并聯(lián)冗余狀態(tài)下船舶電氣系統(tǒng)的可靠性分析

肖建良

摘 要：船舶運(yùn)輸這一行業(yè)存在巨大的安全隱患，為了對此問題進(jìn)行有效改良，為普通的船舶電氣系統(tǒng)裝配上并聯(lián)冗余狀態(tài)設(shè)備。并聯(lián)冗余狀態(tài)下的船舶電氣系統(tǒng)與傳統(tǒng)方法存在巨大的不同。它應(yīng)用并聯(lián)冗余設(shè)計(jì)理論，為船舶電氣系統(tǒng)的可靠性分析建立了相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)行了指標(biāo)計(jì)算設(shè)計(jì)。在構(gòu)建了并聯(lián)冗余狀態(tài)下的船舶電氣系統(tǒng)的可靠性分析模型的基礎(chǔ)上，將其與傳統(tǒng)的電氣系統(tǒng)可靠性做細(xì)致的實(shí)驗(yàn)對比分析，通過數(shù)據(jù)收集、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及最終的結(jié)果測算，發(fā)現(xiàn)基于并聯(lián)冗余狀態(tài)的船舶電氣系統(tǒng)在進(jìn)行可靠性分析時(shí)，比傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)更具應(yīng)用優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：并聯(lián)冗余狀態(tài);并聯(lián)冗余狀態(tài);可靠性分析

中圖分類號：TN919.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

對于海運(yùn)這一重要性行業(yè)，船舶絕對在其中起到了至關(guān)重要的作用。無論是否要出行，海運(yùn)整個(gè)行業(yè)下必須要使用的大型工具就是船只。而作為整個(gè)船只的動(dòng)力裝備，電氣這一系統(tǒng)又是其中的心臟部位，其在每次的船只出行過程中擔(dān)當(dāng)著保衛(wèi)員的工作。[1]如若整個(gè)電氣系統(tǒng)一旦出現(xiàn)絲毫的問題，那么整條船上的人應(yīng)該怎么辦，他們在廣闊的大海上孤立無援，他們面臨著一片汪洋的無盡的威脅。人一旦出現(xiàn)問題，整個(gè)船運(yùn)行業(yè)都會面臨巨大的困難。首先，這困難來自信譽(yù)的方面：人們都希望生活在安全的情況下，沒人愿意自己的生命受到威脅，一旦出現(xiàn)任何問題，整個(gè)公司的名譽(yù)都會受其影響，遭至下滑。其次，這威脅來自運(yùn)行的方面：貨物一旦在海上丟失，那么其被找回的幾率幾乎是不可能的。面臨這樣的情況，很多的委托公司難以承受這樣的風(fēng)險(xiǎn)，就會導(dǎo)致航運(yùn)行業(yè)的基本癱瘓。[2]在這樣的情況下，航運(yùn)未來如何生存，如何解決其面臨的情況成為航運(yùn)公司需要解決的首要問題。在這樣的情況下，要對航運(yùn)公司的困難之處進(jìn)行解決，特使用并聯(lián)冗余狀態(tài)下的電氣系統(tǒng)來裝備整個(gè)船只，以探尋解決船只安全問題的辦法。

1 并聯(lián)冗余狀態(tài)下船舶電氣系統(tǒng)的可靠性評估模型

1.1 并聯(lián)冗余狀態(tài)下的船舶電氣系統(tǒng)

并聯(lián)冗余狀態(tài)其實(shí)是一種電氣閉合方式，它在很多大型器械上的電源部位都普遍裝備。并聯(lián)冗余狀態(tài)其實(shí)是當(dāng)某一部位發(fā)生問題時(shí)，冗余部分的部件會對電氣系統(tǒng)產(chǎn)生作用，頂替上問題部件，使機(jī)器正常運(yùn)行。一般來說，并聯(lián)冗余狀態(tài)是說將電源系統(tǒng)上的多個(gè)零部件裝配成并聯(lián)的狀態(tài)。一般情況下，電氣系統(tǒng)會出現(xiàn)的問題主要是兩方面：一方面是在整體的電氣運(yùn)行中存在部分部件短路問題;另一方面是在整體的電氣運(yùn)行中存在開關(guān)處短路而產(chǎn)生的系統(tǒng)開路問題。而并聯(lián)冗余狀態(tài)的裝備，在很大程度上會對這些情況產(chǎn)生改善。

1.2 并聯(lián)冗余狀態(tài)下的船舶電氣系統(tǒng)可靠性評估指標(biāo)

1.2.1 并聯(lián)冗余狀態(tài)下的船舶電氣系統(tǒng)零部件的失效率指標(biāo)

根據(jù)并聯(lián)冗余狀態(tài)內(nèi)容可知，船只的電氣系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，會對電氣系統(tǒng)的作用率發(fā)生關(guān)系，這樣的效果率F（n）滿足下述方程：

對所選定的實(shí)驗(yàn)組和對照組兩組船只裝配的電氣系統(tǒng)的上述指標(biāo)進(jìn)行觀察比較，實(shí)驗(yàn)組選用并聯(lián)冗余狀態(tài)下的電氣配備，對照組使用常規(guī)裝配下的電氣配備，檢查電氣裝備系統(tǒng)連續(xù)作業(yè)狀態(tài)下后第36小時(shí)、第72小時(shí)、第108小時(shí)的系統(tǒng)失效率數(shù)值，并對其不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)下的數(shù)值進(jìn)行比較分析研究。

1.2.2 并聯(lián)冗余狀態(tài)下的船舶電氣系統(tǒng)零部件的壽命使用率指標(biāo)

根據(jù)上述公式可以得出并聯(lián)冗余狀態(tài)下的船舶電氣系統(tǒng)的失效率分析數(shù)據(jù)，通過對不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)下的系統(tǒng)失效率數(shù)值的判斷，確定并聯(lián)冗余狀態(tài)下的船舶電氣系統(tǒng)的壽命使用率數(shù)值。設(shè)零部件的使用壽命率為F（a）、系統(tǒng)的失效率為F（n），那么可以得出：

若設(shè)系統(tǒng)的使用壽命率為F（b），那么可以得出：

1.3 統(tǒng)計(jì)方法

應(yīng)用 SPSS 21.0 統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件對電氣系統(tǒng)發(fā)生作用后第36小時(shí)、第72小時(shí)、第108小時(shí)下收集的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，以 p =0.05 為檢驗(yàn)水準(zhǔn)，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 并聯(lián)冗余狀態(tài)下船舶電氣系統(tǒng)的可靠性評估分析

為了測試并聯(lián)冗余狀態(tài)下船舶電氣系統(tǒng)的可靠性，設(shè)計(jì)此測試實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下。

2.1 研究組與對照組船舶電氣系統(tǒng)零部件的失效率指標(biāo)比較

研究組與對照組兩組電氣系統(tǒng)的零部件發(fā)生作用后，以第6小時(shí)的特定一個(gè)部件為基準(zhǔn)，對第36小時(shí)、第72小時(shí)、第108小時(shí)的船舶電氣系統(tǒng)零部件的失效率指標(biāo)進(jìn)行分析，詳見表1。

觀察表1可以看出，以第6小時(shí)的零部件的失效數(shù)值作為基準(zhǔn)，測量36h、72 h、108 h時(shí)并聯(lián)冗余狀態(tài)下的船舶電氣系統(tǒng)零部件的失效率，可以發(fā)現(xiàn)隨著第36小時(shí)的船舶電氣系統(tǒng)零部件的失效率，第72小時(shí)以及第108小時(shí)之后的船舶電氣系統(tǒng)零部件的失效率更為明顯，P值均小于0.05。對兩組的數(shù)值進(jìn)行分析，明顯發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組的數(shù)值變化小，其失效率遠(yuǎn)比對照組的數(shù)值低更為明顯，即并聯(lián)冗余狀態(tài)下的船舶電氣系統(tǒng)零部件的失效率遠(yuǎn)比傳統(tǒng)方法下的失效率低，這也就意味著并聯(lián)冗余狀態(tài)下的船舶電氣系統(tǒng)的使用具有可行性。

2.2 研究組與對照組船舶電氣系統(tǒng)零部件的壽命使用率比較

研究組與對照組兩組電氣系統(tǒng)零部件發(fā)生作用后，以第6小時(shí)為基準(zhǔn)，對第36小時(shí)、第72小時(shí)、第108小時(shí)的心電圖下的船舶電氣系統(tǒng)零部件的壽命使用率指標(biāo)的影響進(jìn)行分析，詳見表2。

根據(jù)表2可以看出，以第6小時(shí)零部件的數(shù)值作為基準(zhǔn)，測量第36h、72h、以及108h時(shí)并聯(lián)冗余狀態(tài)下的船舶電氣系統(tǒng)的零部件壽命使用率以及系統(tǒng)壽命使用率，可以發(fā)現(xiàn)隨著第36小時(shí)的船舶電氣系統(tǒng)的零部件壽命使用率以及系統(tǒng)壽命使用率，第72小時(shí)以及第108 小時(shí)之后的船舶電氣系統(tǒng)的使命使用率均有下降，但對照組的下降更為明顯，P值均小于0.05。對兩組的數(shù)值進(jìn)行分析，明顯發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組的數(shù)值變化小，其壽命使用率遠(yuǎn)比對照組的數(shù)值高的更為明顯，即其船舶電氣系統(tǒng)的零部件壽命使用率以及系統(tǒng)壽命使用率遠(yuǎn)比傳統(tǒng)方法下的壽命使用率高，這也就意味著并聯(lián)冗余狀態(tài)下的船舶電氣系統(tǒng)的使用具有可行性。

3 結(jié)語

本文分析并聯(lián)冗余狀態(tài)下的船舶電氣系統(tǒng)的可靠性，對如何進(jìn)行可靠性測試進(jìn)行了具體分析，建立了可靠性分析模型，并制定相關(guān)的評估指標(biāo)。為了對并聯(lián)冗余狀態(tài)下的船舶電氣系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行評估，設(shè)置了評估分析實(shí)驗(yàn)，以第6小時(shí)為基準(zhǔn)，對第36小時(shí)、第72小時(shí)、第108小時(shí)的系統(tǒng)失效率指標(biāo)、系統(tǒng)零部件使用壽命率指標(biāo)以及系統(tǒng)使用壽命率指標(biāo)進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組的數(shù)據(jù)變化均顯著于于對照組，即并聯(lián)冗余狀態(tài)下的船舶電氣系統(tǒng)具有較高的可行性。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳志良，姚玉斌，王丹.船舶電氣多狀態(tài)并聯(lián)冗余系統(tǒng)可靠性分析與優(yōu)化[J].船舶工程，2016（s2）：219-222.

[2]袁戰(zhàn)勇，吳桐，楊琨.淺談船舶電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的可靠性保障技術(shù)[J].中國水運(yùn)（下半月），2015，15（8）：128-129.