船舶電站可靠性實時在線評估系統(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)；用于實時采集監(jiān)測當前船舶電站運行條件下船舶電站工況參數(shù)信息的信息采集子系統(tǒng)；用于按照實時監(jiān)測的船舶電站當前工況參數(shù)，調(diào)用系統(tǒng)可靠性模型數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)內(nèi)對應的可靠性模型，實時地對當前船舶電站的可靠性進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的可靠性數(shù)學模型，通過實時監(jiān)控船舶電站的工況條件，按照船舶電站當前的工況條件，調(diào)用對應的可靠性模型,在線實時評估當前工況條件下船舶電站的可靠性。
【專利說明】船舶電站可靠性實時在線評估系統(tǒng)及其評估方法

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

【背景技術】
[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科。但是我國可靠性工程起步較晚，可靠性技術在工業(yè)、企業(yè)中的應用尚不廣泛，特別在國內(nèi)船舶電氣系統(tǒng)上的應用還是一個空白。
[0003]船舶技術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，是船舶技術的重要標志。
[0004]船舶電站可靠性技術是以船舶電氣工程技術和自動控制技術為基礎、結(jié)合可靠性工程技術而發(fā)展起來的一門多學科交叉并高度綜合的工程技術。
[0005]船舶電站通常由三臺發(fā)電機組構成，船舶電站正常運行工況主要可分為:進出港工況、航行工況和停泊工況。由于船舶電站在不同運行工況下的用電負荷是不同的，因此，船舶電站各個運行工況下投入運行的發(fā)電機組臺數(shù)也是變化的，這樣，船舶電站就會出現(xiàn)單機運行、雙機并聯(lián)運行以及三臺機組同時并聯(lián)運行的不同運行方式。
[0006]目前我國的船舶電站可靠性技術理論基礎學科還很薄弱。在我國，船舶電站可靠性的研究還僅限于其應用技術方面，相關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)即只按三臺機組并聯(lián)運行的一種方式進行可靠性分析，還沒有關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)進行分析，得出的船舶電站可靠性數(shù)學模型與實際船舶電站相差甚遠，按此數(shù)學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時在線評估系統(tǒng)及其對應的評估方法，本發(fā)明通過建立船舶電站系統(tǒng)可靠性模型的基本準則，按照基本準則建立船舶電站整機系統(tǒng)與子系統(tǒng)之間的邏輯關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際的準確可靠性數(shù)學模型，實時在線檢測船舶電站不同運行工況，相應地調(diào)用該工況對應的船舶電站可靠性模型，從而實時在線完成當前工況條件下船舶電站可靠性的準確評估。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案:
[0009]船舶電站可靠性實時在線評估系統(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)，其中所述的基本準則包括依據(jù)船舶電站系統(tǒng)發(fā)電機組的配電結(jié)構類型建立相應的可靠性框圖及可靠性模型以及船舶電站不同運行工況下對應的可靠性數(shù)學模型；
[0011]用于實時采集監(jiān)測當前船舶電站運行條件下，船舶電站工況參數(shù)信息的信息采集子系統(tǒng)；
[0012]用于按照實時監(jiān)測的船舶電站當前工況參數(shù)，調(diào)用系統(tǒng)可靠性模型數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)內(nèi)對應的可靠性模型，實時地對當前船舶電站的可靠性進行評估的評估子系統(tǒng)。
[0013]進一步的，所述的依據(jù)船舶電站系統(tǒng)發(fā)電機組的配電結(jié)構類型建立相應的可靠性框圖及可靠性模型包括；
[0014]若配電結(jié)構類型為串聯(lián)系統(tǒng)時，則串聯(lián)系統(tǒng)可靠性模型的可靠度
[0015]

【權利要求】
1.船舶電站可靠性實時在線評估系統(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)電機組的配電結(jié)構類型建立相應的可靠性框圖及可靠性模型以及船舶電站不同運行工況下對應的可靠性數(shù)學模型； 用于實時采集監(jiān)測當前船舶電站運行條件下，船舶電站工況參數(shù)信息的信息采集子系統(tǒng)； 用于按照實時監(jiān)測的船舶電站當前工況參數(shù)，調(diào)用系統(tǒng)可靠性模型數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)內(nèi)對應的可靠性模型，實時地對當前船舶電站的可靠性進行評估的評估子系統(tǒng)。
2.根據(jù)權利要求1所述的船舶電站可靠性實時在線評估系統(tǒng)，其特征在于:所述的依據(jù)船舶電站系統(tǒng)發(fā)電機組的配電結(jié)構類型建立相應的可靠性框圖及可靠性模型包括； 若配電結(jié)構類型為串聯(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)構類型為并聯(lián)系統(tǒng)時，設各子系統(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
對應的所述船






舶電站系統(tǒng)發(fā)電機組包含三臺發(fā)電機組即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)構類型為2/3 (G)表決系統(tǒng)時，整機系統(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系統(tǒng)和一個工作整機系統(tǒng)組成，當工作整機系統(tǒng)失效時，立即能由備用整機系統(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)運行的失效

率；冷儲備系統(tǒng)平均無故障工作時間
對應的熱儲備系統(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)運行的失效率，λ*—為子系統(tǒng)儲
備期間失效率。
3.根據(jù)權利要求1所述的船舶電站可靠性實時在線評估系統(tǒng)，其特征在于:所述的工況條件依據(jù)船舶運行機動狀態(tài)可分為進出港工況、航行工況以及停泊工況； 按照船舶電站實際使用需求，在進出港工況條件下，船舶電站要求全部整機或者一定數(shù)量整機投入運行，因此對應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投入運行即可，因此對應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處于待機狀態(tài)即可，因此對應的可靠性模型類型為儲備系統(tǒng)的可靠度模型。
4.根據(jù)權利要求1所述的船舶電站可靠性實時在線評估系統(tǒng)，其特征在于:所述評估子系統(tǒng)是由下位機控制器和上位機兩部分組成，所述下位機控制器用于依據(jù)信息采集子系統(tǒng)采集的信息，實時判斷船舶電站的當前工況條件；上位機通過網(wǎng)絡通訊，實時獲取下位機控制器的自動識別的工況條件，實時自動調(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)中對應工況的可靠性相關數(shù)據(jù)庫-可靠性數(shù)學模型，并給出該工況的可靠性指標。
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則，其中所述的基本準則包括依據(jù)船舶電站系統(tǒng)發(fā)電機組的配電結(jié)構類型建立相應的可靠性框圖及可靠性模型以及船舶電站不同運行工況下對應的可靠性數(shù)學模型； (2)、建立船舶電站不同工況條件下對應的可靠性框圖及可靠性數(shù)學模型； (3)、實時監(jiān)控船舶電站的工況條件，按照船舶電站當前的工況條件，調(diào)用相應工況條件下的可靠性模型，實時在線完成當前工況條件下船舶電站的可靠性評估。
6.根據(jù)權利要求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)電機組的配電結(jié)構類型建立相應的可靠性框圖及可靠性模型包括； 若配電結(jié)構類型為串聯(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)構類型為并聯(lián)系統(tǒng)時，設各子系統(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
；對應的所述船






舶電站系統(tǒng)發(fā)電機組包含三臺發(fā)電機組即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)構類型為2/3 (G)表決系統(tǒng)時，整機系統(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系統(tǒng)和一個工作整機系統(tǒng)組成，當工作整機系統(tǒng)失效時，立即能由備用整機系統(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)運行的失效



率；冷儲備系統(tǒng)平均無故障工作時間
對應的熱儲備系統(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)運行的失效率，λ*—為子系統(tǒng)儲
備期間失效率。
7.根據(jù)權利要求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)船舶運行機動狀態(tài)可分為進出港工況、航行工況以及停泊工況； 按照船舶電站實際使用需求，在進出港工況條件下，船舶電站要求全部整機或者一定數(shù)量整機投入運行，因此對應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投入運行即可，因此對應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處于待機狀態(tài)即可，因此對應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