[發明專利]一種盾構刀盤及驅動系統多態動態可靠性評估方法

有效

• 申請號: 201710226479.4
• 申請日: 2017-04-09
• 公開（公告）號: CN107145634B
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發明（設計）人: 杜修力;王寧;龔秋明;許成順;盧鑫月
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06F119/02
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明公開了一種盾構刀盤及驅動系統多態動態可靠性評估方法，包括：首先建立土壓平衡盾構機刀盤及驅動系統失效動態故障樹；其次確定多態動態門失效規則并將所建立的動態故障樹模型向多態進行擴展；再次根據動態故障樹向動態貝葉斯網絡轉換規則建立系統失效動態貝葉斯網絡模型，確定各系統可靠度。該方法解決了盾構刀盤及驅動系統動態可靠性分析無法同時考慮多態性、動態性和相依性問題，可依據基本事件失效統計數據進行動態推理，為盾構機故障保養、維修提供更為高效、準確的決策信息。

技術領域

本發明公開了一種針對盾構刀盤及驅動系統進行多態動態可靠性評估新方法，屬于城市軌道交通裝備可靠性評估技術領域。

背景技術

近年來，隨著我國城市軌道交通建設的迅速發展，復雜地質環境下盾構隧道施工越來越多。盾構機在穿越軟硬不均、復雜多變、砂卵石等不良地質地層時極易發生刀具與刀盤磨損、軸承密封失效、減速機損壞等故障。由于盾構機在地下作業，工作環境惡劣，作業空間小，一旦發生故障維修相當困難，嚴重影響工期，如果處理不當極易導致安全事故，帶來極大的施工風險。進行盾構施工系統動態可靠性評估，實時掌握系統工作狀態是確保順利施工，降低施工安全風險的重要途徑。

盾構法施工技術體系龐大，配套設備結構和功能復雜，具有綜合化、機械化、自動化的特點。對于這種高度復雜的生產過程，盾構施工系統常表現為多種故障模式和動態失效現象，系統運行中部件(事件)正常功能的喪失或工作能力的下降相互影響，存在時序相關、優先失效等相互依賴關系，不能簡單的采用傳統串、并聯機制描述。為了更好地表示復雜系統動態相依失效特性，人們提出了動態故障樹(Dynamic Fault TreeAnalysis，DFT)分析技術，并建立了基于Markov過程的模塊化求解方法。

但傳統DFT分析技術假定組件是“二態”的，即只有“工作”和“失敗”兩種狀態，不能考慮多狀態事件。而實際盾構機及其施工系統中部件(事件)由于性能劣化等原因，其工作狀態逐漸變化，即處于“工作”和“失敗”二者之間的“非完好”工作狀態。目前，傳統方法不能同時考慮部件的多態性、相依性和動態失效特性，已經不能滿足實際需要，缺少針對盾構機刀盤及驅動系統可靠性評估的有效方法。

目前，針對盾構刀盤及相關系統可靠性分析主要有蒙特卡羅有限元法、靜態貝葉斯網絡、傳統動態故障樹等相關方法。蒙特卡羅有限元法將荷載、材料參數等力學指標作為隨機變量進行數值模擬，計算盾構刀盤失效概率，不能考慮施工參數選擇、操作失誤等非力學指標因素的影響。靜態貝葉斯網絡法雖然能夠表達多種因素對系統可靠性的影響，但不能反應事件之間的動態相互作用關系以及隨時間的變化特征。傳統動態故障樹法不能分析多狀態系統的可靠性，因而該方法也無法準確反映盾構刀盤及其相關施工系統的失效特性。

發明內容

本發明的目的在于擴展現有動態故障樹分析技術，建立一種能夠同時考慮盾構機刀盤及驅動系統部件多態性、依賴性和動態性的可靠性評估方法。

本發明提供了一種盾構刀盤及驅動系統多態動態可靠性評估方法。該方法通過擴展二態動態故障樹邏輯門為多態動態門描述事件之間復雜的失效機制，運用動態貝葉斯網絡進行多態動態門轉化，建立盾構刀盤及驅動系統多態動態故障樹及相應的動態貝葉斯網絡。可以實現盾構機刀盤及驅動系統可靠性分析中同時考慮事件的多態性、動態性和相依性，提供更為合理準確的盾構施工動態維護決策信息，降低可能發生的施工風險，產生良好的經濟和社會效益。

本發明采用的技術方案是提供了一種盾構機刀盤及驅動系統多態動態可靠性評估方法，運用多態動態故障樹-動態貝葉斯網相結合的模型，解決盾構機刀盤及驅動系統動態可靠性分析無法利用基本事件失效數據和實時觀測數據，同時考慮事件的多態性、動態性和相依性的問題。

首先建立土壓平衡盾構機刀盤及驅動系統失效二態動態故障樹；其次確定多態動態門和多態靜態門失效規則并將所建立的二態動態故障樹向多態進行擴展；再次根據多態動態故障樹向動態貝葉斯網絡轉換規則建立系統失效動態貝葉斯網絡，確定系統可靠度。