可靠性评估平台（精选8篇）
可靠性评估平台 篇1
软件架构是软件开发早期设计阶段的产物,是关于系统的抽象描述。软件架构的正确设计和选择,为以后的开发、集成、测试、维护各个阶段的成功提供了保证[1]。基于架构的软件系统是指由组件装配、组合而成的软件系统,它主要由组件和连接件组成。人们越来越关注软件架构和组件技术,源于它所带来的产品的稳定性、可靠性、可复用性和可扩展性等优势。在架构描述语言、软件架构分割和可靠性计算方法等研究基础上,研究设计一个相应的软件架构评估平台,支持对架构的图形化建模、ADL的自动生成和对架构的可靠性进行评估,是很有意义的。作为存放组件的容器,组件库设计的好坏,直接影响到整个平台的稳定性和效率。本文着重阐述架构评估平台中组件库的设计。
1 相关概念及架构平台的功能
1.1 软件架构的概念
软件架构(Software Architecture,简称SA)是在1969年的NATO软件工程会议上首次提出的[2],直到1995年SA才被确立为软件工程一个研究方向。虽然好的架构不一定能保证可以获得高可靠性的软件产品,但可以肯定是,建立在不良架构基础上的软件不可能获得较高的可靠性[3]。
软件架构就是系统的一个或多个结构,它包括软件组件、这些组件的外部可见属性以及组件之间的相互关系。软件架构是由组件、连接件和配置组成[4];组件是架构中的功能单元;连接件是功能单元之间进行交互的通道;配置用来说明组件和连接件是如何结合在一起的,是对组件和连接件的约束;通过配置可以确定组件是否正确连接、接口是否匹配、连接件构成的通信是否正确等。组件、连接件和配置是软件架构最基本的构造元素。此外,软件架构还包括端口和角色两种元素[5]。
1.2 组件的概念
组件是软件架构不可缺少的一部分。一般认为,组件是提供某种功能的计算单元或用户级的逻辑对象,如外部文件或共享数据等。组件也可以和一个微型应用程序类似,是已编译、链接好的二进制代码。组件是可独立部署的单元,可以作为第三方的组装单元。
组件可以是原子的,也可以是复合的。组件和连接件组合构成更为复杂的复合组件。复合组件的结构也可以被看作是一个软件架构。组件通过接口与外部环境交互,而接口由一组端口组成,每个端口表示组件与外部环境的交互点。
这种基于组件的软件系统实现了软件“即插即用”的思想,通过组装已存在的组件和连接件来搭建整个系统,使得软件开发变得简单有效。
1.3 架构平台的功能和组成
面向可靠性评估的软件架构设计平台要求能对软件架构进行开发、设计和描述,对所描述的软件架构进行可靠性的评估。
架构平台提供必要的架构风格库、组件库和连接件库,除基本元件之外,还可以根据需要对架构风格库、组件库和连接件库中的元件进行增加、删除和修改。
平台使用架构描述语言ADL(Architecture Description Language)对软件架构进行描述。作者所在的课题组研究了用于可靠性评估的架构描述语言RE/ADL[6],并提出了使用该描述语言进行可靠性分割的方法。
2 组件库设计
2.1 组件库组件的分类
在企业级的应用软件系统中大多采用三层的应用框架:用户界面层、业务逻辑层和数据层。在这种结构的软件框架中,每一层为上一层提供服务(服务提供者),并作为下一层的客户(服务消费者),从而提供了一个具有高度可移植性、可扩充性的兼容性平台。本文设计的组件库中对组件的分类就是以这种对软件系统层次的划分为基础进行研究的,将组件库细分为用户界面组件、业务逻辑组件、通用操作组件、数据组件和商业组件。
用户界面组件由界面对象(UI)对象)组成,是应用软件的用户接口部分,是人机进行交互的接口,对应于用户的需求,并负责触发业务事件以启动业务逻辑组件或通用操作组件。用户界面层组件包括窗体、命令按钮、菜单项等。
业务逻辑组件是应用软件系统的主体,负责处理所有与业务逻辑和业务规则直接相关的操作,是应用软件系统的业务模型,表现为各种各样的物流、资金流、信息流等。这些大小不定的组件分别完成不同的商业逻辑或商业规则,是为应用软件系统业务逻辑设计开发的特定功能组件,如某行业软件中的生产计划表单等。这一类组件一般粒度比较大,复用性较弱。
在对应用软件系统进行开发的过程中,不同的应用软件系统之间存在一些通用的操作。这些操作可以很方便地从一个系统的开发移植到另一个系统的开发中。因此,为了提高软件架构的开发效率和平台的易用性,将这些通用的操作从业务逻辑层分离出来,单独形成通用操作组件,如数据存取操作组件、打印操作组件、查询操作组件、数据接口组件等,这一类组件复用性较强。
数据组件负责软件系统基础数据和商业数据的存放和管理,并对这些数据的完整性、一致性提供保证。它一般都是由一些主流的数据库管理系统组成,如ORACLE、DB2、SQL Server、Sybase、My SQL等。
商业组件指被特定标准了的组件。这些标准为组件开发者提供了现成的应用程序架构。这一类组件包括Com组件、EJB组件和CORBA组件等。
2.2 组件库结构
软件复用是一种提高软件质量和降低软件成本的有效方法,随着计算机软件理论和技术的革新,组件技术受到了越来越多研究人员的瞩目。作为软件复用概念的具体化实现,已经有越来越多的研究机构和开发商投入到组建的研究和开发中,并且已经相当多地应用到了软件的开发中。
本文研究设计的软件架构可靠性评估平台,要求能够对要开发的软件进行架构设计或描述,并且对其进行评估。组件是软件架构的必要组成部分。为方便进行架构设计或描述,需要有一种机制来管理组件,即需要建立组件库。
组件库的搭建有利于架构平台对组件进行管理,也方便对组件进行使用。除常规的组件库维护功能外,组件库还考虑了添加自定义组件的功能,可以将新组件或由多个已有组件的复合而成的组件添加到组件库中,以便复用。组件库的设计可以使整个平台功能更加强大,结构可以得到优化,也可以使开发更加灵活。
架构平台的组件库主要由五部分组成:组件库容器、组件基类、基本组件、原子组件、复合组件。
组件库类是用来存放组件的容器,并提供增加、删除、修改等方法对组件库中的组件进行控制。另外,组件库又是平台生成具体组件的工厂。
组件类是其它组件的基类,是具体组件的一个原型,由它并不能够生成具体的组件,但其它组件都由这个模型派生出来,它提供一种规范。这样既增强了架构平台结构的灵活性,也提高了编程效率。
基本组件类是几个基本组件的基类,这个类派生出来的组件都是一般架构设计中常用的组件,并且在组件库中不能被用户修改或删除。基本组件又分为用户界面组件、业务逻辑组件、通用操作组件、数据组件、商业组件。在基本组件类派生的这五种详细划分的组件类中存放用于生成用户使用的组件的模型。如用户界面组件包括窗体、菜单等。
原子组件类是一个可以根据用户要求生成自定义组件的类。这种组件可以进行版本替换,根据用户需要对原组件修改或添加新功能。
复合组件是由若干个组件和连接件组合,把它们封装成一个组件实体。在软件的架构中,某些组件和连接件的组合经常被使用,复合组件可以提高开发效率,也可以使整个架构层次更分明,开发更简便。复合组件的结构同时也可以被看作是一个软件架构(或称为子架构)。
确切地说,组件库所管理的不是各个组件对象本身,而是不同组件的类,或者说是组件框架。根据架构平台的需要,组件库负责管理各类组件,同时生成具体组件对象供平台使用。
更确切地说,本架构平台组件库所管理的组件并不是真正可运行的组件,其为平台生成的也只是组件框架或组件说明,即组件设计实例。根据组件设计实例,软件开发人员可以进行组件开发。
3 组件库实现
以组件类为基类,产生基本组件、原子组件、复合组件三个派生类。组件类是三个派生组件类的模型,为它们提供必要的属性和方法,但本身并不能生成平台架构中用户使用的组件实例。在构架平台中只能由基本组件派生的模块、数据库、数据文件、由原子组件类生成的自定义组件以及复合组件类生成用户要使用的组件实例。
组件库类(Ccomp Library)的设计要求简单有效,清晰明了。主要包括组件列表和添加组件、修改组件、删除组件等方法。Component List用来存放组件信息。Component GList用来存放组件的图形信息,与Componnet List中的组件信息是通过组件类型号CType ID一一对应的,使用中点击组件库中的组件图形,在内存中就生成一个相应的组件。Add Component、Edit Component、Remove Componen方法控制组件库中组件的添加、修改和删除。
以组件类为基类,产生基本组件、原子组件、复合组件三个派生类。组件类是三个派生组件类的模型,为它们提供必要的属性和方法,但本身并不能生成平台架构中用户使用的组件实例。在构架平台中只能由基本组件派生的具体的组件类、自定义的组件类以及复合组件类生成用户要使用的组件实例,而该实例也只是设计实例。组件的模型存放在二进制文件中,生成实例时调用相应的文件。
架构平台生成的包括组件设计实例的软件架构以二进制文件的形式储存,存储组件必要的设计信息,如组件的ID、名称、功能的描述、位置、大小、可靠性值或可靠性描述等。还应存储一个端口列表,用来存放向内传递组件处理所需要的内容或控制信息和向外传递组件处理后的结果或控制信息。图2是组件的图形化表示。
CType Name是组件类型的名称,CType ID是与CType Name一一对应的组件类型号,在Component List中存放的就是组件类型号;Cname和CID是由组件类生成具体组件的名称和组件号;Mp Dependence是组件的可靠性值;CPosition X和Cposition Y是组件的位置信息。CPList是组件的端口列表;组件类中还包括大小、颜色、可见性等信息。
4 结论
软件架构关注系统的全局组织形式,是对系统结构高层抽象的描述。对于大型软件系统而言,好的架构的设计已经成为系统成功的关键因素。本文介绍了软件架构、基于风格的软件架构可靠性评估平台的概念、平台组件库的概念、结构和设计方法。组件库的设计能起到对架构平台系统结构层次更分明,使系统开发更灵活。组件库设计中对组件的分类还不够细致,随着应用环境中新组件和新技术的不断演化,还需要进一步细化、完善,如何融合软件架构描述语言也应该着手研究。目前软件架构可靠性评估平台正在开发中。
参考文献
[1]Land R.A Brief Survey of Software Architecture[R].Malardalen Real-Time Research Center(MRTC)Report,2002.
[2]Kruchten P,Obbink H,Stafford J.The Past,Present,and future of software architecture[J].IEEE Software,2006,23(2):22-30.
[3]周欣,黄璜,孙家辅等.软件体系结构质量评价概述[J].计算机科学,2003,30(1):49-52.
[4]Len Bass.软件构架实践[M].北京:清华大学出版社,2002:15-16.
[5]梅宏,申峻嵘.软件体系结构研究进展[J].软件学报,2006,17(6):1257-1275.
[6]王璐.基于软件架构可靠性评估描述语言的研究[D].沈阳:沈阳化工学院,2007:23-35.
电力系统继电保护可靠性评估研究 篇2
【摘要】毋庸置疑，电力系统能否安全运行的有效保证便是继电保护，继电保护的可靠性直接关乎了电力系统整体的效力发挥。本文将浅谈电力系统中继电保护可靠性的内容与突出意义，在此基础上提出确保继电保护可靠性的有效方略，望对日后的电力系统继电保护工作有所增益。
【关键词】电力系统；继电保护；内涵浅析；探究路径
紧随着国内经济的迅猛发展，也带来了电网系统规模的扩大化发展态势，其所服务范围也日益扩大。由是，各类电子设备和线路才得以紧密相连。此外，受制于人为和社会等等因素，电器难以避免会出现故障，继而对民众生活造成影响。为了有效规避这一问题，有关工作人员需要确保系统正常运行，同时正确合理的设置电力系统继电保护有关装置，强化鉴定工作，防范不合理继电保护行为的发生。
一、浅析继电保护含义、基本任务与相关可靠性指标
1、内含浅析。一般来说，电力系统继电保护发挥着保障电气安全的重要作用，也关系着供电安全。其作为诸多电力系统的根本性工程技术之一，能够直接体现电力系统在灵敏性与可靠性上的选择，如若出现异常的短路或其他情况时，实现继电保护的作用并确保用电安全便十分关键。在继电保护的设计方面，电力系统继电保护离不开某种形式组合而成的保护装置的保驾护航。因而，任何电力设备都要严格要求继电保护设置的平稳正常运行。
2、继电保护的工作内容，即工作基本任务不容小觑。一旦电力系统发生故障状况时，便能够通过整个电力系统的相关继电保护装置实现精准判断分析，同时第一时间运用处理举措，针对远距离的故障状况作出判断，继而选择最近断路器，做出指令，以便于让故障部分同电力系统自动断开动作。与此同时也要认识到满足电力系统的要求下，也要有效的规避电力系统相关部件损坏风险，继而削弱隐患与危险。另外，在电力系统继电保护正常运行下，可以实现及时处理工作的不良状况，并且能够智能性依据各类不同情况灵活发出迥异的信号预警，综上其极大的保证了设备装置自动调节性能，尤其是贯穿于自动调节装置阶段动作中，相关继电保护电力系统装置会实施相对延时动作。
3、繼电保护的可靠性衡量标准便是质量水准，凭借着相关技术配置系统，得以让部件以及设备在一定范围和条件背景下达到规定功能实现的理想目标，与此同时也会精准保证有关切除部分都是出现故障问题的电器又或是线路。毫无疑问，诸如此类都是保护装置工作的相关要求，细细探究这些装置可靠性也基本表现在设备自身具备的可靠性和其功能的可靠性指标，这些功能可靠性所指的是电力系统中继电保护工作状态时能够进行正常运行的几率。相关工作人员在核验设备功能时通常会采用到故障分析、马尔科夫模型法以及概率分析等等手段。但是，继电保护系统迥异于其他系统，所以立足于这一点，概率法不如分析求解法奏效。
二、提升继电保护可靠性效力的方略
1、设计并优化电力系统继电保护设备。设备的设计与优化是不可否认的先决条件，在有关设计工作者进行系统继电软件设计时，一般情况下需要考虑备用切换、多数表决的方式，诸类方法有助于革新和改善电力系统继电保护可靠性与可用性，在一定程度上也是提升可用性水准的不二法宝，还能有力的降低误动率。同时，这种多数表决的方法可以确保可靠性指标固定在对应规定范围之内，继而不断提高该指标。在备用切换手段下，更容易实现改变可用度指标的想法，并且这类方法并不会影响到其他方面正常工作。由是，开展设计工作时，有关设计人员也需要依据电力系统继电保护相关实际状况来进行对应分析，从而选择出科学合理的方式。另一方面也值得关注的是，在电力系统继电保护相关优化设计中都必须建立在高可靠性的基准上，竭力削减装置所耗数量，用以节省资金，从而实现对应资金配额的最小化。贯穿于实际运行操作中，设计人士不可避免的要秉持系统可靠性为首的准则，牢牢遵循着这一方向开展设计与优化工作进程。
2、做好继电装置定值设置，改进保护装置维修工作。在应用电力系统继电保护装置时往往需要设置合理的定值，由此可以看出，继电保护装置的定值设置必不可少，确保定值设置的准确率强有力的影响着电力系统保护的可靠效力。在进行定值计算的过程中，也对相关工作人员的专业能力与知识技能储备提出了高要求，整个过程也离不开责任心与认真态度。定值计算前首先要绘制出系统阻抗网络图，以确保基础数据准确程度，立足于继电保护定值的计算标准来计算不同不同设备对应的保护定值，用来保障继电保护的定值的科学合理性。同时要及时检查上下级的保护定值配合的大小问题，为防范发生上下级定值不配套而跳闸的事故。
3、强化继电保护投入使用的装置的质量水平，探索自动化继电保护新方向。装置的质量问题是核心点之一，这直接决定了继电保护可行性、可靠性。因此，在电力系统继电保护装置选择时必须秉持性能好、质量高、故障率低、使用时间久的保护装置优先的原则，不仅如此，还要兼顾到实际电力系统必须结合恰当装置型号的关键点。反观当下的继电保护发展进程，不难发现现有的继电保护系统已经发展的较为完备，但是可以发现诸多电力企业为了保证继电保护装置平稳运行，不断的拓展完备在继电保护维修方面的人力资源投入，但是高成本、高耗力的人力投入无异于是人力资源的浪费，由是，如若改进相关设置，实现自动化继电保护将会有益无害，那么在检查、更改、保护继电保护定值以及采集信号，检修继电保护状态情况皆能完成远程管理，远程化管理，远程化操作更是未来继电保护发展的方向。自动化继电保护投入实践中是必然选择，也会降低人为事故发生的概率，整体上会带动电力系统继电保护装置日臻完善。
结语
在现代化的今天，无论是企业还是日常用户都免不了对电力系统继电保护的扩大化需求，也由此推动继电保护技术向着信息化、通信一体化方向发展。由此，电力系统相关继电保护工作人士的工作内容也日益冗杂，处于初步阶段的国内继电保护技术有待改善，往后的继电保护工作仍然任重而道远。
参考文献
[1]许彩娟.关于电力系统继电保护可靠性问题的研究[J].中国新技术新产品，2014，16（15）.
可靠性测试评估技术研究 篇3
在现代战争中, 军事装备的效能是克敌制胜、完成战斗任务的关键因素之一。可靠性在军事装备系统效能中处于重要地位。因此在进行军事装备设计研发时, 对可靠性进行测评是保障装备在使用中能发挥其预期的作战效能, 提高赢取战争的可能性。综合电子信息系统的可靠性分析测评是根据系统的可靠性结构 (即系统与各分系统, 各分系统与各单元之间的可靠性关系) 、寿命模型等, 计算出系统的可靠性指标, 从而对系统的可靠性水平有一个定量的了解。
1 可靠性评估的技术特性
可靠性是指系统或设备在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。可靠性有固定可靠性和使用可靠性之分, 固定可靠性是设计、制造形成的内在可靠性;使用可靠性是在使用过程中发挥出来的可靠性。一般受环境条件、使用操作、维修等因素的影响。使用可靠性一般总是小于固有可靠性[1]。
可靠性评估的主要过程包括:收集数据、整理数据、计算指标、验证结论等。可靠性评估主要是对任务可靠性进行定量测试评估和定性评估, 其定量评估指标主要包括:平均故障间隔时间和致命性故障间的任务时间, 对这两项指标, 既要计算点估计值, 也要计算置信区间值。定性评估主要包括:故障分布情况分析、重大故障和典型故障分析, 可靠性增长情况分析、可靠性定性描述和结论等内容。
1.1 可靠性数据的收集、整理和分析
可靠性数据的收集范围包括:研制过程中可靠性研制试验、可靠性增长试验、可靠性验证试验和鉴定试验数据;环境应力筛选试验、老化试验以及生产过程中的调试、测试过程中的故障以及使用过程中的数据。对收集到的各类故障按GJB899的要求进行系统的整理和分类, 并进行数据一致性检查, 分清原始记录中的工作条件、研制阶段、技术状态, 分析数据是否属于统一总体, 剔除可疑数据。特别要明确哪些故障要计入关联故障, 并根据产品的实际情况对故障进行科学的加权管理, 参与可靠性的评估。否则故障数据处理不当, 会导致评估结果差别很大[2]。
故障数据是进行设备测试评估的一个重要参数。要求对故障发生时间 (日期) 、故障发生环境、故障原因、纠正措施等进行统计, 并形成FRACAS表。具体操作流程如图1所示。
1.2 可靠性评估
根据军事电子系统完成任务的使用情况来统计, 评估技术指标时采用以下3个标准:
(1) 致命性故障间任务时间MTBCF:在规定的一系列任务剖面中, 产品任务总时间与致命性故障总数之比[3]。
式中:TBCF为致命性故障间任务时间单位为h;TC为工作时间单位为h;rc为统计的致命性故障总数。
(2) 平均故障间隔时间MTBF:在规定的条件下和规定的时间内, 产品的寿命单位总数与故障总次数之比[3]。
式中:TBF为MTBF的点估计值, 单位为h;T为系统/设备在设计定型阶段累积的工作时间, 单位为h;r为系统/设备在设计定型阶段累积的关联故障数。
(3) 平均故障间隔时间MTBF的区间估计:
式中:θ为MTBF的单边置信下限, 单位为h;T为累积工作时间, 单位为h;r为累积关联故障数;α为选定的显著性水平[4]。
1.3 事例说明
根据外场试验的具体工作, 结合系统评估基础, 就指标计算进行举例说明。
例:某电子系统在外场进行任务试验时工作时间为1 538.24 h, 其中统计故障14起, 责任故障12起, 致命性故障2起, 非责任故障2起。电子系统选定的显著性水平为0.2。
根据式 (1) 计算MTBCF:
根据式 (2) 计算MTBF:
根据式 (3) 计算MTBF的置信区间:
根据可靠性基本概念和特征进行的测试评估, 简单直接地计算出外场试验期间的可靠性, 满足用户的需求, 简化军事装备转化为有力武器的时间, 节约大量的时间、经费和人力。
2 可靠性评估事后数据处理软件
根据在外场的评估经验, 针对可靠性的特点, 设计开发了事后数据处理软件, 目的是为了评估外场设备可靠性的性能指标情况, 为可靠性评估提供测评结果和数据。该软件最终完成后将装在事后处理工作站上, 通过以太网与数据库服务器相连, 从服务器中读取数据, 对处理结果进行图表显示、输出与存储等, 形成可靠性评估分析报告。
软件的设计开发使用过程中涉及到很多计算机硬件、软件。所有这些都符合主流国际、国家和行业标准。例如在开发中使用的操作系统 (Windows 2000/XP) 、开发工具 (VC++ 6.0, Oracle等) 都符合通用标准。简单介绍一下可靠性评估软件, 图2为可靠性评估软件模块划分图。
图3为故障信息录入数据库界面。
根据可靠性评估的指标要求, 可以通过评估软件计算出各有关技术指标。过程如下:初始时程序载入相应报表格式, 用户输入统计的时间段后, 从服务器读取该时段内的可靠性数据 (各分系统工作时间、故障报告、故障分系报告、故障纠正措施实施报告) , 以报表形式显示各分系统指定时间段内工作时间和故障情况;计算各分系统可靠性指标, 在相应报表中显示计算结果并导出。
可靠性评估软件的开发设计以及应用, 大大提高了评估效率, 解决了以往人工记录数据的麻烦, 使可靠性评估信息化有了明显的进步。
3 可靠性评估中需要注意的事项
3.1 定性评估的实施
军事电子技术的可靠性评估, 不仅体现在具体数值的计算上, 也包括了对系统的定性描述上。这项评估内容需要评估者平时跟踪系统、了解系统, 对可靠性知识全面了解, 能够详细全面地描述清楚系统在处理故障时的所有相关信息。
3.2 故障数据的处理
故障数据是对产品进行可靠性统计评估的基础, 没有故障数据的完整性与准确性, 就谈不上评估的相对准确性。在实践中可以根据产品的任务可靠性将故障严重等级分为三级, 即致命故障、严重故障和轻微故障, 并对故障数据进行加权处理。
4 结 语
这里通过对可靠性定义和特征的分析, 结合设计的专业软件详细介绍了可靠性评估过程中故障信息的收集、处理和计算。该测试评估技术与系统设计研制相结合, 不仅可以完成可靠性测试评估, 也可以优化系统。但是随着系统越来越复杂, 可靠性测试评估技术需要不断进步, 软件也需要不断加强功能。目前, 该技术已经完成对某系统的测试评估工作, 得到了各方的一致好评。
参考文献
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[2]潘吉安.可靠性维修性可用性评估手册[M].北京:国防工业出版社, 1995.
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[4]GJB899-90, 可靠性鉴定和验收试验[S].国防科学技术工业委员会, 1990.
[5]时和平, 韩桃, 许颜晖.基于模糊综合评判方法的装备维修人员保障能力评估[J].现代电子技术, 2008, 31 (1) :96-98.
配电系统可靠性评估综述 篇4
1 电力系统可靠性评估发展概述
在电力系统发展早期, 电力系统只能通过调度员在调中心凭借运行经验来指挥系统运行, 由于技术等原因无法对系统做出客观的性能评价。随着能量管理系统 (energy management system, EMS) 的出现, 计算机技术和通信技术的不断发展电力系统的评估发展可大致分为三类:确定性安全评估;常规可靠性评估;风险评估。
1.1 常规可靠性评估
可靠性是指一个元件、设备或系统在预定时间内, 在规定的条件下完成规定功能的能力[1]。电力系统可靠性是可靠性理论在电力系统中的应用, 是对电力系统按可接受的质量标准和所需数量不间断地向电力用户供应电力和电能量能力的度量[2]。
电力系统规模巨大、结构复杂, 如果从整体来对系统进行可靠性评估势必算法复杂、计算困难。所以通常将电力系统划分为几个子系统分别来进行可靠性研究, 一般将电力系统可靠性研究分为三个层次。第一层为发电系统可靠性评估, 又称电源可靠性评估;第二层为输发电系统可靠性评估, 第二层是在第一层上增加了输电系统可靠性评估;第三层是包括发输配电系统在内的电力系统可靠性评估, 由于问题的复杂性, 目前只单独进行发电厂变电所电气主接线或配电系统可靠性评估[3]。
电力系统可靠性还包括充裕度 (adequacy) 和安全性 (security) 两方面。充裕度指的是在系统发、配、输的过程中设备额定容量和电压波动容许限度内, 考虑元件的计划与非计划停运以及约束条件下连续的向用户提供电力的能力。安全性指的是输发电系统能够经受住系统突然扰动任然能够继续持续向用户供电的能力。
1.2 确定性的静态安全评估
基于SCADA/EMS的静态安全评估已经广泛应用于电力系统的实时调度, 它是典型的基于确定性准则的运行评估。该方法是根据最近时刻的系统状态估计信息形成预想故障集, 然后通过快速近似法对预想故障按后果严重性程度进行排序, 然后对严重故障进行详细分析, 并根据这些分析来判断当前运行安全性, 将其归于相应的运行状态 (正常状态、警戒状态、紧急状态、极端紧急状态或恢复状态) , 同时给出必要的预防控制措施、安全校正措施以及紧急控制措施[4]。简单来说静态安全评估主要包括三部分:故障定义及维护;故障扫描;故障详细分析。
1.3 配电系统可靠性研究方法
国外对可靠性评估的研究开展的比较早, 早期的研究以统计分析收集数据为主。经过各国多年的努力与研究, 在配电网规划方面许多国家都已经把配电网可靠性评估作为必要的一项工作。并且收集了大量的配电网可靠性评估原始数据和建立了比较全面完整的配电网可靠性指标体系。目前国内网对于配电网可靠性评估的研究主要集中在算法, 模型与指标上。在算法方面国内外现有的主要分为两大类:解析法和模拟法。
2 计及多因素的电力系统可靠性评估的发展方向
2.1 计及可中断负荷可靠性评估
如今电力行业二次改革势在必行, 输配分家更是此次改革社会各界关注的重中之重, 我们不难看出输配分家势必将电力行业引入更新更广的市场竞争机制中去。作为电力市场中近些年的研究热门可中断负荷 (Interruptible Load IL) 必将得到广泛应用。那么可中断负荷对系统可靠性的影响值得我们去探究。可中断负荷作为需求侧用户参与电力市场的一种方式, 通过与配电公司签订合同在负荷高峰时段主动中断负荷来获得一定的补偿, 可以很好的起到削峰填谷的作用, 缓解供电压力, 提高供电质量与供电可靠性。通过该方法不仅可以使得对供电可靠性要求不高的用户获益, 而且还可以提高重要负荷的供电可靠性。
2.2 计及分布式电源的可靠性评估
分布式电源 (distributed generation DG) 作为集中式发电的一种补充, 越来越受到人们的关注。为我国节能减排, 保护环境政策提供强力支持。但是分布式电源的接入往往对电网会产生一些不利的影响, 例如分布式电源接入配电网后, 配电网将从传统辐射状的无源网络变为一个遍布中小型电源和负荷的有源网络, 潮流也不再单向的由变电站母线流向负荷。在这样的情况下研究分布式电源对配电网可靠性的影响愈发紧迫。
3 结论
可以预见, 电力系统可靠性评估将广泛的应用于电力系统规划、设计、检修等过程。用于检测和监管电力系统及其各部分潜在的威胁与危险。预计危险的可能性, 从而减少人身事故的发生, 尽最大可能性减少国家与用户经济财产损失。随着我国电力二次改革的不断推进与电力市场的飞速发展, 我相信可靠性研究必将成为今后电力工程界最为关心的问题之一。再未来的电网建设运行过程中发挥最大的作用。
参考文献
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[2]郭永基.电力系统可靠性分析[M].北京:清华大学出版社, 2003.
[3]孙元章, 程林, 何剑.电力系统运行可靠性理论[M].北京:清华大学出版社, 2012.
智能通信网可靠性评估 篇5
通信网可靠性评价的研究工作已越来越受到重视。对电力通信网进行可靠性评估, 可从整体上了解网络运行状况, 提出改进措施, 将设备的可能出现的故障防范于未然。电力通信网的可靠性涉及设备单元的可靠性、网络可靠性等不同层面。
2 通信网可靠性评估
设备的硬件和软件决定了通信网络设备单位是否能够正常工作。只有当它们同时正常工作 (当有软件和硬件备用冗余时, 进行相应重新可靠性建模即可) , 网络设备才能可靠运行。因此, 网络设备元件的可靠性模型可表示为:
式中, R 1是设备可靠度, R 2是设备硬件可靠性度, R 3是软件可靠度, 是硬件失效率, 是平均失效率。
一个由硬件和软件构成的设备, 其可用度为:
A=A (硬件) ×A (软件∣硬件)
式中, A (硬件) 指网络设备硬件可用度, A (软件∣硬件) 指网络设备硬件正常工作条件下软件可靠度。由于假设硬件与软件的失效独立, 因此通信网络设备的可用度为:
A=A (硬件) ×A (软件)
首先介绍关于通信网络可靠性计算的相关概念:
1) 网络平均寿命:失效前平均工作时间 (对于不可修复的网络而言) , 平均故障间隔时间 (对于可修复网络部件而言) ;
2) 网络设备故障率:尚未发生故障的节点或链路在任何时刻发生故障的概率;
3) 网络连通性可靠度:网络发生故障的概率 (在给定条件下和规定时间内) 。
4) 网络设备可靠度:网络中节点或链路正常工作的概率 (在规定条件和时间内) ;
5) 网络加权可靠性:网络各状态的概率再加上其加权因子的乘积。当该状态下网络源点s至汇点t端容量大于给定需求容量C r时, 加权因子为1, 否则为该状态下网络源点s至汇点t端容量与需求容量C r的比值。
通信网各层次的可靠性测度指标可用于定量评价通信网可靠性的性能。目前, 有4类主要的通信网可靠性测度指标, 即抗毁性 (Invulnerability) 、生存性 (Survivability) 、有效性 (A vailability) 和多模式测度。通信网各层次的可靠性研究内容和指标为以下6层:
1) 设备层:研究内容为对设备提出可靠性要求并对其运行中的问题进行分析, 指标是设备可靠性;
2) 基础层:研究内容为网络环境和异常故障的规律及对通信设施的影响, 指标是可用性;
3) 管理层:研究内容为网络维护和管理体制及提高维护管理水平的措施;
4) 路由层:研究内容为分析网络路由算法的效率、流量控制、路由管理等;
5) 拓扑层:研究内容为网络拓扑结构的可靠性及网络组织的要求和改进措施;指标为抗毁性、生存性;
6) 业务层:研究内容为分析网络通信能力及服务质量, 对网络性能可靠性进行综合评价, 指标为完成性。
从可靠性方法角度, 通信网可靠性评估方法可分位;基于网络拓扑结构的评估模型、基于最小路集和布尔代数的评估模型、基于模糊层次分析和变异系数的综合评估模型等。其基本思想为:在网络中, 连通源点和汇点的一组链路的集合是网络中的一个路集。如果发生故障就会不能连通源汇点, 称为此路集是一个最小路集, 但这个最小路集不是唯一的路集。
式中, A i (i=1, 2, …, m) 表示第i个最小路集。如果一个源汇点对s和t间存在m个最小路集、A1、A2、…、Am, 那么网络的可靠度R可以用此源汇点对的连通可靠度R来表示, 即:
R=P{从源点s到汇点t至少有一个最小路集}=P{A1∪A2∪…∪Am}
式中:P为s和t间存在最小路集的概率。先将源汇点对之间的所有最小路集计算出来, 再计算这些最小路集得出源汇点对的连通可靠度, 相同的道理可计算出网络中各个源汇点对的连通度, 用这样的方法来评估网络的连通性可靠度等指标。
经过上述评估, 可得到网络不同的可靠性指标。这些指标从不同侧面反映了网络的可靠性性能, 但是, 对一个系统而言, 也需要一个综合的指标实线网络可靠性的综合评判。因此, 需要确定各项指标的权重。确定权重时, 可应用统计分析法、模糊层次分析法 (FA H P) 、专家打分法等进行计算分析。
3 智能通信网可靠性
智能电网是未来电力发展的重要方向, 无论是在国外, 还是在国家电网公司内部都是发展趋势, 而电力通信网在智能电网中又起到支撑保障作用, 智能通信网的可靠性水平影响着智能电网的安全、稳定、优质运行, 要了解智能电网的可靠性水平, 就必须要制定严谨的制度标准和规范, 作为评估智能通信网可靠性情况的依据, 本文介绍了智能通信网可靠性计算的相关概念, 又将通信网的层次研究内容和指标情况加以研究, 得出不同网络的可靠性指标, 通过这些不同的指标, 反映出网络的可靠性水平, 但是在确定权重时, 仍需要用不同的分析方法进行分析, 通过模糊层次分析法、应用统计分析法以及专家打分的方法确定孰轻孰重, 通过这样的方法减少权重指标的主观性, 提高权重指标的客观性和可信度, 评估结果符合人的思维习惯, 更容易被接受。同时, 我们也注意到智能电网引入了大量的新型设备和各类原件, 也带来了诸如网络重构、运行模式多样化的问题。
目前, 世界上对智能电网的研究和实践尚处于起步阶段, 关于整个智能电网可靠性评估的研究成果几乎没有。但是, 随着对智能电器设备、智能电力设备、智能二次设备、智能信息网等可靠性的深入研究, 易于形成智能电网的可靠性理论体系。
摘要：电力通信网的可靠性直接影响到智能电网的可靠运行。本文主要是通过建立数学模型对智能通信网可靠性评估进行一次研究。经过评估, 可得到网络不同的可靠性指标。这些指标从不同侧面反映了网络的可靠性性能。
关键词：智能电网,可靠性评估
参考文献
[1]邱昌涛.电力系统可靠性[M].武汉:华中理工大学出版社, 1992.
[2]供电系统用户可靠性评价规程[S].北京:国家能源局, 2010.
互联电力系统可靠性评估 篇6
为了实现资源互补和提高电力系统的运行安全性, 将中小型电网通过联络线互联形成多域互联电力系统是非常必要的。目前我国各大区及省间已逐步实现了联网, 联网形式也从简单的双边联网转为复杂的互联形式。电力系统互联后, 各系统可以通过联络线从其它系统得到电力, 实现互联各子系统之间的相互支援, 获得了水火电互济, 错峰和互为备用等效益。从而提高整个大区的可靠性水平。
国内外许多学者对电力系统可靠性计算进行了大量研究工作[1,2,3,4,5,6], 但对互联电力系统可靠性计算研究文献较少。Billinton[7,8,9,10,11]等人提出的支援容量法, 即在考虑各种约束条件下, 将外部系统等效为一个多状态的发电机-负荷组, 然后重点研究包含发电机-负荷组的自身系统的可靠性水平。文献[12]考虑了互联系统负荷的错峰及同时率、联络线容量及其可用率、各系统的容量及电量约束等问题, 提出了评估两系统互联的可靠性效益的算法。
文献[13]提出了一种改进的分块法, 可以解决环型联结的互联系统的可靠性评估问题, 但计算工作量较大。文献[14]提出了基于元件强迫停运率的区域发电可靠性指标灵敏度表达式, 能够根据灵敏度的大小判断对系统可靠性影响较大的关键环节和薄弱环节。文献[15]采用以路径为基础的随机网流法, 研究任意网络结构的多域互联电力系统的可靠性, 把握住网络拓扑和支路输电容量这两个关键的因素, 解决了电力系统中交流与直流潮流计算时不考虑支路的允许载流量而造成计算结果不一定可行的问题, 计算快捷, 取得较好的效果。但是, 文献[15]只考虑了某一参考点t在互联以后的可靠性, 没有给出整个电网的可靠性指标, 直接利用其进行系统可靠性评估时, 依然面临状态数多、可能造成维数灾的问题。
文中以随机网流法为基础, 提出边际容量概念, 利用递增搜索法以减少多域互联电力系统可靠性评估的状态数、提高系统可靠性评估效率。充分考虑各系统内部电力及能量约束、机组计划检修、联络线的容量约束及随机故障等影响, 进行多域互联电力系统高可靠性评估。
1 随机网流法的数学模型及算法
1.1 网的定义
网是由有容量限制的支路构成的图[6]。参与互联的各个电网称为子系统, 忽略系统内部电网结构的影响, 认为系统内的发电机并联连接于一个节点, 且与联络线直接相连。联络线支路代表子系统间的连接, 包括一条或多条联络线。各子系统的等效负荷等于各个子系统的内部负荷总和。
图1所示, 图中有N个子系统, N个等效负荷;设互联系统中有Nb条联络支路, 有相应的容量CK, 对应联络线某状态的容量;子系统与虚构的发点S通过虚拟支路S1, S2…SN相连, 各虚拟支路容量与相应子系统某状态的容量相等;系统中负荷都用与虚构的收点T通过虚拟支路D1, D2…DN相连, 各虚拟支路容量与相应的负荷大小相等。图1中的总支路数NT为:
整个互联系统总负荷为DL
1.2 随机网流法
随机网流法[16]即用系统中各元件容量限制下的网络最大流来代替实际电力潮流。在可靠性评估中, 网络最大流表示网络的最大传输能力。网络最大流的计算如下:
设从S到T的最小路集为L={L1, L2···Lm}, 其中m为最小路数;列举互联子系统的一种状态和互联支路的一种运行状态, 根据列举的运行状态, 比较各最小路元件的传输容量, 得到各最小路的最大流{f1, f2, ···fi···fm}。则该状态下网络最大流为DT, 即
2 互联系统可靠性评估及其改进
失负荷概率 (LOLP) 和失负荷功率 (EDNS) 为电力系统可靠性评估的两个重要指标, 下面介绍互联电力系统可靠性评估中上述两个指标的计算模型。
2.1 子系统和联络线裕度表
设已知元件的各种运行状态的确切概率P (Xi) (i=0, 1, 2···n) ;n为元件的状态数。
设Va和Vb分别为元件a、b的容量, 裕度表按一定步长ΔX给出, 则有
na和nb分别为元件a、b的状态数;Xi和Xj分别表示元件a、b的状态, 为了简便起见, 下面的叙述中将用i代表Xi, 用j代表Xj。
当两个元件并联组合时, 组合元件的裕度容量等于两个元件裕度容量之和。因此组合元件c在Xk的确切概率可以表示为[17,18]:
组合元件c的状态数为nc=na+nb。
按照上述方法可以形成并联元件的裕度表, 由于各子系统中发电机之间、子系统间联络线之间都属于并联关系, 所以可以按上述方法分别形成各子系统和联络线裕度表。
2.2 系统可靠性指标的计算
失负荷的概率 (LOLP) 、系统失负荷功率 (EDNS) 可由下面的式子求得
式中:NM为联络支路与子系统裕度表总数;PEi为第i种运行状态的概率;DTi为第i种运行状态下可满足的负荷。
在此基础上, 互联发输电系统的可靠性指标可按图2所示流程图求出。
2.3 互联系统可靠性计算的改进
随着互联子系统数目的增加, 互联线路回数的增多以及互联结构日趋复杂, 用上述计算方法枚举所有的运行状态, 计算量很大, 甚至达到无法计算的程度。为了减少枚举的状态数, 本文提出了边际容量的概念和递增搜索算法。
2.3.1 边际容量
由于机组强迫停运率很小, 在并联卷积得到的子系统裕度表中, 确切概率随故障阶数的相对变化比裕度容量随故障阶数的相对变化要快, 所以决定失负荷大小的主要因素是确切概率。减少计算量的情况下尽量不影响计算精度, 可以忽略发电机高阶故障, 从而引入了边际容量 (MC, Marginal Capacity) 的概念, 边际容量根据故障阶数来确定, 继而确定计算范围。如果考虑某子系统的最高阶故障为HS阶, 则取MC为该子系统中容量最大的HS台机组容量之和, 设该子系统总容量为TC, 则只需计算裕度大于等于TC-MC的裕度状态。同理, 可以确定联络支路边际容量。
又由于裕度表中随故障阶数的增加确切概率变小, 逐渐提高故障阶数, 可靠性指标变化会越来越小。考虑到各子系统和各联络支路分别高一阶故障的情况, 如果两次计算的结果相差不大, 说明选取的故障阶数合理。相差大小的判据视需要的计算精度而定。
2.3.2 递增搜索法
为了减少枚举的状态数, 本文提出了递增搜索算法。下面以一个多元不等式方程求解为例, 来说明递增搜索算法的原理。
式中:x1, x2…xn为函数变量;F表示x1, x2…xn之间的函数关系, 且F对每个变量均单调递增;E为一定值;v1, v2…vn均为定值。求该多元不等式方程的自然数解集。将n个变量编号, 用一个n位数来表示一组变量的解, 这个n位数各位上的数字代表变量的值。设n个变量中取值范围最大的为vi, 则取[vi]为该n位数的进制。将这个n位数从小到大递增, 可以得到该不等式方程的所有自然数解集。
在递增的过程中, 由于函数F对每个变量均单调递增, 当枚举到一组自然数不满足不等式方程时, n位数各位均高于该组自然数的自然数集都不满足不等式方程, 可以跳过这些自然数集的枚举, 减少枚举数组, 从最低位开始寻找非零位, 如该非零位上一位不为最大值, 则上一位进1, 该位及比该位低的数位上的数字归零, 如上一位对应的自然数为最大值, 则继续向上寻找对应的自然数不为最大值的位, 找到后在该位加1, 比该位低的数位上的数字归零, 直到大于n位数的最大值, 求得该多元不等式方程的自然数解集。
下面用一个简单的例子对递增搜索过程加以说明。设x1≤2, x2≤2, x3≤2, 求多元不等式方程F (x1, x2, x3) =x1+2x2+2x3<4的自然数解集。表1给出不等式求解过程, 仅进行了15次计算便找出了满足方程的7个数组, 而完全枚举需要计算27次。
利用上述递增搜索法实现的步骤如下。假设有Nl条联络支路, NS个子系统, 总的裕度表个数NM为Ns+Nl, 则各个裕度表状态的组合便是整个互联系统的状态。将NM个裕度表编号, 用一个NM位数各位上的数字代表对应编号的裕度表的状态。设NM个裕度表中状态数最多的状态数为nmax, 则取nmax-1为该NM位数的进制。将这个NM位数从小到大递增, 可以枚举所有需要评估的网络状态。枚举到一种运行状态满足负荷要求时, 比它大的裕度状态亦都可以满足负荷要求, 跳过这些裕度状态的枚举, 直到大于该NM位数的最大值。
3 算例
为了说明文中提出的方法使得多域互联电力系统的可靠性计算达到了实用的程度, 表3分别列举了包含4、5个子系统的互联电力系统的分析。其中系统元件和可靠性参数如表2所示, 通过该算例可以看出, 本文提出的方法与完全枚举所得的可靠性指标误差均在1.4%以内, 评估次数减少了百万次以上, 从而大大减少了评估所需要的时间, 提高了计算的效率。
*计算量减少比= (基本事件数-网流计算次数) /基本事件数**LOLP误差= (全枚举所得LOLP-本文所得LOLP) /全枚举所得LOLP***EDNS误差= (全枚举所得EDNS-本文所得EDNS) /全枚举所得EDNS
4 结束语
文中采用随机网流模型进行多域互联电力系统可靠性的评估, 解决了以往的互联可靠性分析计算方法只能解决链型或辐射型连接的问题, 有效地处理了环网可靠性分析困难的问题, 可得到全网的可靠性指标。同时, 为了提高可靠性评估的效率, 本文引入边际容量以在合理的精度范围内忽略发电机和联络线高阶故障;提出并利用递增搜索法, 极大地减少了枚举次数。理论分析和实际算例证明了该模型有效性及正确性。
文中只采用该模型对整个系统的可靠性进行了分析, 对于多域互联电力系统来说, 分析各子系统在互联以后可靠性得到的提高, 互联所带来的效益, 也具有实际的意义。今后对此问题应进一步研究。
摘要：基于随机网流模型的多域互联电力系统可靠性评估方法, 以系统元件限制的最大网流模拟实际电力系统的潮流, 能有效进行多域互联电力系统可靠性的评估, 提高计算速度。然而, 多域互联电力系统结构复杂、元件繁多, 状态枚举困难, 面临维数灾问题。本文以随机网流模型为基础, 提出边际容量、递增搜索等概念, 用于多域互联电力系统可靠性评估中。算例分析表明, 改进方法极大地减少了枚举状态数, 提高了可靠性评估效率;并验证了所提出的方法的有效性和正确性。
关键词：可靠性,边际容量,递增搜索法,随机网流法
参考文献
已有结构可靠性评估问题研究 篇7
在役结构可靠性理论是在20世纪70年代发达国家的建筑维修业迅速发展的背景下产生和发展的。我国在此方面的研究最早始于20世纪80年代。我国的建筑结构可靠性鉴定的研究是从处理建筑物事故开始的,1990年,中国工程建设标准化协会成立了“全国建筑物鉴定与加固技术委员会”,现在国家科委已经把“建筑物鉴定和维修加固”列为国家重大科研项目。美国、欧洲、日本及澳大利亚等国家和地区已经成立了相当多的在役建筑结构可靠性鉴定公司。我国在这方面与国外有相当的差距,但是近年我国内地也有相当的结构可靠性鉴定和加工方面的专业公司相继成立,这使得我国在现役建筑结构可靠性鉴定和加固方面慢慢缩小与国外尤其是发达国家的差距。
2 建筑物可靠性鉴定的程序及方法
在役建筑结构的可靠性鉴定一般遵循如图1所示的框图程序。
2.1 传统经验法
由有经验的专家通过现场观察和简单的计算分析,以原设计规范为依据,根据个人专业知识和工程经验直接对建筑物的可靠性做出评价。该法鉴定程序简单,但由于受检测技术和计算工具的制约,鉴定人员难以获得较准确和完备的数据和资料,也难以对结构的性能和状态做出全面的分析,因此评判过程缺乏系统性,对建筑物可靠性水平的判断带有较大的主观性,鉴定结论往往因人而异,而工程处理方案多数偏于保守,造成浪费。
2.2 实用鉴定法
该方法应用各种检测手段对建筑物及其环境进行周密的调查、检查和测试,应用计算机技术及其他相关技术和方法分析建筑物的性能和状态,全面分析建筑物存在问题的原因,以现行标准规范为基准,按照统一的鉴定程序和标准,从安全性、适用性多方面综合评定建筑物的可靠性水平。与传统经验法相比,该法鉴定程序科学,对建筑物性能和状态的认识较准确和全面,具有合理、统一的评定标准,而且鉴定工作主要由专门的技术机构承担。
2.3 可靠性鉴定法
实用性鉴定法虽然较传统法有较大的突破,评价的结论比传统经验法更接近实际,但是由于在现役建筑结构的效应S、结构抗力R等影响建筑物的诸因素实际上都是随机变量甚至随机过程,采用现有规程进行应力计算、结构分析均属于定值法的范围,
用定值法的定值来估计在役建筑结构的随机过程,采用现有规程进行应力计算、结构分析均属于定值法的范围,用定值法的定值来估计在役建筑结构的随机变量的不确定性的影响,显然不合理。
3 在役建筑结构可靠性理论
3.1 在役建筑结构可靠性理论的发展研究
在役建筑结构可靠性鉴定是在建筑物建成并投入使用后,根据对结构上的作用、结构抗力及其相互关系的实际调查,评估其实际的结构可靠性,使结构持续正常地满足各项预定功能。在役建筑结构可靠性评估即研究建筑结构使用期的结构可靠性。
3.2 结构可靠性理论
结构可靠度的研究始于20世纪30年代,当时主要是围绕飞机失效进行研究。结构动力可靠度的研究以20世纪40年代美国S.O.Rice首次建立在给定时间内交差次数期望的数学表达式为标志。
结构可靠性是指结构在规定的时间内,在规定的条件下,完成预定功能的特性。结构可靠性的测度是结构可靠度。结构可靠度是指结构在规定的时间内,在规定的条件下,完成预定功能的概率。运用概率理论处理结构静力作用时的可靠度可划分为三个水准:水准一:分别在荷载效应S和结构抗力R的基础上考虑概率原则,主要根据经验确定安全系数。这种方法称为半概率法。水准二:将极限状态函数中有关荷载效应S和结构抗力R的基本变量视为随机变量,考虑两者的联合分布,以此建立与结构失效概率有内在联系的安全指标作为衡量结构安全度的尺度。水准三:对各随机变量分别采用随机变量或随机过程的概率模型来描述,对整个结构体系进行精确概率分析,使其具有最大的可靠度。这种方法称为全概率法。
3.3 在役建筑结构可靠性理论
在役建筑结构可靠性是指在役建筑结构在正常使用条件下和预定的使用期限内满足建筑结构规定的功能要求。在役建筑结构可靠性的评价是由在役建筑结构的可靠度来衡量的。在役建筑结构的可靠度是指在役建筑结构在正常使用条件下和预定的使用期限内完成的规定概率。一个建筑物从施工建造到投入使用,再到使用若干年后,性能逐渐退化,进入年期,经历了一个类似人的生命历程,那就是幼年期、中年期和老年期。在施工建造期(幼年期),失效的风险率大;到使用期(中年期或壮年期),失效风险率降低;到老化期(老年期),失效风险率又逐渐提高,如果经过维修加固等措施,失效风险率又会有所下降。结构失效概率与时间过程的关系见图2,因其形似浴盆,称之为“浴盆曲线”。
对在役建筑结构进行可靠性评估,就是根据结构当前的状况,如混凝土强度、钢筋锈蚀情况,来推断结构的剩余承载力或剩余使用寿命,以决定结构能否继续使用或是否需要维护、加固。在役建筑结构可靠性评估研究的主要内容是如何将整体结构划分为不同层次的子结构,以及如何将从最低层次的子结构获得的信息,合理、准确地反映到最高层次的整体结构,以供决策使用。
上面论述的是在役建筑结构可靠性评估的常规方法,在应用常规的评估方法评估时存在困难或分析结果不可信时,可进行结构荷载检验。美国早在20世纪初就在这方面做过一些研究,1967年美国混凝土学会AC1437分委员会在其“已有结构的强度评估”报告中,包括了结构荷载检验的内容,之后,美国混凝土学会把荷载检验的内容纳入1971年以后的美国混凝土规范。在进行了长达8年的研究之后,美国实验与材料协会(ASTM)1975年发表了“建筑结构荷载检验指南”。英国在20世纪70年代末也对结构荷载检验问题做过广泛的讨论。
4 在役建筑结构可靠性评估准则
1)在役建筑结构的抗力问题。
在役建筑结构的结构抗力效应比拟建建筑结构有所下降,这是其抗力效应与拟建建筑结构的最大区别。结构的抗力随时间的变化是一个不可逆过程,在有些情况下结构抗力会随时间而增长。但大多数情况下,由于外界环境的作用,结构抗力在降低。
2)在役建筑结构的荷载问题。
对于在役建筑结构而言,荷载的概率模型应根据已有信息的变化而转换成更适应实际的形式。一些原先设计时按随机变量考虑的永久荷载可按确定性的永久荷载来考虑;而一些原设计时不按永久荷载来考虑的荷载可按永久荷载,甚至是确定性的永久荷载来考虑。如设备、仪器、管道的自重,设计时缺乏它们的具体信息及未来多长时间里更换、改造等,一般在设计时按可变荷载考虑;而对于在役建筑物而言,如果已知荷载信息及根据当前信息可对未来情况加以预测和控制,则可在未来不长的目标期(T′)内直接按确定性的永久荷载处理。
5 结语
从研究建筑业的发展入手,突出了进行在役建筑结构可靠性评估技术研究的必要性。简明扼要地介绍了进行在役建筑结构可靠性评估的发展和意义及在役建筑结构加固的目的、要求与方法。
摘要：论述了在役建筑可靠性评估的发展状况,列举了在役建筑结构的可靠性鉴定的一般程序,阐述了三种划分建筑物的鉴定方法,对结构可靠性研究的现状进行了概述,列举出了在役结构可靠性评估的理论和研究方法。
关键词：结构可靠性,在役结构,评估方法,评估理论,失效模式
参考文献
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[2]GB 50068-2001,建筑结构可靠度设计统一标准[S].
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液压软管总成可靠性试验及评估 篇8
液压软管总成[1]一般由内管、增强层、接头等组成,是用于传递液压动力的柔性管路元件,具有柔软性好、承压能力强、连接方便等优点,广泛应用于液压设备中。由于受到液压冲击、工作环境温度、油液压力、载荷弯曲与扭转等多场应力的综合影响,液压软管总成会出现泄漏、拔脱、断丝、 爆破等故障/失效模式,这不但会降低工作效率、 污染环境,甚至会引发事故,造成损失[2,3]。
可靠性试验是获取故障信息、消除早期故障[4],进行分析评价[5,6]、验证[7]并提高可靠性水平[8,9]的重要基础。我国液压技术与国外先进水平相比尚有不小差距,其中一个方面就体现在可靠性差、故障率高。一些学者尝试对液压系统、元件进行可靠性试验及评估,例如,文献[10]对数控机床液压系统的压力、噪声等参量进行了可靠性试验; 文献[11]基于钻机现场数据对其液压系统进行了可靠性和失效分析; 文献[12]采用压力、转速及温度等对液压泵进行了寿命试验并得到其可靠度及可靠寿命; 文献[13]结合现场统计数据研究了钻井泥浆泵活塞缸套摩擦副的寿命分布、可靠性测度及可靠寿命; 文献[14]研究了液压缸表面裂纹增长模型并得到了其失效概率及寿命预测; 文献[15]研究了温度、电压等参量对电磁阀寿命的影响; 文献[16]研究了伺服阀冲蚀磨损模型可靠性试验并对其进行了寿命预测; 文献 [17]对O形橡胶密封圈进行了性能退化轨迹模型可靠性试验并得到其在变环境温度下的可靠度推算方法。然而,有关液压软管总成可靠性试验及评估方法的研究却鲜有报道。液压软管总成可靠性试验包括脉冲试验和耐压爆破试验。目前, 仅检索到关于脉冲试验的文献6篇[18,19,20,21,22,23]: 文献 [18]研究了液压脉冲冲击对管路可靠性的影响; 文献[19]研究了用于航空液压系统管路与元件压力脉冲试验的梯形波和水锤波的控制方法; 文献[20]研究了液压脉冲试验台的阶跃输入和斜坡输入模型; 文献[21-22]分别设计了基于电液比例阀和电液伺服阀的液压辅件和管道连接件的脉冲试验台; 文献[23]考虑温度及压力等因素,设计了基于电液伺服阀的液压软管总成脉冲试验台。上述文献未充分考虑液压冲击、温度、压力及弯曲半径等因素,且不能进行耐压爆破试验。
本文基于电液伺服技术设计了温度可控,压力、弯曲半径、脉冲波形可调的12通道液压软管总成脉冲试验台,基于双气液泵复合增压技术设计了耐压爆破试验台; 基于试验数据进行失效分布拟合优度检验及分布鉴别; 最后,得到液压软管总成在脉冲、爆破试验条件下的平均寿命、可靠寿命及可靠度的点估计及置信下限。
1可靠性试验台设计及试验
液压软管总成可靠性试验主要有脉冲试验和耐压爆破试验。为了对液压软管总成进行可靠性试验,根据国家标准GB /T 7939-2008《液压软管总成试验方法》和国家军用标准GJB 2837-1997 《聚四氟乙烯软管组件规范》等要求,分别设计了脉冲和耐压爆破可靠性试验台。
1.1脉冲试验台设计及试验
1.1.1脉冲试验台设计
根据脉冲试验要求,设计了脉冲试验台液压系统,系统原理如图1所示。
1. 放油阀 2. 试验系统油箱 3. 空气过滤器 4. 液位计 5. 温度计 6. 过滤器 7. 加热器 8. 冷却器 9. 试验工装 10. 球阀 11. 集油箱 12. 气动球阀 13. 防爆阀 14. 液压软管总成 15. 滑动连接块 16. 压力传感器 17. 溢流阀 18. 补液泵 19. 补液电机 20. 单向阀 21. 气动换向阀 22. 电磁换向阀 23. 排空箱 24. 气动三联件 25. 气源 26. 增压缸 27. 位移传感器 28. 压力表 29. 伺服阀 30. 蓄能器 31. 高压过滤器 32. 电磁溢流阀 33. 冷油机 34. 主电机 35. 主泵 36. 磁性回油过滤器 37. 伺服增压系统油箱
脉冲试验台系统由液压软管总成试验系统和伺服增压系统两部分组成,采用两个系统可实现工作介质隔离及增压作用,试验系统工作介质可使用难燃液( 如乳化液、水乙二醇、高水基液压油等) 、矿物油型和合成烃型液压油( 如46号抗磨液压油、12号航空液压油、4106航空润滑油、X6D -300高温导热油等) ,伺服增压系统工作介质使用46号抗磨液压油。
液压软管总成试验系统包括试验工装、补液系统。试验工装可进行12通道独立并行试验 ( 可选1 ~ 12) ,以提高效率,每路液压软管总成损坏漏油后防爆阀、气动球阀切断该油路,保证试验不间断进行; 液压软管总成弯曲半径可调,即通过调节滑动连接块间的距离实现,如图2所示。补液系统通过气动控制可实现自动排空、油液混合循环、集油排油等功能,脉冲试验前排出管内空气,油液混合循环以使试验介质充满管内且温度均匀。同时,在试验箱上有开门报警器等防护设施。
伺服增压系统采用恒压变量泵 - 伺服阀 - 伺服增压缸形式,伺服增压缸( 缸径为110 mm、杆径为70 mm、行程为60 mm) 可将压力放大,增压比为2. 5∶ 1,内置位移传感器,如图3所示。液压软管总成试验系统和伺服增压系统均有加热、冷却、过滤系统。
1. 后端盖 2. 支撑环 3. 活塞杆 4. 轴用斯特封 5. 前密封活动端盖 6. 前端盖 7. V 形密封圈 8. 前缸筒 9. O 形圈 10. 位移传感器接口 11. 后缸筒 12. 孔用格莱圈
脉冲试验台能实现以下功能: 1试验台可选1 ~ 1. 25 Hz的水锤波、梯形波、方波、正弦波等标准波形及自定义波形,脉冲压力在0 ~ 42 MPa间可调。2试验箱内环境温度和试验介质温度均可在10 ~ 200 ℃间调节。试验箱内主要元件有加热器、压缩机、冷凝器、蒸发器、传感器、风机、温控仪表等,可进行高低温试验。
1.1.2脉冲试验
选择25根通径为10 mm、长度为805 mm、最大工作压力为28 MPa的聚四氟乙烯软管总成进行水锤波脉冲试验,水锤压力为28 MPa,水锤峰值压力为42 MPa,其他试验要求见表1。
获取的25根聚四氟乙烯软管总成的试验数据( 失效脉冲次数) 进行升序排序并记为Xi( i = 1,2,…,25 ) : 10 172、25 216、32 368、68 794、 77 249、86 526、92 328、93 657、104 771、122 399、 154 190、227 163、264 761、296 993、315 984、346 843、371 362、428 726、565 613、662 918、699 946、 753 721、855 964、896 698、983 687。
1.2耐压爆破试验台设计及试验
1.2.1耐压爆破试验台设计
根据耐压爆破试验要求,设计了耐压爆破试验台液压系统,系统原理如图4所示。
1. 放油阀 2. 油箱 3. 液位计 4. 温度计 5. 冷却器 6. 过滤器 7. 球阀 8. 单向阀 9. 低压气液泵 10. 溢流阀 11. 高压气液泵 12. 压力传感器 13. 气动换向阀 14. 电磁换向阀 15. 比例减压阀 16. 气动三联件 17. 气源 18. 气动换向阀 19. 试验工装 20. 液压软管总成 21. 集油箱 22. 加热器 23. 空气过滤器
耐压爆破试验台有气液转换系统、气源压力调节系统、气控排空系统。气液转换系统的关键元件是气液泵,以压缩空气 ( 压力小于或等于0. 7 MPa) 作为动力源且能够输出与驱动气压成正比的液压力,气液转换系统采用高低压双气液泵复合增压技术,利用低压气液泵( 最高输出压力为28 MPa,增压比为40∶ 1) 补偿高压气液泵 ( 最高输出压力为280 MPa,增压比为400∶ 1) 的低压盲区; 气源压力调节系统通过比例减压阀可实现气液泵驱动气压的无级调节; 气控排空系统通过气动控制可实现自动排空、油液混合循环、集油排油等功能。
耐压爆破试验台能实现以下功能: 1可进行耐压( 恒速升压 - 保压 - 卸压) 、爆破( 恒速升压 - 爆破) 两种试验。2试验压力可在0 ~ 250 MPa间调节,升压速率 可在0 ~ 10 MPa /s间调节。 3试验介质温度可在10 ~ 200 ℃ 间调节。
1.2.2耐压爆破试验
选择一批通径为10 mm、长度为805 mm、最大工作压力为28 MPa的聚四氟乙烯软管总成进行耐压爆破试验,试验要求见表2。
耐压试验。在设定的保压时间60 s内,5根聚四氟乙烯软管总成均未出现泄漏等故障现象, 耐压性达到了设计要求。
爆破试验。12根聚四氟乙烯软管总成的爆破压力分别为: 104、106、113、121、124、132、138、 143、145、159、166、178 MPa。
2可靠性评估方法
可靠性评估是根据产品的可靠性模型和试验数据,综合评价产品质量和性能的方法。由于液压软管总成的试验数据具有多种特性,可能有多种分布形式,故首先对试验数据进行失效分布拟合优度检验,判断其能通过的分布形式; 然后进一步作分布鉴别,并结合失效的物理过程分析,确定其分布形式; 最后,给出液压软管总成进行可靠性评估,得到其平均寿命、可靠寿命及可靠度的点估计和置信下限。液压软管总成可靠性评估流程如图5所示。
2.1失效分布的拟合优度检验
检验产品的寿命、强度等特性数据服从何种分布,是建立其统计数学模型的基础,在可靠性统计及工程中具有十分重要的作用。
失效分布的拟合优度检验方法有很多,本文采用可靠性工程中最常用的几种分布的拟合优度检验方法,例如指数分布、双参数指数分布、威布尔及极值分布、正态分布及对数正态分布,结合液压软管总成的试验数据进行拟合优度检验,以确定其服从何种分布形式。
2.1.1指数及双参数指数分布的拟合优度检验
( 1) 指数分布的拟合优度检验。取原假设H0: 试验数据来自指数分布,对定数截尾,该检验统计量为
式中,T*为试验终止时的总时间; Tk为到第k次失效的总试验时间。
当假设H0成立时,统计量 χ2服从自由度为2( r - 1) 的 χ2分布,即 χ2~ χ22( 1 - r)。故对给定的显著水平 α,若统计量的观测值 χ2满足 χ22d,1 - α /2< χ2< χ22d,α /2就接受H0; 反之则拒绝H0。
( 2) 双参数指数分布的拟合优度检验。取原假设H0: 试验数据来自双参数指数分布,其检验统计量为
当H0成立时,统计量 χ2*服从 χ22( r -2)分布,即χ2*~ χ22( r -2)。对给定的显著水平 α,若统计量的观测值 χ2*满足 χ22( r -2),α/2< χ2*< χ22( r -2),1 -α/2就接受H0; 反之则拒绝H0。
2.1.2威布尔及极值分布的拟合优度检验
( 1) M检验用于威布尔分布。取原假设H0: 试验数据来自双参数威布尔分布,其检验统计量为
其中,r1是r/2的最大整数部分。E( Zi) 是标准极值分布Z的样本量为n的第i个次序统计量,当n ≥10时,用Blom式估算:
当H0成立时,可以证明统计量若统计量的观测值M满足:
则拒绝H0; 反之,则接受H0。其中,F2r1,2r2; 1 -α是自由度为( 2r1,2r2) 的F分布1 - α 的分位数。
( 2) M检验用于极值分布。取原假设H0: 试验数据服从极值分布,M检验的统计量与式( 5) 相同,为便于区 别,其统计量 记为M1,但
( 3) M检验用于极大值分布。取原假设H0: 试验数据来自极大值分布,M检验的统计量与式 ( 5) 相同,为便于区别,其统计量记为M2,但
2.1.3正态及对数正态分布的拟合优度检验
取原假设H0: 试验数据来自正态分布,W检验的统计量W为
其中,d是n /2的最大整数部分; αi是W检验统计量W的系数; 是样本均值。当用于对数正态分布的检验时,只需将ln Xi代替式( 9) 中的Xi,用LW代替检验统计量W即可。
当W ≤ Wα或LW ≤ Wα时,拒绝H0; 反之,不能拒绝H0,其中,Wα是W的 α 分位数。
2.2分布鉴别
对试验数据进行失效分布的拟合优度检验后,该试验数据可能同时服从多种分布形式,故利用似然比检验及其他几种特定方法对其进行分布鉴别,以进一步确定哪种分布形式更符合液压软管总成的实际模型。
2.2.1指数分布与双参数指数的分布鉴别
取原假设H0代表指数分布,H1代表双参数指数分布,μ 置信水平为1 - α 的置信下限为
其中,τ 是总试验时间。若 μL≤ 0,则接受H0,拒绝H1; 反之,则拒绝H0,接受H1。
2.2.2指数分布与威布尔的分布鉴别
取原假设H0代表指数分布,H1代表威布尔分布,其中,m*是威布尔分布的形状参数m的无偏估计:
其中,是 σ = m-1的最佳线性不变估计( BLIE) 且是最好线性无偏估计系数; lr,n是简单线性无偏估计系数。
假如m*> 1,H1: m > 1,此时计算m的置信度为1 - α 的置信下限mL为
其中,ωα是的 α 分位数。当mL≤ 1时,接受H0,拒绝H1; 反之,拒绝H0,接受H1。
假如m*< 1,假设H1: m < 1,此时计算m的置信度为1 - α 的置信上限mU为
其中,ω1 - α是的1 - α 分位数。当mU≥1时,接受H0,拒绝H1; 反之,拒绝H0,接受H1。
2.2.3正态分布与双参数指数的分布鉴别
在给定显著性水平 α 下,对完全样本数据: X1≤X2… ≤ Xn,可用似然比检验方法鉴别正态分布与双参数指数分布。
取原假设H0代表正态分布,H1代表双参数指数分布,其极大似然比统计量为
当D < Dα时,拒绝H1,接受H0; 当D ≥ Dα时, 拒绝H0,接受H1。其中,Dα是显著性水平为 α 时统计量D的临界值。
2.2.4对数正态分布与威布尔的分布鉴别
取原假设H0代表对数正态分布,H1代表威布尔分布,其极大似然比统计量为
其中是威布尔分布参数m和 η 的极大似然估计,由下式确定:
其中,需迭代求解。初值为
当E ≤ Eα时,接受H0,拒绝H1; 反之,拒绝H0,接受H1,其中,Eα是显著水平为 α 时E的临界值。
2.2.5正态分布与极大值的分布鉴别
对于完全样本数据,似然比检验方法还可以鉴别正态分布与极大值分布,此时,只需将失效数据取负指数,则该问题就变为对数正态分布与威布尔分布间的鉴别,具体方法与上文相同。
3液压软管总成可靠性评估
通过对液压软管总成可靠性试验数据的拟合优度检验和分布鉴别后,最终确定试验数据的分布形式。然后分别对液压软管总成的平均寿命、可靠寿命及可靠度等可靠性指标进行评估,并计算其点估计值和置信度为1 - α 下的置信下限。
根据评估值可以很好地了解液压软管总成的可靠性,还可以将其可靠性指标的估计值与设计中要求的指标值进行比较,从而判断液压软管总成是否符合设计要求。
3.1脉冲试验可靠性评估
聚四氟乙烯软管总成是飞机液压系统的主要元件之一,因此它必须有很高的可靠性,在置信度1 - α = 0. 90下,要求其平均寿命下限大于或等于20万次,在承受20 000次脉冲时,其可靠度下限大于或等于0. 90。该试验数据的样本容量n = 25, 截尾数r = 25,显著水平 α = 0. 10。
3.1.1失效分布拟合优度检验
( 1) 指数分布的拟合优度检验。由式( 1) 得定数截尾液压软管总成脉冲试验的检验统计量 χ2= 47. 583,即当显著水平 α = 0. 1时,χ248,0. 05< χ2< χ248,0. 95,不能拒绝H0,即试验数据服从指数分布。
( 2) 双参数指数分布的拟合优度检验。由式 ( 2) ~ 式( 4) 得定数截尾液压软管总成脉冲试验的检验统计量 χ2*= 44. 232,即当显著水平 α = 0. 1时,χ246,0. 05≤ χ2*< χ246,0. 95,故不能拒绝H0,即试验数据服从双参数指数分布。
( 3) 威布尔分布及极值分布的拟合优度检验。由式( 5) ~ 式( 8) 得各统计量的观测值分别为M = 0. 8305,M1= 3. 4456,M2= 0. 6258,由此可得M < F24,24; 0. 9,M1> F24,24; 0. 9,M2< F24,24; 0. 9, 其中,F24,24; 0. 9= 1. 7019。故对显著水平 α = 0. 10, 拒绝极值分布,但不能拒绝威布尔分布和极大值分布。
( 4) 正态及对数正态分布的拟合优度检验。 因W0. 1= 0. 931,由式( 9) 得各统计量的观测值分别为W = 0. 8716,LW = 0. 9404,由此可得W < W0. 1,LW > W0. 1。故对显著水平 α = 0. 10,拒绝正态分布,但不能拒绝对数正态分布。
由上可得,在显著水平 α = 0. 10下,该试验数据不服从极值分布和正态分布,但是可能服从指数分布、双参数指数分布、威布尔分布、极大值分布及对数正态分布。
3.1.2分布鉴别
( 1) 指数分布与双参数指数分布的鉴别。若 μL≤ 0,则接受指数分布; 反之,接受参数指数分布,由式( 10) 得到μL= - 23 193. 01,故取指数分布更合适。
( 2) 指数分布与威布尔分布的鉴别。由式 ( 11) 得σ珟 = 0. 9492,m*= 0. 9999 < 1,由式( 13) 得mU= 1. 2432 > 1,所以相对于威布尔分布,选取指数分布更为合适。
( 3) 对数正态分布与威布尔分布的鉴别。由式( 15) 得E < E0. 1( E = 0. 9702,E0. 1= 1. 029) , 所以拒绝威布尔分布,接受对数正态分布。
由以上分析知,试验数据服从指数分布、对数正态分布和极大值分布。
根据试验数据选择失效分布应与失效的物理过程分析相互补充。由于软管受多次脉冲而导致疲劳断裂,而疲劳断裂用对数正态分布描述比较合理,故在上述三种分布中,选取对数正态分布最为合适。
3.1.3脉冲可靠性指标评估
分别对聚四氟乙烯软管总成的平均寿命、可靠寿命和可靠度等可靠性指标进行对数正态分布的点估计及置信度为1 - α = 0. 9的置信下限。
为便于分析,将上述试验数据取对数后分别计算其样本平均值和样本标准差:
经计算得,
( 1) 平均寿命的点估计与置信下限分别为
由式 ( 19) 得平均寿 命的点估 计并由式( 20) 得平均寿命的置信下限为299 510。
( 2) 可靠寿命的点估计与置信下限分别为
其中,uR是标准正态分布的R分位数,由式( 21) 得可靠寿命XR的点估计 R为26 866。
其中,K是正态分布的单边容许限系数,当n = 25,R = 0. 9,1 - α = 0. 9时,可得K = 1. 702,并由式( 22) 得可靠寿命XR在置信度为1 - α = 0. 9下的置信下限XR,L为25 060。
( 3) 可靠度的点估计与置信下限。对给定的任务次数X,其可靠度R( X) 为
式中,Φ(·) 为标准正态分布函数。
可靠度R( X) 点估计为
记
对给定的任务次数X = 20 000,由式( 25) 得,插值求得可靠度点估计为0. 970 621。
由 n = 25,1 - α = 0. 9,,反查K表找到包含的最短区间[K1,K2]以及与之对应的R1、R2,进而得到与R1、R2对应的uR1、uR2,然后进行插值求RL( X) ,具体见表3。
由下式:
可得uRL( X)= 1. 438 142,进而根据标准正态分布表Φ(·) 插值得出 可靠度置 信下限RL( X) = 0. 924 676。
经过对聚四氟乙烯软管总成的试验数据进行拟合优度检验和分布鉴别,确定软管的试验数据服从对数正态分布,然后对其进行了可靠性评估, 得出以下结 论: 当试验压 力为其工 作压力28 MPa,置信度1 - α = 0. 9时,这批软管总成的平均寿命下限为299 510,大于要求的20万次; 给定任务次 数X = 200 00,其可靠度 下限为0. 924 676,大于要求的0. 90。由此可见,该批聚四氟乙烯软管总成满足其可靠性设计要求。
3.2爆破试验可靠性评估
对该组爆破试验数据进行拟合优度检验和分布鉴别,求得该组数据服从威布尔分布。对两参数威布尔分布作点估计,采用适用完全样本的最佳线性不变 估计 ( best linear invariant estimate, BLIE) 法对上述聚四氟乙烯软管总成的爆破性能进行可靠性评估。
先将W( m,η) 变换为极值分布,记为EV( μ, σ) ,即若T服从W( m,η) 分布,则X = ln T服从EV( μ,σ) 分布的参数的BLIEμ*、σ*分别为
η 的 BLIE 为
m的无偏估计为
其中,DI( n,r,j) ,CI( n,r,j) 为权数,gr,n是修偏系数。
( 1) 平均寿命的点估计与置信下限分别为
由式 ( 31) 求得平均 寿命的点 估计 θ*为136. 621 MPa; 置信度为0. 9时,威布尔截尾样本区间估计系数vγ= 0. 47,由式( 32) 得,平均寿命 θ 的置信下限 θL为136. 302 MPa。
( 2) 可靠寿命的点估计与置信下限分别为
当n = 12,R = 0. 95( 给定可靠度) ,1 - α = 0. 9时,由式( 33) 得,可靠寿命XR的点估计X*R为91. 195 MPa。
当 n = 12,r = 12,1 - α = 0. 9,R = 0. 95 时,VR,γ= 4. 68,则由式( 34) 得,可靠寿命XR在置信度为1 - α = 0. 9下的置信下限XR,L为69. 281 MPa。
( 3) 可靠度的点估计为
对给定的爆破压力X = 80 MPa,由式( 35) 得可靠度点估计R*( X) 为0. 978。
由 n = 12,r = 12,1 - α = 0. 9,得( μ*ln X) / σ*= 3. 785; 然后,对给定的n、r、γ,通过反查Vγ( R) - R表,找到包含( μ*- ln X) / σ*的最短区间[Vγ( R1) ,Vγ( R2) ]及相应的R1、R2,并计算出 - ln( - lnR1) 、- ln( - lnR2) ,填入表4。
则有
可靠度的置信下限为
由式( 36) 、式( 37) 可求得Q = 2. 362,可靠度置信下限RL( X) = 0. 910。
由以上分析可知: 上述聚四氟乙烯软管总成的平均爆破压力为136. 621 MPa,在置信度为0. 9下的置信下限 为136. 302 MPa; 给定可靠 度为0. 95时,其可靠寿命的点估计为91. 195 MPa、置信下限为69. 281 MPa; 给定压力80 MPa时,其可靠度的点估计为0. 978,置信下限为0. 910。
4结论
( 1) 针对液压软管总成泄漏、拔脱、断丝、爆破等故障或失效问题,综合考虑液压冲击、温度、 压力及弯曲半径等因素对其寿命的影响,基于电液伺服技术设计了12通道液压软管总成脉冲试验台,基于双气液泵复合增压技术设计了耐压爆破试验台。