Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part O: Journal of Risk and Reliability ( IF 2.1 ) Pub Date : 2021-05-03 , DOI: 10.1177/1748006x211013325 Xian Zhao 1 , Rong Li 1 , Yu Fan 1 , Qingan Qiu 1
Failures of safety-critical systems may result in irretrievable economic losses and significant safety hazards, thus enhancing the reliability of safety-critical system is crucial. As applied widely in engineering fields, protective devices are commonly equipped for the systems operating in shock environment to reduce external damage, which has not been taken into consideration in existing literatures. This paper investigates the reliability of multi-state systems with competing failure patterns supported by a protective device. According to the system failure modes, state-based and shock number-based triggering mechanism of the protective device are developed. That is, the protective device is triggered once the system state or cumulative number of shocks exceeds corresponding critical thresholds respectively. After being triggered, the protective device can reduce the probability of damaging shocks for the system. The protective device fails when the number of consecutive valid shocks reaches a threshold. Based on the constructed model, a finite Markov chain imbedding approach is employed to derive reliability indices including distribution functions of system lifetime and residual lifetime, together with expected operating time of the protective device. Moreover, two age-based replacement policies together with a condition-based replacement policy are developed to accommodate different maintenance scenarios and corresponding optimal solutions are acquired. Numerical illustrations based on the application of cooling systems in engines are presented to validate the results.
中文翻译:
考虑多重触发机制的带有保护装置的多状态系统的可靠性建模
安全关键系统的故障可能导致无法挽回的经济损失和重大的安全隐患,因此提高安全关键系统的可靠性至关重要。如在工程领域中广泛应用的,为在冲击环境中运行的系统通常配备保护装置以减少外部损坏,这在现有文献中并未考虑。本文研究了由保护设备支持的具有竞争性故障模式的多状态系统的可靠性。根据系统的故障模式,开发了基于状态和基于冲击数的保护装置触发机制。也就是说,一旦系统状态或累积的电击次数分别超过相应的临界阈值,就会触发保护设备。触发后 保护装置可以减少损坏系统的可能性。当连续的有效电击次数达到阈值时,保护设备将失效。基于所构建的模型,采用有限马尔可夫链嵌入方法来得出可靠性指标,包括系统寿命和剩余寿命的分布函数以及保护装置的预期工作时间。此外,还开发了两个基于年龄的替换策略以及基于条件的替换策略,以适应不同的维护方案,并获得了相应的最佳解决方案。给出了基于冷却系统在发动机中的应用的数字插图,以验证结果。当连续的有效电击次数达到阈值时,保护设备将失效。基于所构建的模型,采用有限马尔可夫链嵌入方法来得出可靠性指标,包括系统寿命和剩余寿命的分布函数以及保护装置的预期工作时间。此外,还开发了两个基于年龄的替换策略以及基于条件的替换策略,以适应不同的维护方案,并获得了相应的最佳解决方案。给出了基于冷却系统在发动机中的应用的数值图示,以验证结果。当连续的有效电击次数达到阈值时,保护设备将失效。基于所构建的模型,采用有限马尔可夫链嵌入方法来得出可靠性指标,包括系统寿命和剩余寿命的分布函数以及保护装置的预期工作时间。此外,还开发了两个基于年龄的替换策略以及基于条件的替换策略,以适应不同的维护方案,并获得了相应的最佳解决方案。给出了基于冷却系统在发动机中的应用的数字插图,以验证结果。采用有限马尔可夫链嵌入方法来得出可靠性指标,包括系统寿命和剩余寿命的分布函数,以及保护装置的预期工作时间。此外,还开发了两个基于年龄的替换策略以及基于条件的替换策略,以适应不同的维护方案,并获得了相应的最佳解决方案。给出了基于冷却系统在发动机中的应用的数字插图,以验证结果。采用有限马尔可夫链嵌入方法来得出可靠性指标,包括系统寿命和剩余寿命的分布函数,以及保护装置的预期工作时间。此外,还开发了两个基于年龄的替换策略以及基于条件的替换策略,以适应不同的维护方案,并获得了相应的最佳解决方案。给出了基于冷却系统在发动机中的应用的数字插图,以验证结果。开发了两个基于年龄的替换策略以及基于条件的替换策略,以适应不同的维护方案,并获得了相应的最佳解决方案。给出了基于冷却系统在发动机中的应用的数字插图,以验证结果。开发了两个基于年龄的替换策略以及基于条件的替换策略,以适应不同的维护方案,并获得了相应的最佳解决方案。给出了基于冷却系统在发动机中的应用的数字插图,以验证结果。