论文研究-基于状态预测与评估的部件任务成功性评估研究.pdf

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论文研究-基于状态预测与评估的部件任务成功性评估研究.pdf,  针对任务成功性评估的需要, 充分考虑任务可靠性与维修性的特点. 在状态监测与预测的基础上, 通过D-S证据理论与模糊综合评判相结合的办法得出部件针对任务的不可靠度, 由不可靠度与相关维修数据相结合来实现对部件的任务成功性评估. 最后通过示例应用表明了该方法的可用性.
第10期 沈军,等:基于状态预测与评估的部件任务成功性评估研究 2697 f(p3)是关于因素pz的评语模糊向量,其中”表示指标Pz具有评语c的程度由映射∫得出的指标集P 到评语集C的模糊玦射矩阵为: 711T12 rln =(7)mxm= n17n2 72 根据模糊映射矩阵G和权重集W便可得到关于评语集C上的评语模糊向量: B=W·G=( (11) B向量中最大的评判指标所对应的评语集元素即为评判结果 3任务成功性评估建模 31建模思想 进行任务成功性评估,要充分考虑系统的任务可靠性和任务维修性7,具体可用式(12)表述 Pm=Rm(t)+[1-Rm(t)P(tcm td)=[1-Fm(t)+ Fm(t)P(tcm td 式中:Pm为任务成功概率;tm为任务功能故障平均修复时间;Rm(t)为任务可靠度;Fn(t)为任务不可靠 度;t为允许停机修复时间;Ptcm<t)为在允许停机修复时间内能够修复任务功能故障的概率. Rm(t)是针对任务的可靠度,而不是部件在具体某一时刻的可靠度,同理Fm(t)也是针对具体任务的不 可靠度.由于本文以状态的预测与评估为基础开任务成功性评估,在此根据部件任务前后的状态评估结果 (该结果为区间数)来求解任务不可靠度,具体过程如下 Rm(t)=l- Fm(t) Emt f(t)dt dr(t) dl dt= r(s-r(e) (14 式中:s为任务开始时刻;c为任务结束时刻;f(t)为故障密度函数;R(s)为任务开始时刻8的可靠度;R(c) 为任务结束时刻c的可靠度 此时冋题的关键转化为求R(s)与R(e),即部件在任务开始时刻与任务结束时刻的叮靠度.文中采用D S证据理论米对部件在任务开始与结束时刻的可靠度进行评估,由于该评估结果是一个模糊的区间数,如设 R(s)∈[a,bal,R(e)∈e,ba,那么根据式(14)可得 Fm(t)=R(s)-B(e)∈[as (15) 所以还需要通过模糊综合评判法来实现Fmn(t)的精确求解.具体过程见32 在允许停机修复时间内能够修复任务功能故障的概率P(tcm<ta)则根据以往的维修历史数据和具体 的任务剖面来求解 32任务成功性评估模型 任务成功性评估具体过程表述如下 第一步,进行装备的状态监测与预测,状态监测主要通过相应的传感器米实现.而针对状态预测,目前有 关方面的专家与学者对此研究的比较多也比较成熟,所以本文采用现有的结果来进行研究,而不对具体的预 测技术展开研究 第二步,根据状态监测与状态预测的结吳,运用DS证据理论进行装备的技术状态评估,评佔过程如图 1所示 状态监测与预测 专家打分 证据理论 确定支持证据 获取状态参数 基木可信度分配 状态评价值 图1基于D-S证据理论的状态评估过程 第三步,由状态评估结果并结合模糊综合评判法来对Fm(t)进行精确求解.具体过程如下: 1)通过咨询专家的方式,将证据理论中所涉及的不同的状态级别对应到相应的可靠度(该可靠度以区间 数的形式给出) 2)根据装备具体任务剖面建立指标集,由专家打分得到指标权重集 2698 系统工程理论与实践 第33卷 3)以状态评估结果为依据,选择合适的步长将式(15)计算所得结果分为若干值并建立评语集 4)由专家小组进行评判得岀模糊映射矩阵,根据式(11)求岀关于评语集C上的评语模糊向量B. 5)选择向量B中最大的评判指标所对应的评语集元素作为评判结果得出Fm(t) 第四步,在得出Fn(t)之后,结合以往的维修历史数据和经验给出在允许停机修复时间内能够修复任务 功能故障的概率,即P(tcm<ta) 第五步,根据式(12)求出任务成功概率,达到任务成功性评估的目的 综上所述,任务成功性评估模型如图2所示 R(s) 状态监测与pS证据理论 式(15) 经验与 式(12 技术状态评估 m<ta 仁务成功概率 预测 模糊综合评判 历数 R(e) 图2任务成功性评估模型 4应用示例 以某型装甲车辆变速箱为例进行任务成功性评估研究,任务时间为13h,车辆机动距离为300km,车辆 行驶速度为30km/h.需要对此次机动任务过程中变速箱满足任务成功的概率即变速箱针对此次任务的任务 成功性进行评估 41技术状态预测与评估 选择振动参数(m1)、油液监测参数(m2)以及变速箱的温度(m3)为支持证据.变速箱的状态分为好 (4)、较好(B)、一般(C)、较差(D)和差(E)五个级别. 先选取开始时刻s的监测数据进行状态评估,设基本可信度分配如表1所示 表1各证据的基本可信度分配 D 0.20.40.20.100.1 m20.30.50.050.100.05 m30.50.20.10.0500.15 利用 Dempster合成法则求系数K,如通过m1、m2求解K12如下 K12=1-(0.1+0.01+0.02+0.12+0.02+0.04+0.06+0.1+0.02-0.03+0.05+0.05)-1≈2.35 由K12便可计算出证据m1、m2的组合结果如表2所示 表2两组证据组合结果 m1(4)m1(B)m1(C)m1(D)m1(E)m1(⊙) 0.2 0.2 0.1 0 0.1 ()=0.30.06 0.12 0.06 0.03 0.03 m2(B)=0.5 0. 0.2 0.05 0.05 m2(C)=0.050.010.020.010.005 0.005 m2()=0.1 0.2 1.04 0.02 0.01 0.01 (E)=0 0 m2()=0.050.010.020.010.005 0 0.005 由此可得: m12(4)=K12(0.06+0.03+0.01)=0.235 m12(B)=K12(0.2+0.05+0.02)=0.6345, m2(C)=K12(0.01+0.005+0.01)=0.05875 m12(D)=K12(0.01+0.01+0.05)=0.0587 )=K12×0 m2()=0.005K12=0.01175 同理,再将证据1和证据2的组合结果与证据3进行组合,结果如表3. 第10期 沈军,等:基于状态预测与评估的部件任务成功性评估研究 2699 表3各证据最终组合结果 m120.2350.6350.0590.05900.012 m1230.3830.5420.0380.03000.004 从表3可知三组证据最后对变速箱的状态描述,根据决策概率函数的选择,设定相应门限值来判断变速 箱的技术状态,例如设a1-0.15、∂2-0.05,根据式(5)-(7)可以得出最后对变速箱的技术状态评价为B(较 好) 然后还需要根据任务剖面对相关的状态参数走行预测,根据预测的结果进行状态评估得出变速箱在任务 结束时刻的状态目前关于状态预测的研究比较多,如文献89中关于变速箱油液特征参数的预测和振动 参数的预测,其误差精度都在允许的范围之內,应用时只需要通过对具体参数的分析选择合适的预测方法即 可.本文假设经过状态预测与评估之后,在任务结束时刻e时变速箱的技术状态为E(较差) 4.2模糊综合评判 根据技术状态评估的结果,初始时刻s的状态为较好,结束时刻e的状态为较差.在此以咨询专家的方 式将变速箱各个状态对应到相应的可靠度上,具体如表4所示 表4变速箱不同状态与可靠度对应关系 状态类别差 较差 一般 较好 叮靠度P0~0.450.45~0.60.6~0.80.8~0.95095~1.0 由表4可知变速箱的叮靠度从任务前的0.8~095变为任务后的0.45~0.6.根据式(15)可得 Fm()=R(s)-R(e)∈ax-be,b-an=[0.8-0.6.0.95-0.45=(0.2,0.5] 取步长为0.1将区间数离散为一系列离散值,组成评语集C={0.2,0.3,0.4.0.5}P={P1P2,P3}={使 用时间,操作人员技能,使用环境}为评判指标集.装备使用时间代表装备在任务剖面内的使用时间,而不是 整个任务剖面的时间.操作人员技能根据专业技能等级考试成绩给出,如装甲车辆驾驶员可分为二级、一级 和特级驾驶员等,使用环境条件有地面条件、气温条件等 由五名专家组成评判小组对变速箱执行本次任务的不可靠度进行评判,评判指标、权值分配以及专家的 评判情况如表5所示. 表5指标权值分配与专家评判 评判指标权值 专家评判结果 0.20.30.40.5 使用时间0.41130 操作人员技能0.30320 使用环境 0.3 2 20 由表5得到评判矩阵G如下 1/51/53/5 0.20.20.60 3/52/50 00.60.40 1/52/52/50 0.20.40.40 权重集W={u1,w2,3}={0.4,0.3,0.3},由式(11)可得 0.20.20.60 B=W·G=(0.4,0.3,0.3)·00.60.40=(0.14,0.38,048,0 0.20.40.40 由于max(0.14,0.38,0.48.0)=0.48.,所以可知变速箱针对本次任务的不可靠度为04,即Fm(t)=0.4 43任务成功性评估 对于在允许停机修复时间內能够修复任务功能故障的慨率P(tcm<t),根据经验法来得岀.如变速箱 在以往的任务过程中,故障平均修复时间如表6所示 表6变速箱故障平均修复时间 第一次第二次第三次第四次第五次第六次第七次第八次第九次第十次 5.5 2.9 4.8 0.5 28 2.5 4.3 1.5 18 2.0 2700 系统工程理论与实践 第33卷 根据4.1中的任务描述可知任务过程中允许停机维修时间为3h,那么由表6可知在3h内变速箱故障能 够修复的概率为0.7(十次中有七次的维修时问小于3h),即P(tcm<t)=0.7.根据式(12)便可得出变速箱 针对此次任务的成功概率如下: Pm=[1-Fm()+Fm(t)P(tem<ta)=(1-0.4)+0.4×0.7=0.88 即变速箱在此次任务中的满足任务成功的概率为0.88 5结论 本文提出了基于状态预测与评估的任务成功性评估方法,阐述了任务成功性评估的一般过程,建立了基 于D-S证据理论与模糊综合评判法的仼务成功性评估模型.最后以某型装甲车辆变速箱的仼务成功性评估 为例,表明了该模型的可用性.在本研究的基础上,未米可在以下领域作进一步的研究:针对多部件系统建立 任务成功性评估模型,对复杂系统的任务成功性进行评估;开发相关评估软件,实现大型复杂系统任务成功 性评估的计算机化 金考文献 1史俊斌,于永利,韩雪魁,等.基于PMS的装备作战单元复杂任务可靠性研究、J武器装备自动化,2007,26(8):9-10 Shi J B, Yu Y L, Han X K, et al. Research on mission reliability of combat unit complex task based on PMSJ Armanent AutoNation, 2007, 26(8: 9-10 凹]杨守航,李志忠,郑力.基于失效数据和统计推断优先的仨务可靠性评佔方法[].系统仿真学报,204,16(12):2761- 2763 Yang Y H, Li Z Z, Zheng L. Failure data and inferential statistics preferentially based mission reliability evaluation methods[J]. Journal of System Simulation, 2004, 16(12): 2761-2763 3」刘芳,郭波,张涛,等.复杂武器系统任务成功概率求解方法小J.兵工学报,2006.27(4):721-725 Liu F, Guo B, Zhang T, et al. A solving process for mission success probability of complex weapon systemJ Acta Armamentarii, 2006, 27(4 ): 721-725 4]郭波张涛张泉,等备件组合方案下的多阶段任务成功性评估模型[J.系统工程理论与实践,2005,25(2):94-100 Guo B, Zhang T: Zhang Q, et al. Phased-mission availability assessment model for system given limited sparesJJ SysteIns Engineering- Theory Practice, 2005, 25(2): 94-100 5]玊玉泉,斬文志,孙涛,等.面向任务成功性的装釜态势评估方法研究(]/^裝装备保障过程建模理论方法与应用学术研讨 会论文集,北京:兵器工业出版社,2009:359362 l6彭祖赠.模糊( fuzzy)数学及应用「M1.武汉:武汉大学出版社,2002 ]张耀辉,玊承红,张仕新,等.基于任务的装备维修决策研究门J.装甲兵工程学院院报,2010,24(1):1-8. Zhang Y H, Wang C H, Zhang X, et al. Research on equipment maintenance decision based on missionJ Journal of Academy of Armored Force Engineering, 2010, 24(1):1-8 8]陈武.装甲装备状态维修决策方法研究[D].北京:装甲兵工程学院,2010 刂孙凯装备技木犬态评估预测与维修决策研究[D].北京:装甲兵工程学院,2009

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