[發(fā)明專利]深水立管系統(tǒng)風(fēng)險維修決策優(yōu)化的人因可靠性平衡法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810221237.0
• 申請日: 2018-03-17
• 公開（公告）號: CN108710946B
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孟丹;全洪珠;劉妍;李秋義;阮雪景
• 申請（專利權(quán)）人: 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06N7/06
• 分類號: G06N7/06;G06Q10/06
• 代理公司: 北京匯捷知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11531
• 代理人: 李宏偉

1.深水立管系統(tǒng)風(fēng)險維修決策優(yōu)化的人因可靠性平衡法，其特征在于按照以下步驟進行：

步驟1、將深海平臺SCR分段作為風(fēng)險維修決策單元；

步驟2、選取維修決策單元進行風(fēng)險識別；

步驟3、進行單元瞬態(tài)失效概率分析，同時進行極端環(huán)境荷載作用下過載應(yīng)力斷裂失效概率分析、極端環(huán)境荷載作用下過載疲勞斷裂失效概率分析和上段外腐蝕失效概率分析；

步驟4、根據(jù)步驟3的結(jié)果和單元失效后果評估進行風(fēng)險分析；

步驟5、反算單元維修周期；

步驟6、需要分析下一深海平臺SCR分段作為風(fēng)險維修決策單元，跳轉(zhuǎn)至步驟2，否則進行下一步；

步驟7、基于人因可靠性平衡法的成組維修策略優(yōu)化；

所述深海平臺SCR分段作為風(fēng)險維修決策單元是指針對兩種不同類型的SCR系統(tǒng)分別進行分段，每一段作為一個維修決策單元；所述選取維修決策單元進行風(fēng)險識別是指采用層次分析法，確定各單元基本風(fēng)險事件，將同一層次的各元素按其對相鄰上一層次各準則的相對重要性進行兩兩比較，構(gòu)造判斷矩陣，借助遺傳算法實現(xiàn)同一層次各元素的重要程度單排序及其一致性檢驗，借助協(xié)同學(xué)優(yōu)化算法實現(xiàn)各層次元素總排序及其一致性檢驗，實現(xiàn)各維修決策單元的主要風(fēng)險識別；所述單元瞬態(tài)失效概率分析是指基于風(fēng)險識別，采用層次分析法，將立管的失效分為環(huán)境荷載、腐蝕和工作荷載導(dǎo)致的失效，將環(huán)境荷載導(dǎo)致的失效模式分為臺風(fēng)及臺風(fēng)浪導(dǎo)致的立管失效、內(nèi)波導(dǎo)致的立管失效、畸形波導(dǎo)致的立管失效和過大海流導(dǎo)致的立管疲勞失效，將臺風(fēng)及臺風(fēng)浪導(dǎo)致的立管失效分為過載疲勞破壞、立管碰撞損傷和瞬時作用過大導(dǎo)致的應(yīng)力斷裂，內(nèi)波導(dǎo)致的立管失效分為過載疲勞破壞、立管碰撞損傷和深海平臺大幅漂移導(dǎo)致的應(yīng)力斷裂，畸形波導(dǎo)致的立管失效分為過載疲勞破壞、立管碰撞損傷和深海平臺大幅振動導(dǎo)致的應(yīng)力斷裂，將工作荷載導(dǎo)致的失效模式分為管內(nèi)介質(zhì)的流速過大導(dǎo)致的觸地點屈曲破壞、管內(nèi)外溫差過大導(dǎo)致的屈曲破壞、管內(nèi)外壓差過大導(dǎo)致的屈曲破壞，根據(jù)各單元對應(yīng)的基本風(fēng)險事件分別建立其失效模糊故障樹模型，運用改進專家綜合評估法和模糊數(shù)學(xué)理論求解故障樹基本風(fēng)險事件的發(fā)生概率，根據(jù)基本風(fēng)險事件的相對重要性進行兩兩比較，構(gòu)造判斷矩陣，借助協(xié)同學(xué)優(yōu)化算法實現(xiàn)各層次元素總排序及其一致性檢驗，得到基本風(fēng)險事件的瞬態(tài)權(quán)重系數(shù)，分別計算維修決策單元瞬態(tài)失效概率；所述極端環(huán)境荷載作用下過載應(yīng)力斷裂失效概率分析是指根據(jù)立管的許用應(yīng)力標準建立立管應(yīng)力斷裂失效的極限狀態(tài)函數(shù)，參考現(xiàn)有我國南海海域極端海洋環(huán)境荷載研究成果，分析極端海洋環(huán)境荷載的聯(lián)合概率分布，分析深海平臺隨機響應(yīng)特性，利用SCR動力學(xué)模型計算波浪、海流、平臺運動共同作用下立管的應(yīng)力響應(yīng),采用代理模型技術(shù)優(yōu)化應(yīng)力分析的計算時間，針對應(yīng)力斷裂失效的極限狀態(tài)函數(shù)采用蒙特卡洛方法進行隨機性分析，計算立管的應(yīng)力失效概率，與模糊失效概率計算結(jié)果進行對比，驗證失效概率模型的正確性;

所述極端環(huán)境荷載作用下過載疲勞斷裂失效概率分析是指建立立管疲勞斷裂失效的極限狀態(tài)函數(shù)，參考我國南海海域極端海洋環(huán)境現(xiàn)有研究成果分析極端海洋環(huán)境的聯(lián)合概率分布，基于極端海洋環(huán)境工程特性研究成果分析深海平臺隨機響應(yīng)特性，利用建立的SCR三維動力學(xué)模型計算波浪、海流、平臺共同作用下立管的疲勞壽命，利用SCR三維動力學(xué)模型計算極端環(huán)境過大海流作用下立管的渦激振動疲勞壽命，采用代理模型技術(shù)優(yōu)化疲勞分析的計算時間，針對疲勞斷裂失效的極限狀態(tài)函數(shù)采用蒙特卡洛方法進行隨機性分析，計算立管的疲勞斷裂失效概率，與模糊失效概率計算結(jié)果進行對比，驗證失效概率模型的正確性；

所述上段外腐蝕失效概率分析是指針對SCR上段外部腐蝕的時變性，考慮極端海洋環(huán)境條件并計算腐蝕率，參照DNV規(guī)范推薦的破裂模型計算立管的極限壓力，建立立管外部腐蝕失效的極限狀態(tài)函數(shù)，隨機因素包括腐蝕缺陷尺寸、立管尺寸、立管材料的力學(xué)性能以及內(nèi)部操作壓力，采用蒙特卡洛方法計算立管的失效概率，與模糊失效概率計算結(jié)果進行對比，驗證失效概率模型的正確性；

基于隨機權(quán)重系數(shù)的動態(tài)失效概率分析是指根據(jù)維修決策單元失效概率與各基本風(fēng)險事件發(fā)生概率的關(guān)系，引入Weibull可靠性分析模型，導(dǎo)出考慮各基本風(fēng)險事件安全等級系數(shù)的權(quán)重系數(shù)表達式，對瞬態(tài)權(quán)重系數(shù)進行平均權(quán)重系數(shù)變換以考慮時間范圍的影響，建立動態(tài)失效概率計算模型，假定各基本風(fēng)險事件的權(quán)重系數(shù)服從隨機分布，直接抽樣計算維修決策單元動態(tài)失效概率，采用單元素Metropolis-Hastings采樣法進行重復(fù)抽樣，建立一個平穩(wěn)的馬爾可夫鏈來得到維修決策單元失效概率樣本，通過計算馬爾可夫鏈的后驗期望對動態(tài)失效概率做出統(tǒng)計推斷；

所述單元失效后果評估進行風(fēng)險分析是指運用考慮專家權(quán)重的綜合評分研究維修決策單元失效導(dǎo)致的人身、環(huán)境和經(jīng)濟三個方面損失的大小，運用層次分析法研究單元失效后果中人身、環(huán)境和經(jīng)濟三個方面損失的嚴重性權(quán)重，綜合考慮損失大小和相應(yīng)的嚴重性權(quán)重，實現(xiàn)維修決策單元失效后果的估計，分別確定維修決策單元失效概率等級和后果等級，運用風(fēng)險矩陣實現(xiàn)單元的風(fēng)險分析；

所述反算單元維修周期是指確定可接受風(fēng)險水平，結(jié)合失效后果計算維修決策單元失效概率，根據(jù)動態(tài)失效概率模型反算初始狀態(tài)到失效的時間間隔，確定維修決策單元的維修周期；

所述基于人因可靠性平衡法的成組維修策略優(yōu)化是指總結(jié)分析工作量的增加導(dǎo)致人因失誤概率的現(xiàn)有研究成果，總結(jié)分析維修過程中的易變性導(dǎo)致人因失誤概率的現(xiàn)有研究成果，總結(jié)分析不同維修任務(wù)之間的人因失誤依賴性導(dǎo)致人因失誤概率的現(xiàn)有研究成果，將各單元按維修周期從小到大進行排序，運用靜態(tài)成組技術(shù)對維修單元進行分組，將上述三種人因失誤概率的和小于最大可接受人因失誤概率作為分組的標準，優(yōu)化維修分組策略，分析維修費用和維修人員暴露風(fēng)險的降低程度。