船舶電站可靠性實(shí)時在線評估系統(tǒng)及其評估方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種船舶電站可靠性實(shí)時在線評估系統(tǒng)及其評估方法，系統(tǒng)包括用于存儲船舶電站系統(tǒng)可靠性模型基本準(zhǔn)則的船舶電站系統(tǒng)可靠性模型數(shù)據(jù)庫存儲子系統(tǒng)；用于實(shí)時采集監(jiān)測當(dāng)前船舶電站運(yùn)行條件下船舶電站工況參數(shù)信息的信息采集子系統(tǒng)；用于按照實(shí)時監(jiān)測的船舶電站當(dāng)前工況參數(shù)，調(diào)用系統(tǒng)可靠性模型數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)內(nèi)對應(yīng)的可靠性模型，實(shí)時地對當(dāng)前船舶電站的可靠性進(jìn)行評估的評估子系統(tǒng)。本發(fā)明能夠建立船舶電站在不同工況下的可靠性框圖以及相應(yīng)的可靠性數(shù)學(xué)模型，通過實(shí)時監(jiān)控船舶電站的工況條件，按照船舶電站當(dāng)前的工況條件，調(diào)用對應(yīng)的可靠性模型,在線實(shí)時評估當(dāng)前工況條件下船舶電站的可靠性。
【專利說明】船舶電站可靠性實(shí)時在線評估系統(tǒng)及其評估方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于船舶電氣可靠性工程領(lǐng)域，具體的說是涉及一種針對船舶電站可靠性的實(shí)時在線評估系統(tǒng)及其相應(yīng)的評估方法。

【背景技術(shù)】
[0002]可靠性工程現(xiàn)在已成為一門涉及面十分廣泛的綜合性新興邊緣學(xué)科。但是我國可靠性工程起步較晚，可靠性技術(shù)在工業(yè)、企業(yè)中的應(yīng)用尚不廣泛，特別在國內(nèi)船舶電氣系統(tǒng)上的應(yīng)用還是一個空白。
[0003]船舶技術(shù)反映了一個國家的綜合國力水平，船舶電站是船舶的一個重要組成部分，是船舶技術(shù)的重要標(biāo)志。
[0004]船舶電站可靠性技術(shù)是以船舶電氣工程技術(shù)和自動控制技術(shù)為基礎(chǔ)、結(jié)合可靠性工程技術(shù)而發(fā)展起來的一門多學(xué)科交叉并高度綜合的工程技術(shù)。
[0005]船舶電站通常由三臺發(fā)電機(jī)組構(gòu)成，船舶電站正常運(yùn)行工況主要可分為:進(jìn)出港工況、航行工況和停泊工況。由于船舶電站在不同運(yùn)行工況下的用電負(fù)荷是不同的，因此，船舶電站各個運(yùn)行工況下投入運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組臺數(shù)也是變化的，這樣，船舶電站就會出現(xiàn)單機(jī)運(yùn)行、雙機(jī)并聯(lián)運(yùn)行以及三臺機(jī)組同時并聯(lián)運(yùn)行的不同運(yùn)行方式。
[0006]目前我國的船舶電站可靠性技術(shù)理論基礎(chǔ)學(xué)科還很薄弱。在我國，船舶電站可靠性的研究還僅限于其應(yīng)用技術(shù)方面，相關(guān)船舶電站可靠性的研究論文、報告數(shù)量較少，而且僅有的少量研究論文、報告都是將船舶電站作為一個整體系統(tǒng)即只按三臺機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行的一種方式進(jìn)行可靠性分析，還沒有關(guān)于船舶電站在不同工況下的可靠性模型的論文、報告。顯然，將船舶電站作為一個整體系統(tǒng)進(jìn)行分析，得出的船舶電站可靠性數(shù)學(xué)模型與實(shí)際船舶電站相差甚遠(yuǎn)，按此數(shù)學(xué)模型評估船舶電站的可靠性只能得出一般性的、近似的結(jié)論，可信度較低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]鑒于已有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的是要提供一種針對船舶電站的可靠性實(shí)時在線評估系統(tǒng)及其對應(yīng)的評估方法，本發(fā)明通過建立船舶電站系統(tǒng)可靠性模型的基本準(zhǔn)則，按照基本準(zhǔn)則建立船舶電站整機(jī)系統(tǒng)與子系統(tǒng)之間的邏輯關(guān)系可靠性框圖及可靠性模型并建立船舶電站在不同工況下的更加符合實(shí)際的準(zhǔn)確可靠性數(shù)學(xué)模型，實(shí)時在線檢測船舶電站不同運(yùn)行工況，相應(yīng)地調(diào)用該工況對應(yīng)的船舶電站可靠性模型，從而實(shí)時在線完成當(dāng)前工況條件下船舶電站可靠性的準(zhǔn)確評估。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0009]船舶電站可靠性實(shí)時在線評估系統(tǒng)，其特征在于:包括:
[0010]用于存儲船舶電站系統(tǒng)可靠性模型基本準(zhǔn)則的船舶電站系統(tǒng)可靠性模型數(shù)據(jù)庫存儲子系統(tǒng)，其中所述的基本準(zhǔn)則包括依據(jù)船舶電站系統(tǒng)發(fā)電機(jī)組的配電結(jié)構(gòu)類型建立相應(yīng)的可靠性框圖及可靠性模型以及船舶電站不同運(yùn)行工況下對應(yīng)的可靠性數(shù)學(xué)模型；
[0011]用于實(shí)時采集監(jiān)測當(dāng)前船舶電站運(yùn)行條件下，船舶電站工況參數(shù)信息的信息采集子系統(tǒng)；
[0012]用于按照實(shí)時監(jiān)測的船舶電站當(dāng)前工況參數(shù)，調(diào)用系統(tǒng)可靠性模型數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)內(nèi)對應(yīng)的可靠性模型，實(shí)時地對當(dāng)前船舶電站的可靠性進(jìn)行評估的評估子系統(tǒng)。
[0013]進(jìn)一步的，所述的依據(jù)船舶電站系統(tǒng)發(fā)電機(jī)組的配電結(jié)構(gòu)類型建立相應(yīng)的可靠性框圖及可靠性模型包括；
[0014]若配電結(jié)構(gòu)類型為串聯(lián)系統(tǒng)時，則串聯(lián)系統(tǒng)可靠性模型的可靠度
[0015]

【權(quán)利要求】
1.船舶電站可靠性實(shí)時在線評估系統(tǒng)，其特征在于:包括: 用于存儲船舶電站系統(tǒng)可靠性模型基本準(zhǔn)則的船舶電站系統(tǒng)可靠性模型數(shù)據(jù)庫存儲子系統(tǒng)，其中所述的基本準(zhǔn)則為船舶電站系統(tǒng)可靠性模型數(shù)據(jù)庫，其包括依據(jù)船舶電站系統(tǒng)發(fā)電機(jī)組的配電結(jié)構(gòu)類型建立相應(yīng)的可靠性框圖及可靠性模型以及船舶電站不同運(yùn)行工況下對應(yīng)的可靠性數(shù)學(xué)模型； 用于實(shí)時采集監(jiān)測當(dāng)前船舶電站運(yùn)行條件下，船舶電站工況參數(shù)信息的信息采集子系統(tǒng)； 用于按照實(shí)時監(jiān)測的船舶電站當(dāng)前工況參數(shù)，調(diào)用系統(tǒng)可靠性模型數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)內(nèi)對應(yīng)的可靠性模型，實(shí)時地對當(dāng)前船舶電站的可靠性進(jìn)行評估的評估子系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶電站可靠性實(shí)時在線評估系統(tǒng)，其特征在于:所述的依據(jù)船舶電站系統(tǒng)發(fā)電機(jī)組的配電結(jié)構(gòu)類型建立相應(yīng)的可靠性框圖及可靠性模型包括； 若配電結(jié)構(gòu)類型為串聯(lián)系統(tǒng)時，則串聯(lián)系統(tǒng)可靠性模型的可靠度
，λ s —串聯(lián)系統(tǒng)的失效率；λ i—組成串聯(lián)系統(tǒng)的子系統(tǒng)或元器件的失效率，則串聯(lián)系統(tǒng)的平均無故障工作時間
若配電結(jié)構(gòu)類型為并聯(lián)系統(tǒng)時，設(shè)各子系統(tǒng)失效分布服從指數(shù)分布，且各個子系統(tǒng)或元器件的失效率X1= λ 2 = λ 3 =…=λ，令其為Ri(t)，并聯(lián)系統(tǒng)的失效分布
, Fi(t)為組成并聯(lián)系統(tǒng)的子系統(tǒng)或元器件的失效分布

系數(shù)，則并聯(lián)系統(tǒng)可靠性模型的可靠度可寫
對應(yīng)的所述船






舶電站系統(tǒng)發(fā)電機(jī)組包含三臺發(fā)電機(jī)組即η = 3時，該并聯(lián)系統(tǒng)可靠性模型的的可靠度瓜0=^(0-3及2,(0 + 3及洲；并聯(lián)系統(tǒng)的平均無故障工作時間MTBFs = 11/6 λ ； 若配電結(jié)構(gòu)類型為2/3 (G)表決系統(tǒng)時，整機(jī)系統(tǒng)各子系統(tǒng)的壽命分布為指數(shù)分布，且各子系統(tǒng)失效率都為λ時，則2/3(G)表決系統(tǒng)可靠性模型的可靠度= 3e m - 2e3M ; 2/3(G)表決系統(tǒng)的平均無故障工作時間JVLI ofS =5/6λ； 配電結(jié)構(gòu)類型為儲備系統(tǒng)時，儲備系統(tǒng)又稱為備用系統(tǒng)即由若干個備用整機(jī)系統(tǒng)和一個工作整機(jī)系統(tǒng)組成，當(dāng)工作整機(jī)系統(tǒng)失效時，立即能由備用整機(jī)系統(tǒng)接替， 儲備系統(tǒng)又分為冷儲備系統(tǒng)與熱儲備系統(tǒng):如果儲備整機(jī)系統(tǒng)在儲備期間不失效，即失效率為零，則稱為冷儲備系統(tǒng)； 如果備用整機(jī)系統(tǒng)在儲備期間可能失效，即失效率不為零，則稱為熱儲備系統(tǒng)； 對應(yīng)的冷儲備系統(tǒng): 如果系統(tǒng)由n+l個元件或子系統(tǒng)組成,η個元件或子系統(tǒng)儲備，I個元件或子系統(tǒng)工作，且元件或子系統(tǒng)同為指數(shù)分布，則:冷儲備系統(tǒng)可靠性模型的可靠度
式中:λ—為子系統(tǒng)運(yùn)行的失效

率；冷儲備系統(tǒng)平均無故障工作時間
對應(yīng)的熱儲備系統(tǒng): 熱儲備系統(tǒng)即元件或者子系統(tǒng)在儲備期間可能失效，熱儲備系統(tǒng)可靠性模型的可靠度
式中:λ—為子系統(tǒng)運(yùn)行的失效率，λ*—為子系統(tǒng)儲
備期間失效率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶電站可靠性實(shí)時在線評估系統(tǒng)，其特征在于:所述的工況條件依據(jù)船舶運(yùn)行機(jī)動狀態(tài)可分為進(jìn)出港工況、航行工況以及停泊工況； 按照船舶電站實(shí)際使用需求，在進(jìn)出港工況條件下，船舶電站要求全部整機(jī)或者一定數(shù)量整機(jī)投入運(yùn)行，因此對應(yīng)的可靠性模型類型為串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度模型或者2/3(G)表決系統(tǒng)的可靠度的模型；在航行工況條件下，船舶電站要求一臺整機(jī)投入運(yùn)行即可，因此對應(yīng)的可靠性模型類型為并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度模型；在停泊工況條件下，船舶電站要求一臺整機(jī)處于待機(jī)狀態(tài)即可，因此對應(yīng)的可靠性模型類型為儲備系統(tǒng)的可靠度模型。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶電站可靠性實(shí)時在線評估系統(tǒng)，其特征在于:所述評估子系統(tǒng)是由下位機(jī)控制器和上位機(jī)兩部分組成，所述下位機(jī)控制器用于依據(jù)信息采集子系統(tǒng)采集的信息，實(shí)時判斷船舶電站的當(dāng)前工況條件；上位機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)通訊，實(shí)時獲取下位機(jī)控制器的自動識別的工況條件，實(shí)時自動調(diào)用船舶電站系統(tǒng)可靠性模型數(shù)據(jù)庫存儲子系統(tǒng)中對應(yīng)工況的可靠性相關(guān)數(shù)據(jù)庫-可靠性數(shù)學(xué)模型，并給出該工況的可靠性指標(biāo)。
5.一種船舶電站系統(tǒng)可靠性在線評估方法，其特征在于:所述步驟包括: (1)、建立船舶電站系統(tǒng)可靠性模型的基本準(zhǔn)則，其中所述的基本準(zhǔn)則包括依據(jù)船舶電站系統(tǒng)發(fā)電機(jī)組的配電結(jié)構(gòu)類型建立相應(yīng)的可靠性框圖及可靠性模型以及船舶電站不同運(yùn)行工況下對應(yīng)的可靠性數(shù)學(xué)模型； (2)、建立船舶電站不同工況條件下對應(yīng)的可靠性框圖及可靠性數(shù)學(xué)模型； (3)、實(shí)時監(jiān)控船舶電站的工況條件，按照船舶電站當(dāng)前的工況條件，調(diào)用相應(yīng)工況條件下的可靠性模型，實(shí)時在線完成當(dāng)前工況條件下船舶電站的可靠性評估。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶電站系統(tǒng)可靠性在線評估方法，其特征在于:所述的依據(jù)船舶電站系統(tǒng)發(fā)電機(jī)組的配電結(jié)構(gòu)類型建立相應(yīng)的可靠性框圖及可靠性模型包括； 若配電結(jié)構(gòu)類型為串聯(lián)系統(tǒng)時，則串聯(lián)系統(tǒng)可靠性模型的可靠度
入s—串聯(lián)系統(tǒng)的失效率；入土―組成串聯(lián)系統(tǒng)的子系統(tǒng)或元器件的失效率，則串聯(lián)系統(tǒng)的平均無故障工作時間
若配電結(jié)構(gòu)類型為并聯(lián)系統(tǒng)時，設(shè)各子系統(tǒng)失效分布服從指數(shù)分布，且各個子系統(tǒng)或元器件的失效率X1= λ 2 = λ 3 =…=λ，令其為Ri(t)，并聯(lián)系統(tǒng)的失效分布
為組成并聯(lián)系統(tǒng)的子系統(tǒng)或元器件的失效分布

系數(shù)，則并聯(lián)系統(tǒng)可靠性模型的可靠度可寫成
；對應(yīng)的所述船






舶電站系統(tǒng)發(fā)電機(jī)組包含三臺發(fā)電機(jī)組即η = 3時，該并聯(lián)系統(tǒng)可靠性模型的的可靠度
并聯(lián)系統(tǒng)的平均無故障工作時間MTBFs = 11/6 λ ；若配電結(jié)構(gòu)類型為2/3 (G)表決系統(tǒng)時，整機(jī)系統(tǒng)各子系統(tǒng)的壽命分布為指數(shù)分布，且各子系統(tǒng)失效率都為λ時，則2/3(G)表決系統(tǒng)可靠性模型的可靠度
表決系統(tǒng)的平均無故障工作時間
配電結(jié)構(gòu)類型為儲備系統(tǒng)時，儲備系統(tǒng)又稱為備用系統(tǒng)即由若干個備用整機(jī)系統(tǒng)和一個工作整機(jī)系統(tǒng)組成，當(dāng)工作整機(jī)系統(tǒng)失效時，立即能由備用整機(jī)系統(tǒng)接替， 儲備系統(tǒng)又分為冷儲備系統(tǒng)與熱儲備系統(tǒng):如果儲備整機(jī)系統(tǒng)在儲備期間不失效，即失效率為零，則稱為冷儲備系統(tǒng)； 如果備用整機(jī)系統(tǒng)在儲備期間可能失效，即失效率不為零，則稱為熱儲備系統(tǒng)； 對應(yīng)的冷儲備系統(tǒng): 如果系統(tǒng)由n+l個元件或子系統(tǒng)組成,η個元件或子系統(tǒng)儲備，I個元件或子系統(tǒng)工作，且元件或子系統(tǒng)同為指數(shù)分布，則: 冷儲備系統(tǒng)可靠性模型的可靠度
式中:λ—為子系統(tǒng)運(yùn)行的失效



率；冷儲備系統(tǒng)平均無故障工作時間
對應(yīng)的熱儲備系統(tǒng):熱儲備系統(tǒng)即元件或者子系統(tǒng)在儲備期間可能失效，熱儲備系統(tǒng)可靠性模型的可靠度Rs (t) = eA,[l+λ/λ(l^e/f)]，式中:λ—為子系統(tǒng)運(yùn)行的失效率，λ*—為子系統(tǒng)儲
備期間失效率。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶電站系統(tǒng)可靠性在線評估方法，其特征在于:所述的工況條件依據(jù)船舶運(yùn)行機(jī)動狀態(tài)可分為進(jìn)出港工況、航行工況以及停泊工況； 按照船舶電站實(shí)際使用需求，在進(jìn)出港工況條件下，船舶電站要求全部整機(jī)或者一定數(shù)量整機(jī)投入運(yùn)行，因此對應(yīng)的可靠性模型類型為串聯(lián)系統(tǒng)的可靠度模型或者2/3 (G)決系統(tǒng)的可靠度的模型；在航行工況條件下，船舶電站要求一臺整機(jī)投入運(yùn)行即可，因此對應(yīng)的可靠性模型類型為并聯(lián)系統(tǒng)的可靠度模型；在停泊工況條件下，船舶電站要求一臺整機(jī)處于待機(jī)狀態(tài)即可，因此對應(yīng)的可靠性模型類型為儲備系統(tǒng)的可靠度模型。
【文檔編號】H02J3/00GK104184146SQ201410466843
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月12日
【發(fā)明者】吳志良, 姚玉斌, 王丹 申請人:大連海事大學(xué)