. Для вирішення вищезазначеної проблеми пропонується диференціальне значення як метод чутливості першого порядку. Розглядаючи взаємодію між компонентами, література [21] запропонувала ступінь диференціальної важливості другого порядку, використовуючи спільну важливість як додаткову інформацію другого порядку.
У роботі [22] використовуються два методи важливості на основі Фусселла-Везелі, а саме важливість компонента та важливість скорочення, важливість компонента використовується для виявлення найбільш ймовірної несправності компонента, а важливість вирізання відображає поєднання відмов компонентів. Симптоми системних збоїв генерується з урахуванням самих компонентів та їх впливу на систему.
Перш за все важливість визначається на рівні компонента, адже дерево несправностей є базовим рівнем подій, а для рівня подій дверей основні події в різних подіях дверей можуть повторюватися, роблячи ймовірність відмови кожної події Має певну актуальність , література [23] виводить важливість події дверей з важливості основної події.
Традиційний метод аналізу ступеня важливості дерева несправностей заснований на гіпотезі ймовірності, нечіткі та випадкові часто існують у практичних системах, гіпотеза ймовірності замінюється гіпотезою ймовірності поступово, а метод аналізу ступеня нечіткої ступеня виникає. Наприклад, за допомогою визначення поняття традиційного значення, тобто математичного сподівання на різницю між нечіткою ймовірністю верхньої події та станом відмови нижньої події [24] Різниця між медіанним значенням нечітка подія та середній номер події провідної події в нормальному стані [25]; метод відстані Хеммінга, який є різницею між подібністю фактичного режиму відмови та ідеального режиму відмови [26].
Виходячи із важливості традиційного дерева розломів, у літературі [27] запропоновано алгоритм важливості дерева нечітких розломів TS та визначено ступінь важливості ймовірності TS, ступінь критичної важливості TS та ступінь нечіткого значення TS, а також перевірено доцільність цього алгоритму Sex. Цей метод можна розглядати як простий і надійний метод, коли рівень відмов невизначений або невідомий.
Оптимізація діагностики несправностей на основі ЗВТ
Знання, необхідні для діагностики гідравлічної системи, певною мірою залежать від практичного досвіду фахівців у цій галузі. Тому метод діагностики несправностей експертної системи відіграє важливу роль у гідравлічній системі. Набуття знань визнається як" вузьке місце" проблема експертної системи. Набуття знань здійснюється за допомогою дерева помилок. Логічна взаємозв'язок між кожною помилкою чітка, а діагностичні правила інтуїтивно зрозумілі, що зменшує труднощі в отриманні знань експертної системи. Верхня подія дерева несправностей відповідає завданню, яке аналізується та вирішується експертною системою. Мінімальний наріз - це кінцевий результат. Логічна залежність дерева несправностей зверху вниз відповідає процесу міркувань експертної системи. Гілки відповідають правилам у базі знань. Кількість гілок дорівнює кількості правил, знання в базі знань походять з дерева помилок.
Однак традиційне дерево несправностей не сприяє збереженню та пошуку комп'ютера, особливо коли гідравлічна система є більш складною, загальновживаний накопичувач займає більше місця для зберігання, процес пошуку є складним, діагностика не може бути швидким висновком і не сприяє технічному обслуговуванню системи. Структура зберігання та отримання даних двійкового дерева є відносно простою, зручною для комп'ютерного вираження та обробки, дерево несправностей може бути перетворене у двійкове дерево для вирішення вищезазначених проблем
