[发明专利]一种盾构刀盘及驱动系统多态动态可靠性评估方法

说明书

本发明公开了一种盾构刀盘及驱动系统多态动态可靠性评估方法，包括：首先建立土压平衡盾构机刀盘及驱动系统失效动态故障树；其次确定多态动态门失效规则并将所建立的动态故障树模型向多态进行扩展；再次根据动态故障树向动态贝叶斯网络转换规则建立系统失效动态贝叶斯网络模型，确定各系统可靠度。该方法解决了盾构刀盘及驱动系统动态可靠性分析无法同时考虑多态性、动态性和相依性问题，可依据基本事件失效统计数据进行动态推理，为盾构机故障保养、维修提供更为高效、准确的决策信息。

技术领域

本发明公开了一种针对盾构刀盘及驱动系统进行多态动态可靠性评估新方法，属于城市轨道交通装备可靠性评估技术领域。

背景技术

近年来，随着我国城市轨道交通建设的迅速发展，复杂地质环境下盾构隧道施工越来越多。盾构机在穿越软硬不均、复杂多变、砂卵石等不良地质地层时极易发生刀具与刀盘磨损、轴承密封失效、减速机损坏等故障。由于盾构机在地下作业，工作环境恶劣，作业空间小，一旦发生故障维修相当困难，严重影响工期，如果处理不当极易导致安全事故，带来极大的施工风险。进行盾构施工系统动态可靠性评估，实时掌握系统工作状态是确保顺利施工，降低施工安全风险的重要途径。

盾构法施工技术体系庞大，配套设备结构和功能复杂，具有综合化、机械化、自动化的特点。对于这种高度复杂的生产过程，盾构施工系统常表现为多种故障模式和动态失效现象，系统运行中部件(事件)正常功能的丧失或工作能力的下降相互影响，存在时序相关、优先失效等相互依赖关系，不能简单的采用传统串、并联机制描述。为了更好地表示复杂系统动态相依失效特性，人们提出了动态故障树(Dynamic Fault TreeAnalysis，DFT)分析技术，并建立了基于Markov过程的模块化求解方法。

但传统DFT分析技术假定组件是“二态”的，即只有“工作”和“失败”两种状态，不能考虑多状态事件。而实际盾构机及其施工系统中部件(事件)由于性能劣化等原因，其工作状态逐渐变化，即处于“工作”和“失败”二者之间的“非完好”工作状态。目前，传统方法不能同时考虑部件的多态性、相依性和动态失效特性，已经不能满足实际需要，缺少针对盾构机刀盘及驱动系统可靠性评估的有效方法。

目前，针对盾构刀盘及相关系统可靠性分析主要有蒙特卡罗有限元法、静态贝叶斯网络、传统动态故障树等相关方法。蒙特卡罗有限元法将荷载、材料参数等力学指标作为随机变量进行数值模拟，计算盾构刀盘失效概率，不能考虑施工参数选择、操作失误等非力学指标因素的影响。静态贝叶斯网络法虽然能够表达多种因素对系统可靠性的影响，但不能反应事件之间的动态相互作用关系以及随时间的变化特征。传统动态故障树法不能分析多状态系统的可靠性，因而该方法也无法准确反映盾构刀盘及其相关施工系统的失效特性。

发明内容

本发明的目的在于扩展现有动态故障树分析技术，建立一种能够同时考虑盾构机刀盘及驱动系统部件多态性、依赖性和动态性的可靠性评估方法。

本发明提供了一种盾构刀盘及驱动系统多态动态可靠性评估方法。该方法通过扩展二态动态故障树逻辑门为多态动态门描述事件之间复杂的失效机制，运用动态贝叶斯网络进行多态动态门转化，建立盾构刀盘及驱动系统多态动态故障树及相应的动态贝叶斯网络。可以实现盾构机刀盘及驱动系统可靠性分析中同时考虑事件的多态性、动态性和相依性，提供更为合理准确的盾构施工动态维护决策信息，降低可能发生的施工风险，产生良好的经济和社会效益。

本发明采用的技术方案是提供了一种盾构机刀盘及驱动系统多态动态可靠性评估方法，运用多态动态故障树-动态贝叶斯网相结合的模型，解决盾构机刀盘及驱动系统动态可靠性分析无法利用基本事件失效数据和实时观测数据，同时考虑事件的多态性、动态性和相依性的问题。

首先建立土压平衡盾构机刀盘及驱动系统失效二态动态故障树；其次确定多态动态门和多态静态门失效规则并将所建立的二态动态故障树向多态进行扩展；再次根据多态动态故障树向动态贝叶斯网络转换规则建立系统失效动态贝叶斯网络，确定系统可靠度。