[发明专利]具有表决功能的可修混合公共贮备系统模型及可靠性仿真算法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有表决功能的可修混合公共贮备系统模型及可靠性仿真算法，属于系统可靠性建模与仿真技术领域。

背景技术

目前，可靠性已经成为产品或系统质量的重要指标，产品或系统的可靠性水平成为一个国家工业发展水平的重要标志，受到世界各国的高度重视。在对产品或系统进行可靠性分析和设计时，为了预计、估算和评定其可靠性，首先就是要建立合适的系统可靠性模型；其次，模型的解算方法要便于实现，具有很高的效率。

在系统的可靠性设计中，冗余设计是提高系统可靠性的重要手段之一。同表决系统一样，贮备系统是复杂产品系统中实现冗余设计的重要方法。但与表决系统不同的是，所谓贮备系统，即系统中具有非工作状态下的与工作部件相同或者不同的备用部件，一旦工作部件发生故障，系统便会切换到备用部件进行工作，从而保障系统能长时间的稳定工作，提高系统可靠度和可用性。

贮备系统按照备件的备用运行状态，或者说按照备用时的寿命分布情况，可以分为单一冷贮备、单一温贮备、单一热贮备和混合贮备系统；按照部件故障后是否可修，可以分为可修贮备系统和不可修贮备系统；按照部件寿命分布函数和维修时间分布函数类型，可以分为马尔科夫型和非马尔科夫型贮备系统。公共(交叉)贮备系统是指备件为各工作部件所共用，任意备用部件能替换任一失效部件。

对于单一的冷、温、热贮备系统，不论是不可修还是可修，不论是马尔科夫型和非马尔科夫型，国内外众多学者都对其系统的可靠性的求解做了大量工作。但是，这些数学解析方法在对贮备系统求解时，当部件的数量超过3，求解就会变得相当困难了，尤其是可修非马尔科夫型贮备系统。而且这些数学解析方法都是很难用计算机编程实现。

目前已有的解析算法和仿真算法，都是只针对具有单一贮备类型(冷、温、热)的贮备系统。而现实中，很多贮备系统中的部件单元的贮备类型是不一致的，也就是说该贮备系统中可能同时具有冷、温、热型的备份件，我们称这种贮备系统为“混合贮备系统”。目前尚无可靠性工作者提出针对该模型的解算方法。

本发明在“混合贮备系统”模型的基础上引入表决功能，能够更好的描述实际复杂系统中的贮备系统，同时运用蒙特卡洛仿真方法对该模型进行了可靠性计算。

发明内容

1 目的

本发明的目的是提供一种具有表决功能的可修混合公共贮备系统模型及可靠性仿真算法，具有表决功能的可修混合公共贮备系统模型具有更良好的通用性，更接近现实复杂系统，具有较强的贮备系统表达能力；其可靠性仿真算法能够准确高效的预计和估算含有贮备系统产品的可靠性。

2 技术方案

(一)本发明一种具有表决功能的可修混合公共贮备系统模型描述如下：

(1)具有表决功能的可修混合公共贮备系统兼有公共贮备和表决的功能，即贮备系统总单元为N个，工作单元为R个，备件为N-R个，K(K≤R)为正常工作的单元个数。当K＝1时，该贮备系统即为具有备件的并联系统；当K＝R时，该贮备系统即为具有备件的串联模型；当1＜K＜R时，该贮备系统即为具有备件的表决系统模型。并且需要指出的是，N-R个备用件是整个系统共享的，任何一个工作件失效时，都能切换任意的备件进行工作，直至系统无备件。我们称这样的系统为“具有表决功能的可修混合公共贮备系统”，简称N/R/K系统(如图1)。

(2)N/R/K系统共有N个单元，其中，R个工作件中至少须要K个正常工作，系统才能正常运行。如图1中所示N/R/K系统，共6个部件，三个首发工作件，整个系统只要有两个部件正常工就能正常运行。当正常工作部件的数量少于K时，开关开始切换到备件进行工作。若能正常工作的部件数量少于K时，N/R/K系统失效。

(3)系统中的备件，其类型可以是冷、温、热中的任意一种，且一个系统中可以同时存在多种类型备件，并且，当系统需要切换至备用件工作时，备用件之间存在一定的切换优先级别，即按图1中从上至下的切换顺序进行。

(4)各部件的工作寿命、维修时间、备用寿命都服从一般分布函数类型。

(5)部件分为可修部件和不可修部件，系统针对可修部件具有简单维修策略，即坏则能修，修则能好，并假定为“修复如新”。

(6)开关可以失效，有两种失效模式：监测状态失效(服从一般分布函数)和切换动作失效(服从确定概率)。后者发生时，有定量的重启次数，每次重启成功概率同首次。切换动作具有延迟时间。如果系统在备件切换过程中，工作件数量少于K，系统也将被视为处于失效状态。