[发明专利]一种考虑设备全寿命周期的互联系统可靠性评估方法

权利要求书

1.一种考虑设备全寿命周期的互联系统可靠性评估方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(S1)建立数学模型：考虑不同运行期的设备所经历的故障模式特点以及修复等因素，可以对每个运行期的故障率分别建模；

(S2)系统仿真：在系统可靠性的序贯蒙特卡洛仿真中，当考虑设备全寿命周期故障率的特性时，需要按照待评估时间段的起始时刻和设备投运时刻的差值来确定各个设备所处的运行期，从而决定全寿命周期的故障率模型；

所述故障模式包括可修复元件故障模式、偶然性故障模式和偶然故障率与某种外部条件相依的连续模式；

所述不同运行期包括投运早期、常态运行期、老化维护期和加速老化期。

2.根据权利要求1所述的一种考虑设备全寿命周期的互联系统可靠性评估方法，其特征在于：

所述可修复元件故障模式的故障率的数学定义为：

其中，分别代表可修复元件在某一种遵循泊松过程的故障模式c下，[0,t]时间段内的故障率和故障次数，c代表偶然故障模式(rm)或者早期故障模式(in)，E(·)表示数学期望值；

所述偶然性故障模式的故障率为常数，可以基于公式(1)在t→∞的条件下经过推导得到：

式中，x表示相邻两次故障的随机故障时间；

所述偶然故障率亦也看成是时间的函数，即λ_rm(t)，其中0≤t≤T_L，T_L为元件的寿命；

所述偶然故障率与某种外部条件相依的连续模式的故障率的公式为：

λ_rm＝F(Ω)(3)

式中，Ω为外部环境变量矢量。

3.根据权利要求2所述的一种考虑设备全寿命周期的互联系统可靠性评估方法，其特征在于：

所述投运早期的故障率：

投运早期的元件故障遵循早期和偶然两种故障模式，在[0,t]内两种故障模式作用下的总期望故障次数可以分解为两部分之和，即：

E[N_el(t)]＝E[N_rm(t)]+E[N_in(t)] (4)

根据公式(1)可知，元件早期故障率亦可通过叠加得到：

λ_el(t)＝λ_in(t)+λ_rm(t) (5)

对于λ_in(t)，一种典型的模型为指数模型，其表达式为：

λ_in(t)＝αe^-βt，0≤t<T_in(6)

式中α>0为投运早期的初始故障率，T_in为投运早期的结束时间阀值，λ_in(t≥T_in)≈0；

将公式(6)带入公式(5)得到设备早期故障率模型为：

λ_el(t)＝λ_in(t)+λ_rm(t)，0≤t<T_in (7)

所述常态运行期的故障率：

常态运行期的设备所经历的主要故障模式为偶然故障模式，故其故障率为：

λ_no(t)＝λ_rm(t)，T_in≤t<T_no (8)

式中，T_no为常态运行期的结束时刻；

所述老化维护期的故障率：

处于老化维护期的设备故障以偶然故障为主，其故障是可修复的，具体建模过程如下：

首先从元件修复效果来看，可以将修复作用由弱到强依次划分为最小修复、不完全修复、完全修复；

若不考虑定期维护作用或认为仅仅采用最小修复时，修复前后的故障率特性不变，典型的故障率模型采用幂律过程进行描述：

式中，η>0，σ>1，η和σ分别表示老化维护期的范围scale参数和形状shape参数，T_no为老化维护期的开始时刻，T_om为老化维护期的结束时刻，λ_om(t<T_rm)＝0；

若考虑定期维护的修复作用，则可以引入役龄回退因子q来建立修复前后元件故障率关系，表述如下：

设元件在t′时刻发生故障，经过t_r时间得以修复，则元件在t＝t′+t_r+Δt时刻的故障率可以表达为：

λ′_om(t)＝λ_om[q(t′+t_r)+Δt](10)

老化维护期的故障率可以由(3)(10)两部分取和得到：

λ_ma(t)＝λ′_om(t)+λ_rm(t)，T_rm≤t<T_om (11)

所述加速老化期的故障率：

相对公式(1)可修复元件故障率的定义，不可修复元件故障率用危险率的概念替代，其数学定义为：

式中，h_ad(t)为设备老化失效危险率，F_ad(t)、f_ad(t)分别为老化故障时间的积累概率和概率密度函数；

根据式(12)的定义，老化危险率与故障时间的概率分布之间具有一一对应的关系：

加速老化期的最终的故障率可以由(3)(12)叠加得到：

λ_aa(t)＝h_ad(t)+λ_rm(t) T_om≤t≤T_L (14)