Giriş
Hidrolik sistem, büyük güç, küçük boyut, hafiflik, hızlı tepki, yüksek hassasiyet ve yük önleyici sertlik avantajlarına sahiptir. Genellikle her türlü ekipman ve sistemde kontrol ve güç aktarımının merkezinde yer alır. Hidrolik sistemin arıza oranı yüksektir Arızadan sonra zamanında ilgilenilmezse, üretimi etkileyecek ve daha büyük ekonomik kayıplara neden olacaktır. Bu nedenle, etkili güvenilirlik analizi ve hata teşhis yöntemlerinin incelenmesi, genellikle endüstriyel teknolojide mükemmel olmanın anahtarıdır [1].
Hata Ağacı Analizi (FTA) yöntemi, sistem arızasının ve arızasının doğrudan ve dolaylı nedenleri arasındaki ilişkiye dayalı olarak bu olaylar arasındaki ilişkiyi kurmak ve sistem arızasının nedenini belirlemektir.İnsidansı tahmin etmek için çeşitli olası kombinasyonlar sistem olayları ve analitik bir yöntemin alt olayının önemi.
1960'ların başında, Bell Labs, milis füzesi fırlatma kontrol sisteminin rastgele arızasını tahmin etmek için ilk olarak FTA yöntemini kullandı. O zamandan beri, Amerika Birleşik Devletleri Boeing, uçak tasarımı iyileştirmeleri için FTA bilgisayar programı geliştirdi. 1970'lerin başında, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (MIT), FTA ve olay ağacı analizini kullanarak bir nükleer güvenlik analizi gerçekleştirdi ve nükleer enerjinin çok güvenli bir enerji kaynağı olduğu sonucuna vardı. Bu raporun yayınlanması, çeşitli alanlarda büyük yankı uyandırdı ve havacılık ve nükleer enerjiden elektronik, kimya endüstrisi ve makinelerin endüstriyel sektörlerine kadar hata ağacı analiz yöntemini teşvik etti [2].
Şu anda, FTA yöntemi ulusal ekonominin tüm alanlarına uygulanmakta olup, sistemin güvenilirliğini ve güvenliğini artırmada önemli bir rol oynamaktadır ve geniş bir geliştirme beklentileri yelpazesine sahiptir [3]. FTA, hidrolik sistemin güvenilirliği, emniyet tahmini ve analizi, arıza analizi ve teşhisi için etkili yöntemlerden biri haline gelmiştir.
1 geleneksel FTA
1.1 temel özellikler
Boole cebri ve olasılık teorisine dayanan FTA," olayları" hataların olasılıklarını ve GG'yi temsil etmek için mantık kapıları" bileşenlerin hataları arasındaki ilişkileri tanımlamak. Olay, sistemin ve bileşenlerinin durumunun bir açıklamasıdır. Yaygın olarak kullanılan mantık kapıları ve AND, OR, oylama kapısı, yasak kapılar ve XOR kapıları.
FTA yönteminin nitel ve nicel analizde minimum kesim setini çözmesi gerekir. Sistem arıza ağacındaki mantık kapılarının kombinasyonuna göre, yapı işlevi yazılır ve en üstteki olayın meydana gelme olasılığı, her bir olayın önemini daha fazla hesaplamak için ayrık işleme ile hesaplanır.
Kesim kümeleri (yol kümeleri), fay ağacındaki bazı dip olaylarının bir toplamıdır. En büyük olaylar, bu alt olaylar aynı anda meydana geldiğinde (gerçekleşmemeli) gerçekleşmelidir (gerçekleşmemelidir). Alt olayda bulunan kesim seti (yol seti) bir kesim setinden (yol seti) keyfi olarak çıkarılırsa, böyle bir kesim seti (yol seti) minimum kesim setidir (minimum yol seti).
Yapı işlevi, bir sistemin durumunu temsil eden bir Boole işlevidir. Durum değişkenlerini kullanan sistem en üst olay durumu ise, yapı işlevi, olay durum değişkenleri işlevinin sonudur. Genelde hata ağacı verildiğinde yapı fonksiyonu doğrudan hata ağacına göre yazılabilir. Bununla birlikte, ifade karmaşık ve uzundur. Bu nedenle, fiili hesaplamada, yapı fonksiyonu minimum kesim seti veya minimum yol seti ile ifade edilir.
1.2 Hidrolik sistemde FTA
Çoğu hidrolik sistem tandem sistemler olarak kategorize edilebilir. Fay ağaçları genellikle OR kapılarından oluşur. Tek bir olayın meydana gelmesi genellikle en önemli olay [4] ile sonuçlanır. Ancak gerçek sistem, her bir hidrolik bileşenin güvenilirliğini artırmakla başlayamaz, bu da zaman ve kaynak israfına neden olur. Hidrolik sistemin zayıf bağlantıları, sistem güvenilirliği üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Sistemin güvenilirliği, zayıf bağlantıların konumunun ve etki derecesinin doğru bir şekilde tahmin edilip edilmediğine bağlıdır. FTA yöntemi, sistemin arıza modlarının bulunmasına ve sistemin zayıf bağlantılarının bulunmasına yardımcı olabilir. Hidrolik sistemin [5] güvenilirliğinin iyileştirilmesi ve değerlendirilmesi için temel oluşturmak üzere sistemin arıza olasılığının ve diğer güvenilirlik indekslerinin kalitatif ve kantitatif analizi ve hesaplanması sağlanmıştır.
Örneğin, bazı arıza belirtileri ve arıza kaynakları, genellikle şaşırtıcı ve üst üste binme olgusuyla bire bir uyuşma değildir ve arıza teşhisi daha zordur. FTA yöntemi, en önemli olayın nedenini ve nedenlerin kombinasyonunu arayarak en önemli olayın tüm arıza modlarını tanımlar; bu, arıza teşhisine rehberlik etmek ve tasarım ve bakımı iyileştirmek için hidrolik sistemdeki olası arızaları tanımlamaya yardımcı olabilir. çözüm [6].
Geleneksel şifresiz ticaret yönteminin aşağıdaki eksiklikleri vardır: Birincisi, sistemin güvenilirliğini analiz ederken, geleneksel şifresiz ticaret yöntemi, parçanın sadece iki çalışma veya başarısızlık durumuna sahip olduğunu ve sistemin güvenilirliğinin kesin bir değerlendirmesini yapamayacağını varsayar. İkinci olarak, geleneksel FTA yöntemi Boole cebirine dayalı olarak kullanır, bir parçanın başarısız olma olasılığı ile başarısızlık olayı arasındaki ilişkiyi kesin olarak bilmek gerekir ve bir parçanın olasılık değeri, olasılığı elde etmek için çok sayıda istatistiksel veri alır. değer. Çevresel belirsizlik ve verilerin yanlışlığı, parçaların oluşma olasılığını etkileyecek ve parçaların oluşma olasılığını kesin değer olarak ele alacak, bu da hata ağacının nicel hesaplamasına büyük hata getiriyor. Son olarak, arıza ağacı basitleştirildiğinde, çok sayıda kesişmeyen süreç vardır, hesaplama çok büyüktür ve bazen arıza ağacının minimum kesim setini elde etmek zordur.
2 Bulanık FTA
Hidrolik sistem, mekanik, elektrik ve sıvı bağlantılarının karmaşık, doğrusal olmayan bir sistemidir. Başarısızlık formları ve başarısızlık mekanizmaları karmaşık ve çeşitlidir. Arızanın nedenini ve arızanın derecesini doğru bir şekilde belirlemek zordur [7]. Bulanık küme teorisinin hidrolik sistem FTA'sına uygulanması, sadece olasılığın belirsizliğini yansıtmakla kalmaz, aynı zamanda belirli bir hata derecesine olasılık tahsisine de izin verir, aynı zamanda mühendis ve teknisyenlerin deneyimleriyle sahne ve deneysel veriler de yapılabilir. Arıza olasılığının belirsizliğini ve belirsizliğini daha iyi çözebilir, arıza olasılığının tam değerini elde etmenin zorluğunu azaltabilir ve daha fazla esneklik ve uyarlanabilirliğe sahiptir.
Bulanık FTA yöntemi, arıza ağacında temel olayların meydana gelme olasılığını gizler, kesin olasılık değerlerinin yerini almak için bulanık sayıları kullanır ve yine de geleneksel arıza ağacının VE ve VEYA kapılarını kullanır, ancak bunun yerine bulanık operatörünü sunar geleneksel mantık işlemi, en önemli olayın bulanık gerçekleşme olasılığını ve üyelik fonksiyonu dağılımını ayarlayın ve bulanık önem derecesini hesaplayarak nicel analiz.
Bulanık sayılar, kavramsal belirsizliğin veya çeşitli bulanık faktörlerin etkisinin neden olduğu belirsizliklerdir. Bulanık sayılar olasılık değerlerini tanımlar ve FTA'daki kişilerin öznel rolünü vurgular. Üçgen bulanık sayılar, yamuk bulanık sayılar, LR bulanık sayılar, normal bulanık sayılar, aralık bulanık sayılar ve dil değerleri gibi birçok bulanık sayı biçimi vardır [8]. Hidrolik sistem mühendisliği uygulamasında, çok sayıda istatistiksel veri olduğunda, dip olay olasılığının tam gerçekleşme olasılığını belirleyebilirsiniz; ne zaman istatistiksel veri eksikliği, fiili duruma göre çeşitli bulanık sayılar ve dil değerlerini temsil etmek ve birleştirmek için olayın sonunun meydana gelme olasılığını değerlendirmek için Uzman anketi [9]. FTA'yı kolaylaştırmak için, dipteki olayın meydana gelme olasılığının çeşitli formları normalleştirilmelidir. Trapezoidal bulanık sayı parçalı bir doğrusal dağıtım üyelik fonksiyonu olduğundan, cebirsel işlem nispeten basittir. Diğer bulanık sayı biçimlerini yamuk bulanık sayılara dönüştürmek sezgisel ve kolaydır [10].
En önemli olayın bulanık olasılığının üyelik işlevini belirlemek için uzantı ilkesini kullanma süreci aslında matematiksel bir programlama problemidir ve genellikle dört bulanık sayı aritmetiği gibi çeşitli bulanık işlemlerle karşılaşır. Karmaşık sistemler için, çok yüksek yapı işlevi boyutu, bir programlama problemine en uygun çözüm genellikle matematik problemleriyle karşılaşır. Daha sonra, bulanık hesaplama sonuçları güvenilir ve güvenilir bir derece olan" diffusible" ve farklı üyelik işlevi türleri bulanık olasılık geçiş hesaplaması vb. Bu nedenle [11], çıktı bulanık sayısının uç üyeliğinin kademeli olarak ortadan kalkmasına yol açan evrişim bulanık işlecine dayalı bir yöntem benimsemiştir. Kenardaki olası olmayan unsurları ihmal ederek, sonlu dal kümesinin genişlemesi etkili bir şekilde telafi edilebilir, Yani,&"difüzivite" daraltır. Farklı bulanık olasılık türlerinin eşleştirme problemini çözmek için Ref. [12], önce hedef alanın üyelik derecesini hedef alandan sonra bölme yöntemini benimsedi ve ardından kesişimi genişletilmiş ilkeyle ağırlıklandırdı ve operatörü bulanıklaştırdı. [13] 'te, genişletilmiş ilkeye eşdeğer bulanık sayıların her λ kesimi için aralık işlemi benimsenmiştir. Farklı λ değerleri alınarak, farklı güven seviyeleri altında sistem arızasının olasılık aralığı elde edilebilir.
Geleneksel mantık kapıları nedeniyle, yukarıdaki bulanık FTA yönteminin hala arıza mekanizmasını bulması ve olay bağlantısını bulması gerekir. Uygulamada, başarısızlık mekanizması ve olayların bağlantısı genellikle belirsizdir. Ek olarak, farklı başarısızlık dereceleri farklı sonuçlar getirecektir, geleneksel bulanık FTA, sistem üzerindeki başarısızlık derecesinin etkisini tarif edemez. Bu problemleri çözmek için, literatür [14] TS bulanık modelini FTA'ya tanıttı, bileşenlerin hata olasılığını bulanık olasılık olarak tanımladı, olaylar arasındaki ilişkiyi TS geçidi olarak tanımladı ve hata derecesini sırasıyla bulanık sayı olarak tanımladı Parça Olasılığı Bulanık Sis Olasılığı ve Başarısızlık Derecesi Üst düzey bir olayın bulanık olasılığını hesaplayın. Literatür [15], bu TS bulanık FTA yöntemini hidrolik sisteme uygulamış ve iyi sonuçlar elde etmiştir.
3 Önem analizi
Önem, hata ağacının kantitatif analizi için önemli bir indekstir. Sadece sistemin güvenilirlik analizi için değil, aynı zamanda sistem optimizasyon tasarımında ve bakım ve teşhis için yönlendirme sisteminde de kullanılabilir. Önem, bir bileşen arızası durumunda en önemli olaya katkıyı açıklar. Geleneksel fay ağacının başlıca üç tür önemi vardır: yapısal önemi, olasılık önemi ve kritik önemi. Yapısal önem,&# 39 bileşeninin anahtar vektörlerinin kalan bileşenlerdeki anahtar bileşenlerin toplam sayısı içindeki oranı olarak tanımlanır. temelde yatan olayın meydana gelme olasılığı. Olasılık önemi, en üstteki bir olayın gerçekleşme olasılığının, en alt olayın meydana gelme olasılığının kısmi türevi olarak tanımlanır; bu, her bir alt olay durumunun sistem durumu üzerindeki etki derecesini yansıtır. Kritik önem, bir parçanın arıza olasılığının değişim oranının, bunun neden olduğu en önemli olayın arıza olasılığının değişim oranına oranı olarak tanımlanır. Aynı zamanda, en alttaki olayın olasılığının en üstteki olay üzerindeki etkisini ve dipteki olayın güvenilmezliğini de yansıtır.
Geleneksel hata ağacı önem analizi, iki durumlu varsayıma dayanır, ancak gerçek sistem genellikle çeşitli hata modları ve çeşitli hata seviyeleri olarak ortaya çıkar. Çok durumlu sistemlerin güvenilirlik gereksinimlerini karşılamak için, literatür [16] geleneksel iki durumlu sistem bileşenlerinin önemini çok durumlu sistemlere genişletir ve bir sistem yatay olayına veya bir durum olayına dayalı çok durumlu bir sistem sunar. Yapısal önemi ve olasılık öneminin genel tanımı ve hesaplama yöntemi, iki durumlu sistemin bileşenlerinin önemi ile uyumludur.
Bileşen durumlarının durumun kendisi ve tüm çok durumlu sistem arızası üzerindeki etkisini ortaya çıkarmak için, sistem bileşenlerinin onarılamayacağı varsayımına dayanan literatür [17], arıza modlarını durum hataları ve durum geçiş hataları olarak ikiye ayırın, geleneksel olasılık önemini genişletmek Derece ve kritik önem analizi yöntemi, önem eşit olarak durum önemi ve transfer önemi olarak bölünmüştür.
Kritik durumun ve tüm bileşenlerin kritik olmayan durumunun tüm sistemin arıza olasılığı üzerindeki etkisini yansıtmak için, Literatür [18], eşdeğer bir arıza olasılığı kavramı ve olasılık ayrıştırma yöntemini kullanarak hesaplama yöntemini önermiştir. Bileşenlerin ve sistemlerin tüm mevcut durumlarını analiz edin, Markov zincir yöntemini ve olasılık teorisini kullanarak sistemin beklenen iş sayısını hesaplayın ve ardından eşdeğer arıza olasılığını elde edin.
Sistemdeki iki bileşenin etkileşimini sistem güvenilirliğine yansıtmak için literatür [19], sistemin güvenilirliğini artırmak için iki bileşenin oranı olarak tanımlanan ortak önem kavramını önermiştir. Ortak yapının önemi, güvenilirlik geçersiz olduğunda iki bileşen arasındaki ilişkiyi yansıtır. Ortak güvenilirliğin önemi, güvenilirlik geçerli olduğunda iki bileşen arasındaki ilişkiyi yansıtır. Referans [20], iki bileşenin ortak önemini birden çok bileşene genişletir ve bir bileşen&# 39'un çalışma koşulu bilindiğinde koşullu güvenilirliğin önemi kavramını araştırır.
Tek bir öğe farklı bir hata modunu temsil ettiğinde veya geçerli olmadığında, öğenin önemini belirlemek için ilgili tüm dip olaylarını bir kombinasyon olarak düşünmek gerekir. Yukarıdaki sorunu çözmek için, birinci dereceden bir duyarlılık yöntemi olarak farklı önem önerilmektedir. Bileşenler arasındaki etkileşimi göz önünde bulunduran literatür [21], ikinci dereceden tamamlayıcı bilgi olarak ortak önemi kullanarak ikinci dereceden farklı önem derecesini önermiştir.
[22] 'de, Fussell-Vesely tabanlı iki önem yöntemi kullanılır, yani bileşen önemi ve kesim önemi, bileşen önemi, en olası bileşen arızasını belirlemek için kullanılır ve kesim önemi, bileşen arızası kombinasyonunun neden olabileceğine işaret eder Sistem arızalarının semptomları bileşenlerin kendileri ve sistem üzerindeki etkileri dikkate alınarak oluşturulur.
Her şeyden önce, önem bileşen seviyesinde tanımlanır, çünkü bir arıza ağacı temel olay seviyesidir ve kapı olay seviyesi için, farklı kapı olaylarındaki temel olaylar tekrarlanabilir, böylece her bir olayın arıza olasılığı belli bir ilgiye sahiptir. Literatür [23] kapı olayının önemini temel olayın öneminden almaktadır.
Geleneksel hata ağacı önem derecesi analizi yöntemi olasılık hipotezine dayanmaktadır, pratik sistemlerde genellikle bulanık ve rastlantısallık vardır, olasılık hipotezi yavaş yavaş olasılık hipotezi ile değiştirilir ve bulanık önem derecesi analizi yöntemi ortaya çıkar. Örneğin, geleneksel önem kavramının tanımı yardımıyla, yani en üstteki olayın bulanık olasılığı ile en alttaki olayın başarısızlık durumu arasındaki farkın matematiksel beklentisi [24] Ortanca değeri arasındaki fark bulanık olay ve normal durumda en üst olayın medyan olay numarası [25]; gerçek hata modu ile ideal hata modu arasındaki benzerlikler arasındaki fark olan Hamming mesafe yöntemi [26].
Geleneksel hata ağacının önemine dayanarak, literatür [27], TS bulanık arıza ağacının önem algoritmasını önermiş ve TS olasılık önem derecesini, TS kritik önem derecesini ve TS bulanık önem derecesini tanımlamış ve bu algoritmanın uygulanabilirliğini cinsiyet olarak doğrulamıştır. Bu yöntem, başarısızlık oranının belirsiz veya bilinmediği durumlarda basit ve güvenilir bir yöntem olarak değerlendirilebilir.
FTA tabanlı arıza teşhis optimizasyonu
Hidrolik sistemi teşhis etmek için gereken bilgi, bir dereceye kadar alandaki uzmanların pratik deneyimlerine bağlıdır. Bu nedenle uzman sistem arıza teşhis yöntemi hidrolik sistemde önemli rol oynar. Bilgi edinimi" darboğaz" uzman sistem sorunu. Bilgi edinimi hata ağacı kullanılarak gerçekleştirilir. Her hata arasındaki mantıksal ilişki açıktır ve teşhis kuralları sezgiseldir, bu da uzman sistemin bilgi edinme zorluğunu azaltır. Arıza ağacının en önemli olayı, uzman sistem tarafından analiz edilecek ve çözülecek göreve karşılık gelir. Minimal bir kesim seti nihai bir sonuçtur. Hata ağacının yukarıdan aşağıya mantıksal ilişkisi, uzman sistemin muhakeme sürecine karşılık gelir. Dallar bilgi tabanındaki kurallara karşılık gelir, Dal sayısı kural sayısına eşittir, bilgi tabanındaki bilgi hata ağacından gelir.
Bununla birlikte, geleneksel arıza ağacı, özellikle hidrolik sistem daha karmaşık olduğunda, yaygın olarak kullanılan depolama alanı daha fazla depolama alanı kapladığında, geri alma işlemi karmaşık olduğunda, teşhis hızlı bir şekilde çıkarılamaz ve sistem bakımına elverişli değildir. İkili ağaç depolama yapısı ve geri alma süreci nispeten basittir, bilgisayarla ifade edilmesi ve işlenmesi kolaydır, hata ağacı yukarıdaki sorunları çözmek için ikili bir ağaca dönüştürülebilir
