[發明專利]具有表決功能的可修混合公共貯備系統模型及可靠性仿真算法

有效

• 申請號: 201210058418.9
• 申請日: 2012-03-07
• 公開（公告）號: CN102663226A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 孫宇鋒;常增柱;許健;趙廣燕
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

技術領域

本發明涉及一種具有表決功能的可修混合公共貯備系統模型及可靠性仿真算法，屬于系統可靠性建模與仿真技術領域。

背景技術

目前，可靠性已經成為產品或系統質量的重要指標，產品或系統的可靠性水平成為一個國家工業發展水平的重要標志，受到世界各國的高度重視。在對產品或系統進行可靠性分析和設計時，為了預計、估算和評定其可靠性，首先就是要建立合適的系統可靠性模型；其次，模型的解算方法要便于實現，具有很高的效率。

在系統的可靠性設計中，冗余設計是提高系統可靠性的重要手段之一。同表決系統一樣，貯備系統是復雜產品系統中實現冗余設計的重要方法。但與表決系統不同的是，所謂貯備系統，即系統中具有非工作狀態下的與工作部件相同或者不同的備用部件，一旦工作部件發生故障，系統便會切換到備用部件進行工作，從而保障系統能長時間的穩定工作，提高系統可靠度和可用性。

貯備系統按照備件的備用運行狀態，或者說按照備用時的壽命分布情況，可以分為單一冷貯備、單一溫貯備、單一熱貯備和混合貯備系統；按照部件故障后是否可修，可以分為可修貯備系統和不可修貯備系統；按照部件壽命分布函數和維修時間分布函數類型，可以分為馬爾科夫型和非馬爾科夫型貯備系統。公共(交叉)貯備系統是指備件為各工作部件所共用，任意備用部件能替換任一失效部件。

對于單一的冷、溫、熱貯備系統，不論是不可修還是可修，不論是馬爾科夫型和非馬爾科夫型，國內外眾多學者都對其系統的可靠性的求解做了大量工作。但是，這些數學解析方法在對貯備系統求解時，當部件的數量超過3，求解就會變得相當困難了，尤其是可修非馬爾科夫型貯備系統。而且這些數學解析方法都是很難用計算機編程實現。

目前已有的解析算法和仿真算法，都是只針對具有單一貯備類型(冷、溫、熱)的貯備系統。而現實中，很多貯備系統中的部件單元的貯備類型是不一致的，也就是說該貯備系統中可能同時具有冷、溫、熱型的備份件，我們稱這種貯備系統為“混合貯備系統”。目前尚無可靠性工作者提出針對該模型的解算方法。

本發明在“混合貯備系統”模型的基礎上引入表決功能，能夠更好的描述實際復雜系統中的貯備系統，同時運用蒙特卡洛仿真方法對該模型進行了可靠性計算。

發明內容

1?目的

本發明的目的是提供一種具有表決功能的可修混合公共貯備系統模型及可靠性仿真算法，具有表決功能的可修混合公共貯備系統模型具有更良好的通用性，更接近現實復雜系統，具有較強的貯備系統表達能力；其可靠性仿真算法能夠準確高效的預計和估算含有貯備系統產品的可靠性。

2?技術方案

(一)本發明一種具有表決功能的可修混合公共貯備系統模型描述如下：

(1)具有表決功能的可修混合公共貯備系統兼有公共貯備和表決的功能，即貯備系統總單元為N個，工作單元為R個，備件為N-R個，K(K≤R)為正常工作的單元個數。當K＝1時，該貯備系統即為具有備件的并聯系統；當K＝R時，該貯備系統即為具有備件的串聯模型；當1＜K＜R時，該貯備系統即為具有備件的表決系統模型。并且需要指出的是，N-R個備用件是整個系統共享的，任何一個工作件失效時，都能切換任意的備件進行工作，直至系統無備件。我們稱這樣的系統為“具有表決功能的可修混合公共貯備系統”，簡稱N/R/K系統(如圖1)。

(2)N/R/K系統共有N個單元，其中，R個工作件中至少須要K個正常工作，系統才能正常運行。如圖1中所示N/R/K系統，共6個部件，三個首發工作件，整個系統只要有兩個部件正常工就能正常運行。當正常工作部件的數量少于K時，開關開始切換到備件進行工作。若能正常工作的部件數量少于K時，N/R/K系統失效。

(3)系統中的備件，其類型可以是冷、溫、熱中的任意一種，且一個系統中可以同時存在多種類型備件，并且，當系統需要切換至備用件工作時，備用件之間存在一定的切換優先級別，即按圖1中從上至下的切換順序進行。

(4)各部件的工作壽命、維修時間、備用壽命都服從一般分布函數類型。

(5)部件分為可修部件和不可修部件，系統針對可修部件具有簡單維修策略，即壞則能修，修則能好，并假定為“修復如新”。

(6)開關可以失效，有兩種失效模式：監測狀態失效(服從一般分布函數)和切換動作失效(服從確定概率)。后者發生時，有定量的重啟次數，每次重啟成功概率同首次。切換動作具有延遲時間。如果系統在備件切換過程中，工作件數量少于K，系統也將被視為處于失效狀態。