1.一种基于累积损伤模型的多阶段系统可靠性分析路集组合方法,其特征在于:包括步骤S1:建立多阶段系统的故障树和贝叶斯网络;
S2:获得多阶段系统的各个阶段的最小路集,并对最小路集进行排序;
S3:对最小路集进行不交化处理,得到不交化后的路集;
S4:去掉阶段内同时含有共用元件显性与隐性节点的不交化后的路集,得到化简后的路集;
对化简后的路集进行排序,得到多阶段系统的路集组合;
S5:建立元件累积损伤模型,计算元件在多阶段系统的路集组合的任意阶段的累积失效分布、各阶段可靠条件下的寿命概率分布和任意阶段的可靠度;
所述步骤S3包括:
S31:设经步骤S2获得L个经排序的最小路集,将前L‑1个组合在一起作为复合节点A,第L个作为节点B;
S32:对最小路集进行不交化处理,具体如下:对由A、B组合成的并联贝叶斯网络的不交化处理,具体如下:P(S=1)=P(A=1)+P(A=0)P(B=1) (1)P(S=0)=P(A=0)P(B=0) (2)对由A、B组合成的串联贝叶斯网络的不交化处理,具体如下:P(S=1)=P(A=1)P(B=1) (3)P(S=0)=P(A=0)+P(A=1)P(B=0) (4)其中,S表示A、B的组合事件,当A、B组合成的并联贝叶斯网络时,S为并联节点,当A、B组合成的串联贝叶斯网络,S为串联节点;P(S=1)表示S=1的概率,S=1表示S为可靠事件;P(S=0)表示S=0的概率,S=0表示S为不可靠事件;P(A=1)表示A=1的概率,A=1表示A为显性节点;P(B=1)表示B=1的概率,B=1表示B为显性节点;P(A=0)表示A=0的概率,A=0表示A为隐性节点;P(B=0)表示B=0的概率,B=0表示B为隐性节点;
S33:重复步骤S32,直到每条最小路集只含唯一使多阶段系统正常工作或失效的节点组合,即得到所有不交化后的路集;
所述步骤S4中对化简后的路集进行排序具体如下:利用阶段间条件概率关系从第一阶段到最后阶段顺序组合化简后的路集,并在组合时按照组合规则处理共用元件,得到多阶段系统的路集组合;
所述组合规则包括:
R41:若当前阶段某路集项含有的共用元件失效,则在以后阶段将含有该元件共用节点号且为显性的路集项去掉后再组合;
R42:若当前阶段某路集项含有的共用元件失效,则在以后阶段将含有该元件共用节点号且为隐性的路集项中的相关隐性节点去掉后再组合;
所述步骤S5中所述元件累积损伤模型包括:元件在任意阶段的累积失效分布、元件在各阶段可靠条件下的寿命概率分布和元件在任意阶段的可靠度;
所述元件在任意阶段的累积失效分布Foi(t)为其中,ti为阶段i的持续时间,λi表示阶段i元件以应力λi工作;
所述元件在各阶段可靠条件下的寿命概率分布为其中,F0i|0(i‑1)(t)表示元件在阶段i‑1可靠条件下阶段i的条件寿命分布;
所述元件在任意阶段的可靠度为
其中,Sxi为元件x在阶段i可靠的事件;P(Sxi)表示元件x在阶段i的可靠度;P(Sxi|Sx(i‑1))表示在Sx(i‑1)条件下Sxi的概率,即在Sx(i‑1)条件下Sxi的可靠度。
2.根据权利要求1所述基于累积损伤模型的多阶段系统可靠性分析路集组合方法,其特征在于:所述步骤S1包括步骤S11:建立多阶段系统的故障树;
S12:按照映射规则,将各阶段故障树分别映射成相应的贝叶斯网络,使阶段内以及阶段间的共用元件用有向边连接;
S13:按照映射规则,在贝叶斯网络中建立用于表示整个多阶段系统可靠度的虚拟数值节点。
3.根据权利要求2所述基于累积损伤模型的多阶段系统可靠性分析路集组合方法,其特征在于:所述步骤S1中的映射规则包括R11:增加的虚拟节点置于最后一层,各阶段根节点置于倒数第二层,从故障树顶层到底层顺序映射;
R12:每个中间节点只有一个父节点,两个子节点,遇到底层有两个以上子节点时需增加中间节点;
R13:节点编号应从BN第一层开始,同一层从左到右依次增大,下层节点数值大于上层节点数值,节点编号不重复;
R14:故障树与门映射成或门,或门映射成与门,并用文字标注。
4.根据权利要求1所述基于累积损伤模型的多阶段系统可靠性分析路集组合方法,其特征在于:所述步骤S2包括:在贝叶斯网络中分别从各阶段根节点由下至上遍历贝叶斯网络,寻找最小路集,遇到与门则该节点上层节点相加,遇到或门则相乘,再将所有最小路集按数字顺序从小到大排列,当遇到串联节点与并联节点相乘时串联节点置于前,并联节点置于后均需由小到大排列。
5.根据权利要求1所述基于累积损伤模型的多阶段系统可靠性分析路集组合方法,其特征在于:所述(5)和(6)式的确定包括:*
设定元件在阶段i‑1以应力λi‑1工作ti‑1时间与在阶段i以应力λi工作等效时间ti造成* *的不可靠度相等,阶段i的分布为从等效时间ti开始,ti之前的是累积失效部分,则元件在任意阶段的累积失效分布Foi(t)为*
F0i(t)=Fi(t+ti‑1)0≤t≤ti (8)* * *
其中,等效时间ti‑1为Fi(ti‑1)=Fi‑1(ti‑1+ti‑2)的解,ti为阶段i的持续时间,Fi()为元件以应力λi工作时的分布;
元件在阶段i‑1可靠条件下阶段i的条件寿命分布F0i|0(i‑1)(t),根据条件概率贝叶斯公式有设定电气元件失效常服从指数分布,其各阶段条件寿命分布由(8)得:第一阶段的元件累积失效分布Fo1(t)为
第二阶段的元件累积失效分布Fo2(t)为
* *
其中,t1=λ1t1/λ2为F1(t1)=F2(t1)即 的解;
以此类推,进而得到第i阶段的元件累积失效分布Foi(t)为(5)式联立(5)式和(9)式可得(6)式。
6.根据权利要求5所述基于累积损伤模型的多阶段系统可靠性分析路集组合方法,其特征在于:所述(7)式的确定包括:设元件x在阶段i可靠为事件Sxi,不同阶段的同一共用元件在时间上属于串联系统,根据BN链规则以及条件独立性规则,元件在阶段i的状态只与阶段i‑1有关,元件x在阶段i可靠度为元件x在阶段i失效的概率为
F(Sxi)=P(Sx1∩Sx2∩…∩Sx(i‑1))∩(1‑P(Sxi))=P(Sx1)P(Sx2|Sx1)…P(Sx(i‑1)|Sx(i‑2))(1‑P(Sxi|Sx(i‑1))) (12)根据(8)式、(9)式和(12)式,可得元件在阶段i‑1可靠条件下阶段i的可靠度P(Sxi|Sx(i‑1))为P(Sxi|Sx(i‑1))=1‑F0i|0(i‑1)(t) (13)将(13)式代入(11)式得到(7)式。