基于加權(quán)相似比較法的船用升降機(jī)可靠性預(yù)報(bào)

葉 嘉

· （海軍駐上海七○四所軍事代表室，上海 200031）

基于加權(quán)相似比較法的船用升降機(jī)可靠性預(yù)報(bào)

葉 嘉

· （海軍駐上海七○四所軍事代表室，上海 200031）

在分析了傳統(tǒng)相似比較法預(yù)報(bào)船用載貨防爆升降機(jī)可靠性的缺點(diǎn)后，提出了基于加權(quán)相似比較法的船用升降機(jī)的可靠性預(yù)報(bào)方法。其內(nèi)含已有相似產(chǎn)品的可靠性統(tǒng)計(jì)和相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)專家和技術(shù)人員積累的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，比傳統(tǒng)的相似比較法更能準(zhǔn)確和全面地預(yù)報(bào)新研產(chǎn)品的可靠性。對(duì)該方法進(jìn)行了描述和推理，并且給出了其在船用載貨防爆升降機(jī)可靠性預(yù)報(bào)上的應(yīng)用。

加權(quán)相似比較；船用升降機(jī)；可靠性預(yù)報(bào)

0 引言

船舶機(jī)電設(shè)備運(yùn)行的可靠性決定了船舶和海員的安全，同時(shí)船舶大多數(shù)在海上航行，其工作環(huán)境完全與陸地上不同。因此，要求船舶機(jī)電設(shè)備必須能夠適應(yīng)海上高溫、潮濕和高鹽的惡劣環(huán)境，還要能夠經(jīng)受得起風(fēng)浪引起的撞擊和搖擺。所以船舶機(jī)電設(shè)備比陸地設(shè)備要求有更高的可靠性。船用載貨防爆升降機(jī)是船舶中常用的一種貨物運(yùn)輸手段，其工作的可靠性直接影響了船舶系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

可靠性預(yù)報(bào)是為了估計(jì)產(chǎn)品在給定工作條件下的可靠性進(jìn)行的工作?？煽啃灶A(yù)報(bào)是機(jī)電設(shè)備可靠性設(shè)計(jì)從定性考慮轉(zhuǎn)入定量分析的關(guān)鍵。它是在機(jī)電設(shè)備的設(shè)計(jì)階段，根據(jù)各組成部分的結(jié)構(gòu)和功能，以及在規(guī)定條件下的可靠性水平等來預(yù)報(bào)整機(jī)的可靠性水平，是一個(gè)由局部到整體、由小到大、由下到上的綜合過程。可靠性預(yù)報(bào)在船舶機(jī)電設(shè)備全面設(shè)計(jì)評(píng)估過程中有著重要的作用。通過可靠性預(yù)報(bào)，可以審查設(shè)計(jì)任務(wù)書中提出的可靠性的指標(biāo)能否達(dá)到，可以對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行比較，從中選擇出既能滿足性能和可靠性要求，又能達(dá)到較好的經(jīng)濟(jì)效益的最優(yōu)方案。還可以發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的薄弱環(huán)節(jié)，及時(shí)采取改進(jìn)措施。

1 相似比較法

相似比較法是一種包含了傳統(tǒng)預(yù)報(bào)、可靠性試驗(yàn)、故障分析等諸多信息的經(jīng)驗(yàn)預(yù)報(bào)方法。通過尋求在性能、結(jié)構(gòu)以及用途等方面與研制對(duì)象相類似的現(xiàn)有產(chǎn)品，將其可靠性水平通過修正后作為新研制產(chǎn)品的可靠性估計(jì)值。相似產(chǎn)品的可靠性數(shù)據(jù)主要來源于現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)和實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)結(jié)果[1-2]。

相似比較法主要考慮的因素：包括產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)與性能、設(shè)計(jì)、材料和制造工藝以及使用剖面(保障、使用和環(huán)境條件)。這種方法簡(jiǎn)單、快捷，適用于設(shè)計(jì)過程的各個(gè)階段，可應(yīng)用于各類產(chǎn)品的可靠性預(yù)報(bào)，如電子、機(jī)械、機(jī)電等產(chǎn)品，其預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性取決于產(chǎn)品的相似性。相似產(chǎn)品的詳細(xì)故障記錄越全，數(shù)據(jù)越豐富，預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度就越高[3]。

相似比較法的預(yù)報(bào)程序?yàn)椋孩俅_定相似產(chǎn)品，考慮相似因素，選擇與新產(chǎn)品最相似，且有完整的可靠性數(shù)據(jù)的產(chǎn)品。②分析相似因素對(duì)可靠性的影響，分析所考慮的各種因素對(duì)產(chǎn)品可靠性的影響程度，分析新產(chǎn)品與相似產(chǎn)品的設(shè)計(jì)差異及這些差異對(duì)可靠性的影響。③新產(chǎn)品可靠性預(yù)報(bào)，根據(jù)②中的分析，確定新設(shè)計(jì)產(chǎn)品與相似產(chǎn)品的可靠性水平的比值。一般來說，這些比值由領(lǐng)域內(nèi)有經(jīng)驗(yàn)的專家評(píng)定。最終根據(jù)比值估計(jì)出新設(shè)計(jì)產(chǎn)品的可靠性水平。

2 改進(jìn)的相似比較法

相似比較法需要了解相似產(chǎn)品的可靠性水平，并分析研制對(duì)象和相似產(chǎn)品在組成結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)要求、生產(chǎn)工藝、組織管理和使用環(huán)境等多方面的差異，從而預(yù)報(bào)研制對(duì)象能夠達(dá)到的可靠性水平[4]。

傳統(tǒng)的相似比較法在評(píng)價(jià)預(yù)報(bào)對(duì)象和相似產(chǎn)品之間差異的時(shí)候，往往只是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)給出籠統(tǒng)的值，有很大的模糊性，準(zhǔn)確程度也難以保證，進(jìn)而也就會(huì)導(dǎo)致預(yù)報(bào)結(jié)果的準(zhǔn)確性很難保證。針對(duì)這一問題，分析了工程中可能影響船用載貨升降機(jī)可靠性水平的各主要子系統(tǒng)的可靠性。

圖1 船用載貨防爆升降機(jī)可靠性框圖

2.1 整機(jī)可靠性預(yù)報(bào)模型建立

升降機(jī)和升降機(jī)子系統(tǒng)之間的可靠性關(guān)系滿足式(1)[5]：

式中：Rs(t)為升降機(jī)整機(jī)的可靠度；Ri(t)為組成升降機(jī)各子系統(tǒng)的可靠度，其中0

式中：λs(t)為升降機(jī)整機(jī)的故障率；λi(t)為第i個(gè)子系統(tǒng)的故障率，從式(2)可以得到：

即，升降機(jī)整機(jī)的故障率等于組成升降機(jī)各子系統(tǒng)的故障率之和。

實(shí)際應(yīng)用中由于組成升降機(jī)各系統(tǒng)的子系統(tǒng)的功能、特性和工藝的不同，各系統(tǒng)的故障時(shí)間不一定服從同一種分布，實(shí)際工程應(yīng)用中很難使用這兩種模型進(jìn)行升降機(jī)系統(tǒng)的可靠性預(yù)報(bào)，通常來說會(huì)采用平均故障率來替代故障率函數(shù)，這樣就可以采用式(1)、(3)預(yù)報(bào)升降機(jī)整機(jī)系統(tǒng)的平均故障率。平均故障率：

2.2 子系統(tǒng)可靠性預(yù)報(bào)模型的建立

船用載貨防爆升降機(jī)子系統(tǒng)i的可靠性，通常會(huì)選取一批m臺(tái)相似產(chǎn)品，這m臺(tái)與升降機(jī)子系統(tǒng)相似的產(chǎn)品，必須是經(jīng)過可靠性測(cè)試、檢定的系列化產(chǎn)品，并且這些相似產(chǎn)品的故障率數(shù)據(jù)能夠通過查詢資料或者前期的可靠性試驗(yàn)得出。

通常在這些相似產(chǎn)品中，很難收集到完全相似且有依據(jù)的可靠性產(chǎn)品，產(chǎn)品的可靠性會(huì)受到設(shè)計(jì)、制造裝配、使用和維修以及整個(gè)生產(chǎn)企業(yè)的管理等各個(gè)方面，每一個(gè)因素的不同都會(huì)直接造成產(chǎn)品的可靠性的不同，忽略掉任意的任何一個(gè)因素都會(huì)造成預(yù)報(bào)結(jié)果的失準(zhǔn)，因此對(duì)于不同的相似產(chǎn)品不能同等的對(duì)待[6]。

通過綜合分析研制對(duì)象和相似產(chǎn)品的各個(gè)方面的差異，得出可能造成該對(duì)象可靠性水平變化的程度，進(jìn)而賦予相應(yīng)的可靠性以加權(quán)系數(shù)Wj，0

式中：Wj為第j個(gè)相似產(chǎn)品的可靠性對(duì)第i個(gè)子系統(tǒng)的可靠性的加權(quán)因子，代表了第j個(gè)相似產(chǎn)品對(duì)于第i個(gè)子系統(tǒng)可靠性預(yù)測(cè)的貢獻(xiàn)權(quán)值。

Wj的準(zhǔn)確程度直接決定了該方法的預(yù)報(bào)結(jié)果的準(zhǔn)確性。通常從以下幾個(gè)方面進(jìn)行權(quán)衡各相似產(chǎn)品貢獻(xiàn)權(quán)值：產(chǎn)品方面，設(shè)計(jì)方面，生產(chǎn)方面，管理方面，使用方面。實(shí)際使用過程中依靠經(jīng)驗(yàn)積累和應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)分析和實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)結(jié)果確定。

3 實(shí)驗(yàn)與分析

以船用載貨防爆升降機(jī)的升降平臺(tái)為例，采用加權(quán)相似比較法進(jìn)行升降機(jī)平臺(tái)的可靠性預(yù)報(bào)，選取5臺(tái)相似的產(chǎn)品，其無加權(quán)平均故障率如表1所示。

表1 無加權(quán)平均的故障率

這個(gè)5臺(tái)升降平臺(tái)相似的產(chǎn)品，根據(jù)相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜液图夹g(shù)人員進(jìn)行評(píng)估給出其用于獲得平均無故障率的加權(quán)系數(shù)如表2所示，并重新進(jìn)行了加權(quán)平均故障率如表2所示。

表2 加權(quán)平均故障率

根據(jù)相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的專家和技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合這5臺(tái)相似的產(chǎn)品，可以預(yù)測(cè)新研制的升降機(jī)平臺(tái)的無故障時(shí)間略高于5臺(tái)相似設(shè)備中的3臺(tái)設(shè)備。并且采用加權(quán)系數(shù)預(yù)測(cè)的平均無故障時(shí)間略高于無加權(quán)的平均無故障時(shí)間。

4 結(jié)語

本文給出了一種具有加權(quán)相似比較法的船用載貨防爆升降機(jī)系統(tǒng)的可靠性預(yù)報(bào)方法，內(nèi)含已有相似產(chǎn)品的可靠性統(tǒng)計(jì)和相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的專家和技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)積累和專家知識(shí)，比傳統(tǒng)的相似比較法更能準(zhǔn)確和全面地預(yù)報(bào)新研產(chǎn)品的可靠性。

[1]常艷,趙亮,潘雙夏.基于加權(quán)相似度的概念設(shè)計(jì)成本估算方法[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2007(3):122-124.

[2]劉麗華.基于相似度加權(quán)的模糊聚類方法[J].云南師范大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2008(5):26-30.

[3]金松菊.加權(quán)相似系數(shù)在公路主樞紐站場(chǎng)布局決策中的應(yīng)用[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化,2006(7):101-103.

[4]郝慶波.數(shù)控機(jī)床可靠性及維修性的模糊綜合分配與預(yù)報(bào)[D].長(zhǎng)春:吉林大學(xué),2012.

[5]李新濤,徐汀榮.結(jié)合加權(quán)相似值和相似投票的視頻流人臉識(shí)別[C]//中國儀器儀表學(xué)會(huì)微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用學(xué)會(huì).全國第21屆計(jì)算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議(CACIS·2010)暨全國第2屆安全關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議.上海:中國儀器儀表學(xué)會(huì)微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用學(xué)會(huì),2010:4.

[6]任寶山.相似比較法在物性推算中的應(yīng)用[J].化學(xué)工程師,1992】、(5):22-25.

Reliability Prediction of Elevator for Ship Based on Weighted-similarity-comparison Method

YE Jia
(Navy Representation Office at Shanghai No.704 Research Institute,Shanghai 200031,China)

After analyzing the shortcoming of the reliability of cargo explosion-proof elevator for ship forecasted by traditional similarity comparison method,the reliability prediction method of the elevator for ship is presented based on weighted similarity comparison method.It contains the reliability statistics of existing similar products and accumulated experience and knowledge of experts and technical personnel in related field.It can forecast accurately and completely the reliability of new product research compared with the traditional similarity comparison method.The method is described and reasoned.And the application of reliability prediction in cargo explosion-proof elevator for ship is given.

weighted-similarity-comparison; elevator for ship; reliability prediction

U664.6;TH39

A

葉嘉（1981-），男，碩士，研究方向：船舶機(jī)電專業(yè)。