pengenalan
Sistem hidraulik mempunyai kelebihan kuasa besar, saiz kecil, ringan, tindak balas pantas, ketepatan tinggi dan ketegaran anti-beban. Selalunya merupakan inti kawalan dan penghantaran kuasa dalam semua jenis peralatan dan sistem. Sistem hidraulik mempunyai kadar kegagalan yang tinggi. Jika tidak ditangani tepat pada masanya setelah kegagalan, ia akan mempengaruhi pengeluaran, mengakibatkan kerugian ekonomi yang lebih besar. Oleh itu, kajian mengenai kaedah analisis kebolehpercayaan yang berkesan dan kaedah diagnosis kesalahan sering menjadi kunci untuk menjadi sempurna dalam teknologi industri [1].
Kaedah Analisis Pohon Kesalahan (FTA) adalah untuk menjalin hubungan antara peristiwa ini berdasarkan hubungan antara penyebab kegagalan dan kegagalan sistem secara langsung dan tidak langsung, dan untuk menentukan penyebab kegagalan sistem Pelbagai kombinasi yang mungkin, untuk menganggarkan kejadian peristiwa sistem dan kepentingan peristiwa terbawah kaedah analitik.
Pada awal 1960-an, Bell Labs pertama kali menggunakan kaedah FTA untuk meramalkan kegagalan sistem kawalan pelancaran peluru berpandu militia secara rawak. Sejak itu, Amerika Syarikat Boeing mengembangkan program komputer FTA untuk peningkatan reka bentuk pesawat. Pada awal 1970-an, Massachusetts Institute of Technology (MIT) melakukan analisis keselamatan nuklear menggunakan FTA dan analisis pohon peristiwa, dan menyimpulkan bahawa tenaga nuklear adalah sumber tenaga yang sangat selamat. Penerbitan laporan ini menimbulkan kesan besar dalam pelbagai bidang dan mempromosikan kaedah analisis pohon kesalahan dari aeroangkasa dan tenaga nuklear ke sektor industri elektronik, industri kimia dan jentera [2].
Pada masa ini, metode FTA telah diterapkan untuk semua bidang ekonomi nasional, memainkan peranan penting dalam meningkatkan kebolehpercayaan dan keselamatan sistem, dan memiliki berbagai prospek pembangunan [3]. FTA telah menjadi salah satu kaedah yang berkesan untuk kebolehpercayaan, ramalan dan analisis keselamatan, analisis kesalahan dan diagnosis sistem hidraulik.
1 FTA tradisional
1.1 ciri asas
Berdasarkan teori algebra dan kebarangkalian Boolean, FTA menggunakan" peristiwa" untuk mewakili kebarangkalian kesalahan dan" gerbang logik" untuk menerangkan hubungan antara kesalahan komponen. Acara tersebut adalah penerangan mengenai keadaan sistem dan komponennya. Pintu logik yang biasa digunakan dan AND, OR, pintu mengundi, pintu terlarang dan pintu XOR.
Kaedah FTA perlu menyelesaikan potongan minimum yang ditetapkan dalam analisis kualitatif dan kuantitatif. Mengikut kombinasi gerbang logik pada pokok kesalahan sistem, fungsi struktur dihapuskan, dan kebarangkalian terjadinya peristiwa teratas dikira dengan pemprosesan terputus untuk menghitung lebih jauh kepentingan setiap peristiwa.
Set potong (set jalan) adalah koleksi dari beberapa peristiwa bawah di pohon kesalahan. Kejadian teratas mesti berlaku (tidak berlaku) apabila peristiwa bawah ini berlaku pada masa yang sama (tidak berlaku). Sekiranya set potong (set jalan) yang terkandung dalam peristiwa bawah secara sewenang-wenangnya dikeluarkan dari set potong (set jalan), set potong (set jalan) semacam itu adalah set potong minimum (set jalan minimum).
Fungsi struktur adalah fungsi Boolean yang mewakili keadaan sistem. Sekiranya status peristiwa teratas sistem menggunakan pemboleh ubah keadaan, fungsi struktur adalah fungsi akhir keadaan pemboleh ubah keadaan. Secara umum, apabila pohon kesalahan diberikan, fungsi struktur dapat ditulis secara langsung mengikut pohon kesalahan. Walau bagaimanapun, ungkapan itu rumit dan panjang. Oleh itu, dalam pengiraan sebenar, fungsi struktur dinyatakan dengan set potongan minimum atau set jalur minimum.
1.2 FTA dalam sistem hidraulik
Sebilangan besar sistem hidraulik boleh dikategorikan sebagai sistem tandem. Pokok-pokok kesalahan sering terdiri daripada pintu-pintu ATAU. Kejadian satu peristiwa secara amnya menghasilkan peristiwa teratas [4]. Tetapi sistem yang sebenarnya tidak boleh hanya bermula dari meningkatkan kebolehpercayaan setiap komponen hidraulik, yang akan mengakibatkan pembaziran masa dan sumber. Pautan lemah sistem hidraulik memberi kesan yang besar terhadap kebolehpercayaan sistem. Kebolehpercayaan sistem bergantung pada sama ada lokasi pautan lemah dan tahap pengaruh diramalkan dengan tepat. Kaedah FTA dapat membantu mengetahui mod kegagalan sistem dan mengetahui pautan sistem yang lemah. Analisis kualitatif dan kuantitatif dan pengiraan kebarangkalian kegagalan sistem dan indeks kebolehpercayaan lain disediakan untuk menyediakan asas untuk memperbaiki dan menilai kebolehpercayaan sistem hidraulik [5].
Contohnya, beberapa gejala kesalahan dan sumber kesalahan bukan korespondensi satu lawan satu, selalunya dengan fenomena mengejutkan dan bertindih, dan diagnosis kesalahan lebih sukar. Kaedah FTA mengenal pasti semua mod kegagalan peristiwa teratas dengan mencari penyebab peristiwa teratas dan gabungan penyebabnya, yang dapat membantu mengenal pasti kemungkinan kerosakan dalam sistem hidraulik untuk memandu diagnosis kesalahan dan memperbaiki reka bentuk dan penyelenggaraan penyelesaian [6].
Kaedah FTA tradisional mempunyai kekurangan berikut: Pertama, ketika menganalisis kebolehpercayaan sistem, kaedah FTA tradisional menganggap bahawa bahagian tersebut hanya mempunyai dua keadaan kerja atau kegagalan, dan tidak dapat membuat penilaian yang tepat mengenai kebolehpercayaan sistem. Kedua, kaedah FTA tradisional menggunakan Berdasarkan algebra Boolean, perlu mengetahui dengan tepat hubungan antara kebarangkalian kegagalan bahagian dan peristiwa kegagalan, dan nilai kebarangkalian bahagian memerlukan banyak data statistik untuk mendapatkan kebarangkalian nilai. Kekaburan persekitaran dan ketidaktepatan data akan mempengaruhi kebarangkalian terjadinya bahagian, dan menganggap kemungkinan berlakunya bahagian sebagai nilai tepat, yang membawa kesalahan besar dalam pengiraan kuantitatif pokok kesalahan. Akhirnya, apabila pokok kesalahan dipermudahkan, Terdapat sebilangan besar proses yang tidak bersilang, pengiraannya sangat besar, dan kadang-kadang sukar untuk mendapatkan set pemotongan minimum dari pokok kesalahan.
2 FTA kabur
Sistem hidraulik adalah sistem gandingan mekanikal, elektrikal dan bendalir yang tidak linear. Bentuk kegagalan dan mekanisme kegagalan adalah kompleks dan pelbagai. Sukar untuk menentukan secara tepat punca kegagalan dan tahap kegagalan [7]. Penerapan teori set kabur pada sistem hidraulik FTA, tidak hanya mencerminkan kabur kebarangkalian itu sendiri, tetapi juga memungkinkan penetapan kebarangkalian ke tahap kesalahan tertentu, tetapi juga pemandangan dan data eksperimen dengan pengalaman jurutera dan juruteknik dapat digabungkan, anda dapat Ia dapat menyelesaikan kesamaran dan ketidakpastian kebarangkalian kesalahan dengan lebih baik, mengurangkan kesukaran mendapatkan nilai tepat kemungkinan kebarangkalian, dan mempunyai fleksibiliti dan kemampuan menyesuaikan diri yang lebih besar.
Kaedah FTA kabur mengaburkan kebarangkalian berlakunya peristiwa asas di pohon kesalahan, mengadopsi nombor kabur untuk menggantikan nilai kebarangkalian yang tepat, dan masih menggunakan gerbang AND dan OR dari pokok kesalahan tradisional, tetapi memperkenalkan operator kabur, sebagai ganti operasi logik tradisional, Tetapkan kebarangkalian kabur berlakunya peristiwa teratas dan pengagihan fungsi keanggotaannya, dan analisis kuantitatif dengan mengira tahap kepentingan kabur.
Nombor kabur adalah ketidakpastian yang disebabkan oleh kekaburan konsep atau pengaruh pelbagai faktor kabur. Nombor kabur menerangkan nilai kebarangkalian dan menekankan peranan subjektif orang dalam FTA. Terdapat banyak bentuk nombor kabur, seperti nombor kabur segitiga, nombor kabur trapezoid, nombor kabur LR, nombor kabur normal, nombor kabur selang dan nilai bahasa [8]. Dalam praktik kejuruteraan sistem hidraulik, apabila sebilangan besar data statistik, anda dapat menentukan kemungkinan pasti berlakunya kebarangkalian peristiwa bawah; apabila kekurangan data statistik, sesuai dengan keadaan sebenarnya oleh pelbagai bilangan kabur dan nilai bahasa untuk mewakili dan menggabungkan tinjauan Pakar untuk menilai kemungkinan berlakunya akhir kejadian [9]. Untuk mempermudah FTA, pelbagai bentuk kemungkinan berlakunya kejadian bawah harus dinormalisasi. Oleh kerana nombor kabur trapezoid adalah fungsi keanggotaan pengedaran linear secara bertahap, operasi algebra agak mudah. Secara intuitif dan mudah untuk menukar bentuk nombor kabur lain menjadi nombor kabur trapezoid [10].
Proses menggunakan prinsip peluasan untuk menentukan fungsi keanggotaan kebarangkalian kabur peristiwa teratas sebenarnya adalah masalah pengaturcaraan matematik, sering menghadapi pelbagai operasi kabur, seperti empat aritmetik nombor kabur. Untuk sistem yang kompleks, dimensi fungsi struktur Sangat tinggi, penyelesaian optimum untuk masalah pengaturcaraan umumnya menghadapi masalah matematik. Maka akan menghasilkan hasil pengiraan kabur adalah tahap yang boleh dipercayai dan boleh dipercayai iaitu" diffusible" dan pelbagai jenis fungsi keahlian pengiraan silang kebarangkalian kabur dan sebagainya. Atas sebab ini, [11] mengadopsi metode berdasarkan operator kabur konvolusi, yang menyebabkan hilangnya keanggotaan tepi secara beransur-ansur dari jumlah kabur output. Dengan mengabaikan unsur-unsur yang tidak mungkin di pinggir, pemanjangan set cawangan terhingga dapat dikompensasi dengan berkesan, Maksudnya," diffusivity" menyempit. Untuk menyelesaikan masalah gandingan pelbagai jenis kebarangkalian kabur, Ruj. [12] mengadopsi kaedah pemisahan tahap keanggotaan domain sasaran setelah domain sasaran terlebih dahulu, dan kemudian menimbang persimpangan dengan prinsip yang diperluas dan kabur operator. Pada [13], operasi selang untuk setiap λ potongan nombor kabur yang setara dengan prinsip lanjutan diadopsi. Dengan mengambil nilai yang berbeza λ, selang kebarangkalian kegagalan sistem di bawah tahap keyakinan yang berbeza dapat diperoleh.
Oleh kerana gerbang logik tradisional, kaedah FTA kabur di atas masih perlu mencari mekanisme kerosakan dan mencari sambungan peristiwa. Dalam praktiknya, mekanisme kegagalan dan kaitan peristiwa sering tidak pasti. Di samping itu, tahap kegagalan yang berbeza akan membawa akibat yang berbeza, FTA kabur tradisional tidak dapat menggambarkan kesan tahap kegagalan pada sistem. Untuk menyelesaikan masalah ini, literatur [14] memperkenalkan model fuzzy TS ke dalam FTA, menggambarkan kemungkinan kesalahan komponen sebagai kemungkinan kabur, menggambarkan hubungan antara peristiwa sebagai gerbang TS, dan menggambarkan tahap kesalahan sebagai bilangan kabur, masing-masing. mengikut Bahagian Kemungkinan Fog Fuzzy dan Degree of Failure Hitungkan kemungkinan kaburnya peristiwa superordinat. Literatur [15] menerapkan kaedah TS fuzzy FTA ini pada sistem hidraulik dan mencapai hasil yang baik.
3 Analisis kepentingan
Kepentingan adalah indeks penting untuk analisis kuantitatif pokok kesalahan. Ini tidak hanya dapat digunakan untuk analisis kebolehpercayaan sistem, tetapi juga dapat digunakan dalam reka bentuk pengoptimuman sistem dan sistem panduan untuk penyelenggaraan dan diagnosis. Kepentingan menerangkan sumbangan kepada acara teratas sekiranya berlaku kegagalan komponen. Terdapat tiga jenis kepentingan pokok kesalahan tradisional: kepentingan struktur, kepentingan kebarangkalian dan kepentingan kritikal. Kepentingan struktur ditakrifkan sebagai bahagian vektor utama komponen&# 39 dalam jumlah komponen utama pada komponen yang tersisa yang tercermin dalam kepentingan lokasi kejadian dalam struktur logik pokok kesalahan, tanpa mengira kebarangkalian berlakunya kejadian yang mendasari. Kepentingan kebarangkalian didefinisikan sebagai turunan separa dari kebarangkalian kejadian suatu peristiwa teratas kepada kebarangkalian terjadinya peristiwa bawah, yang mencerminkan tahap pengaruh setiap keadaan peristiwa bawah pada keadaan sistem. Kepentingan kritikal ditakrifkan sebagai nisbah kadar perubahan kebarangkalian kegagalan bahagian dengan kadar perubahan kebarangkalian kegagalan peristiwa teratas yang disebabkan olehnya. Ini juga mencerminkan pengaruh kebarangkalian peristiwa terbawah pada peristiwa teratas dan ketidakpercayaan peristiwa terbawah.
Analisis kepentingan pokok kesalahan tradisional didasarkan pada anggapan dua keadaan, tetapi sistem sebenarnya sering dimanifestasikan sebagai pelbagai mod kegagalan dan pelbagai tahap kesalahan. Untuk memenuhi keperluan kebolehpercayaan sistem multi-negeri, literatur [16] memperluas kepentingan komponen sistem dua negeri tradisional kepada sistem multi-negeri, dan menyajikan sistem multi-keadaan berdasarkan peristiwa mendatar sistem atau peristiwa keadaan Definisi umum kepentingan struktur dan kepentingan kebarangkalian dan kaedah pengiraannya sesuai dengan kepentingan komponen sistem dua keadaan.
Untuk mendedahkan kesan keadaan komponen pada keadaan itu sendiri dan keseluruhan kegagalan sistem pelbagai keadaan, literatur [17] berdasarkan anggapan bahawa komponen sistem tidak dapat diperbaiki, bahagikan mod kegagalan menjadi kesalahan keadaan dan kesalahan peralihan keadaan, memperluas kaedah kebarangkalian kebarangkalian tradisional dan kaedah analisis kepentingan kritikal, kepentingan dibahagikan sama pentingnya dengan kepentingan negeri dan kepentingan pemindahan.
Untuk menggambarkan pengaruh keadaan kritikal dan keadaan tidak kritikal dari semua komponen terhadap kebarangkalian kegagalan keseluruhan sistem, Literatur [18] mengusulkan konsep kemungkinan kegagalan setara dan kaedah pengiraannya, dengan menggunakan kaedah penguraian kebarangkalian untuk menganalisis semua keadaan komponen dan sistem yang ada, Menggunakan kaedah rantaian Markov dan teori kebarangkalian untuk mengira jumlah kerja sistem yang diharapkan, dan kemudian memperoleh kebarangkalian kegagalan yang setara.
Untuk mencerminkan interaksi dua komponen dalam sistem mengenai kebolehpercayaan sistem, literatur [19] mengusulkan konsep kepentingan bersama, yang ditakrifkan sebagai nisbah dua komponen untuk meningkatkan kebolehpercayaan sistem. Kepentingan struktur sendi menggambarkan hubungan antara dua komponen apabila kebolehpercayaannya tidak sah. Kepentingan kebolehpercayaan bersama menggambarkan hubungan antara dua komponen apabila kebolehpercayaan itu berlaku. Rujukan [20] memperluas kepentingan bersama dua komponen kepada pelbagai komponen dan menyelidiki tanggapan mengenai kepentingan kebolehpercayaan bersyarat apabila keadaan operasi komponen&# 39 diketahui.
Apabila satu elemen mewakili mod kegagalan yang berbeza atau tidak sah, seseorang perlu mempertimbangkan semua peristiwa bawah yang relevan sebagai gabungan untuk menentukan kepentingan elemen tersebut. Untuk menyelesaikan masalah di atas, perbezaan kepentingan dicadangkan sebagai kaedah kepekaan tahap pertama. Mengingat interaksi antara komponen, literatur [21] mencadangkan darjah kepentingan perbezaan orde kedua dengan menggunakan kepentingan bersama sebagai maklumat tambahan pesanan kedua.
Dalam [22], dua kaedah kepentingan berdasarkan Fussell-Vesely digunakan, iaitu kepentingan komponen dan kepentingan potong, kepentingan komponen digunakan untuk mengenal pasti kegagalan komponen yang paling mungkin, dan kepentingan penting memotong mencerminkan kombinasi kegagalan komponen boleh menyebabkan Gejala kegagalan sistem adalah dihasilkan, dengan mengambil kira komponen itu sendiri dan kesannya terhadap sistem.
Di atas segalanya, kepentingan ditakrifkan pada tahap komponen, kerana pokok kesalahan adalah tahap peristiwa asas, dan untuk tahap peristiwa pintu, peristiwa asas dalam peristiwa pintu yang berlainan dapat diulang, menjadikan kemungkinan kegagalan setiap peristiwa Mempunyai relevansi tertentu , kesusasteraan [23] memperoleh kepentingan acara pintu dari kepentingan acara asas.
Kaedah analisis tahap kepentingan pokok kesalahan tradisional berdasarkan hipotesis kebarangkalian, kabur dan rawak sering wujud dalam sistem praktikal, hipotesis kebarangkalian digantikan oleh hipotesis kebarangkalian secara beransur-ansur, dan kaedah analisis tahap kepentingan kabur muncul. Sebagai contoh, dengan bantuan definisi konsep kepentingan tradisional, iaitu, jangkaan matematik perbezaan antara kebarangkalian kabur peristiwa puncak dan keadaan kegagalan peristiwa bawah [24] Perbezaan antara nilai median acara kabur dan bilangan median acara teratas dalam keadaan normal [25]; kaedah jarak Hamming, yang merupakan perbezaan antara persamaan mod kegagalan sebenar dan mod kegagalan ideal [26].
Berdasarkan kepentingan pokok kesalahan tradisional, kesusasteraan [27] mencadangkan algoritma kepentingan pokok kesalahan kabur TS dan menentukan tahap kepentingan kebarangkalian TS, darjah kepentingan kritikal TS dan darjah kepentingan kabur TS, dan mengesahkan kemungkinan algoritma Seks ini. Kaedah ini boleh dianggap sebagai kaedah yang mudah dan boleh dipercayai apabila kadar kegagalan tidak pasti atau tidak diketahui.
Pengoptimuman diagnosis kesalahan berdasarkan FTA
Pengetahuan yang diperlukan untuk mendiagnosis sistem hidraulik sedikit sebanyak bergantung pada pengalaman praktikal para pakar di lapangan. Oleh itu, kaedah diagnosis kesalahan sistem pakar memainkan peranan penting dalam sistem hidraulik. Pemerolehan pengetahuan diiktiraf sebagai" bottleneck" masalah sistem pakar. Perolehan pengetahuan direalisasikan dengan menggunakan kesalahan pokok. Hubungan logik antara setiap kesalahan jelas dan peraturan diagnostik intuitif, yang mengurangkan kesukaran memperoleh pengetahuan sistem pakar. Kejadian puncak pohon kesalahan sesuai dengan tugas yang akan dianalisis dan diselesaikan oleh sistem pakar. Set potongan minimum adalah hasil akhir. Hubungan logik pokok kesalahan dari atas ke bawah sesuai dengan proses penaakulan sistem pakar. Cabang-cabang sesuai dengan peraturan di pangkalan pengetahuan, Jumlah cabang sama dengan jumlah peraturan, pengetahuan di pangkalan pengetahuan berasal dari pohon kesalahan.
Walau bagaimanapun, pokok kesalahan tradisional tidak kondusif untuk penyimpanan dan pengambilan komputer, terutamanya apabila sistem hidraulik lebih kompleks, penyimpanan yang biasa digunakan mengambil lebih banyak ruang penyimpanan, proses pengambilannya rumit, diagnosis tidak dapat disimpulkan dengan cepat, dan tidak kondusif untuk penyelenggaraan sistem. Struktur penyimpanan dan proses pengambilan pokok binari agak mudah, senang untuk ekspresi dan pemprosesan komputer, pokok kesalahan boleh diubah menjadi pokok binari untuk menyelesaikan masalah di atas
