某大型裝置現(xiàn)場(chǎng)可靠性的貝葉斯分析

周 瑜，寇 綱，爾古打機(jī)

(1.內(nèi)蒙古大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010021；2.西南財(cái)經(jīng)大學(xué)工商管理學(xué)院，四川 成都 611130；3.西南民族大學(xué)電氣工程學(xué)院，四川 成都 610041)

某大型裝置現(xiàn)場(chǎng)可靠性的貝葉斯分析

周 瑜1，寇 綱2，爾古打機(jī)3

(1.內(nèi)蒙古大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010021；2.西南財(cái)經(jīng)大學(xué)工商管理學(xué)院，四川 成都 611130；3.西南民族大學(xué)電氣工程學(xué)院，四川 成都 610041)

可靠性、維修性和可用性是描述復(fù)雜裝置質(zhì)量屬性的三個(gè)重要指標(biāo)。在某大型裝置的現(xiàn)場(chǎng)故障和維修數(shù)據(jù)的經(jīng)驗(yàn)分析基礎(chǔ)上，運(yùn)用分段線性模型確定了裝置可靠性改進(jìn)趨勢(shì)。針對(duì)裝置現(xiàn)場(chǎng)故障和維修數(shù)據(jù)的小樣本問(wèn)題，給出了裝置現(xiàn)場(chǎng)可靠性和維修性的貝葉斯模型，并用WinBUGS軟件對(duì)其進(jìn)行了求解計(jì)算。繼而分析給出了裝置可用性最恰當(dāng)描述——任務(wù)可用度的閉合表達(dá)形式。最后，通過(guò)與極大似然法進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)應(yīng)用貝葉斯方法分析該大型裝置現(xiàn)場(chǎng)可靠性更有效。

現(xiàn)場(chǎng)可靠性；維修性；任務(wù)可用度；貝葉斯

1 引言

大型復(fù)雜裝置一般由機(jī)、電、液等多類型組件或子系統(tǒng)組成，導(dǎo)致裝置的失效機(jī)理和失效模式的多樣化。這也給裝置的可靠性評(píng)估帶來(lái)了困難。尤其是處于研發(fā)和樣機(jī)試驗(yàn)階段的裝置，其小子樣問(wèn)題使可靠性評(píng)估困難倍增[1]。隨著研究的深入，模糊理論、仿真方法和貝葉斯方法等得到了廣泛應(yīng)用，并取得了顯著效果[2-6]。由于本文的研究對(duì)象——某大型裝置正處于樣機(jī)試驗(yàn)階段，其環(huán)境應(yīng)力高，運(yùn)行和試驗(yàn)的成本高等特點(diǎn)致使其現(xiàn)場(chǎng)可靠性數(shù)據(jù)收集困難。為了減小數(shù)據(jù)樣本對(duì)可靠性評(píng)估精度的影響，故采用了貝葉斯方法。

此外，該大型裝置的性能指標(biāo)體系復(fù)雜。除了采用最主要的可靠性指標(biāo)來(lái)衡量裝置在給定環(huán)境和條件下完成規(guī)定功能的能力外，還采用維修性衡量裝置在規(guī)定的時(shí)間和條件下恢復(fù)和保持規(guī)定狀態(tài)的能力，以及采用可用性衡量在任一時(shí)刻下裝置能夠執(zhí)行和完成規(guī)定功能的能力[7-8]。對(duì)于該裝置可靠性、維修性和可用性三個(gè)重要指標(biāo)，趙炤和金光等[4]應(yīng)用面向?qū)ο蟮亩嘀亟７椒ń⒘搜b置可靠性仿真環(huán)境，主要從裝置的微觀層面仿真和測(cè)試結(jié)構(gòu)、環(huán)境參數(shù)變化時(shí)對(duì)其可靠性產(chǎn)生的影響。趙建印和孫權(quán)等[9]就金屬化膜脈沖電容器的可靠性進(jìn)行了分析，并給出了該電容器的加速退化失效模型。彭寶華和孫權(quán)等[10]則研究了整個(gè)放大器系統(tǒng)的可靠性問(wèn)題。

大型系統(tǒng)的研制與實(shí)驗(yàn)過(guò)程實(shí)際上是一個(gè)可靠性增長(zhǎng)過(guò)程[11]，而可靠性增長(zhǎng)則是指出現(xiàn)故障率降低或平均無(wú)故障工作時(shí)間增長(zhǎng)的現(xiàn)象。為了克服小子樣問(wèn)題和有效利用其他先驗(yàn)信息，在已有研究中廣泛采用貝葉斯方法[11, 12]對(duì)可靠性增長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行分析。針對(duì)該大型系統(tǒng)，彭寶華等[13]就采用貝葉斯方法評(píng)定了裝置能源模塊的可靠性增長(zhǎng)。然而，在這些研究中對(duì)維修性以及可用性的建模和分析較少。同時(shí)，該裝置可用性建模具有停機(jī)時(shí)間限約束，描述這類裝置的最恰當(dāng)模型為任務(wù)可用度[14]。此外，維修性和可靠性的變化趨勢(shì)還與運(yùn)行時(shí)間相關(guān)[15]。因此，本文在某大型裝置現(xiàn)場(chǎng)故障和維修數(shù)據(jù)的經(jīng)驗(yàn)分析基礎(chǔ)上，運(yùn)用分段線性模型確定了裝置可靠性改進(jìn)趨勢(shì)。針對(duì)裝置現(xiàn)場(chǎng)故障和維修數(shù)據(jù)的小子樣問(wèn)題，給出了裝置現(xiàn)場(chǎng)可靠性和維修性的貝葉斯模型，并用WinBUGS (Bayesian Inference Using Gibbs Sampling, WinBUGS)軟件對(duì)其進(jìn)行了求解計(jì)算。繼而分析給出了裝置可用性最恰當(dāng)描述——任務(wù)可用度的閉合表達(dá)形式。最后，將與極大似然法的分析結(jié)果進(jìn)行比較。

根據(jù)具體的研究?jī)?nèi)容，本文剩余部分的結(jié)構(gòu)安排如下：第2節(jié)介紹該大型裝置和數(shù)據(jù)信息；第3節(jié)對(duì)該大型裝置的現(xiàn)場(chǎng)可靠性進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)分析；第4節(jié)應(yīng)用貝葉斯方法進(jìn)行任務(wù)可用度分析；第5節(jié)總結(jié)全文。

1003-207(2016)11-0170-07

10.16381/j.cnki.issn1003-207x.2016.11.020

2015-06-03；

2015-10-20

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(71222108,71373216,71471149,71501103)；內(nèi)蒙古大學(xué)高層次人才引進(jìn)科研啟動(dòng)項(xiàng)目(5145131)；內(nèi)蒙古自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2015BS0705)

寇綱(1975-)，男(漢族)，江西上饒人，西南財(cái)經(jīng)大學(xué)工商管理學(xué)院教授，博士，博士生導(dǎo)師，研究方向：商務(wù)智能、應(yīng)急管理，Email: kougang@swufe.edu.cn.

O213.2

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