可靠性與維修性對(duì)壓水堆補(bǔ)水系統(tǒng)效能的影響分析

，，

(海軍工程大學(xué) 船舶與動(dòng)力學(xué)院，武漢 430033)

系統(tǒng)效能是系統(tǒng)完成其規(guī)定任務(wù)或服務(wù)要求能力的量度，適用于各種不同的系統(tǒng)。可靠性和維修性都是影響系統(tǒng)性能的重要因素，因而在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，可靠性和維修性指標(biāo)的確定是一項(xiàng)重要工作。分別用平均故障間隔tMTBF(mean time between failures,MTBF)和平均維修時(shí)間tMTTR(mean time to repair,MTTR)來(lái)衡量可靠性和維修性指標(biāo)，采用WSEIAC效能分析方法建立壓水堆補(bǔ)水系統(tǒng)的效能模型，并進(jìn)行分析[1-2]。

1 WSEIAC模型

WSEIAC效能分析模型是美國(guó)工業(yè)界武器系統(tǒng)效能咨詢(xún)委員會(huì)(The System Effectiveness Industry Advisory Committee，WSEIAC)給出的模型，它將可靠性、維修性和固有能力等指標(biāo)效能結(jié)合為可用性、任務(wù)成功性和固有能力3個(gè)綜合指標(biāo)效能，并認(rèn)為系統(tǒng)效能是這3個(gè)指標(biāo)的進(jìn)一步綜合[3]。WSEIAC效能表達(dá)式為

E=ADC

(1)

C——固有能力向量，C=[c1，c2，...，cn]T，其中，cj為系統(tǒng)處于狀態(tài)i時(shí)完成某任務(wù)的概率;

D——任務(wù)成功度矩陣，

(2)

采用WSEIAC模型，最終效能為

(3)

對(duì)于多任務(wù)系統(tǒng)，總效能Es是對(duì)各項(xiàng)任務(wù)的加權(quán)或乘積，即

(4)

式中：αi——第i項(xiàng)任務(wù)的權(quán)系數(shù)，共m項(xiàng)任務(wù)；

Ei——裝備系統(tǒng)對(duì)第i項(xiàng)任務(wù)的效能。

2 壓水堆補(bǔ)水系統(tǒng)WSEIAC模型的建立

2.1 壓水堆補(bǔ)水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

船用壓水堆補(bǔ)水系統(tǒng)是一回路重要的組成部分，主要由兩臺(tái)離心泵、兩個(gè)止回閥、一個(gè)截止閥以及相關(guān)輔助設(shè)備構(gòu)成，負(fù)責(zé)向主回路注入冷卻劑和化學(xué)物質(zhì)，結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1[4]。

某船用壓水堆補(bǔ)水系統(tǒng)的可靠性與維修性參數(shù)見(jiàn)表1。不考慮補(bǔ)水泵和閥門(mén)的內(nèi)、外漏情況以及水源的可靠性與維修性，假設(shè)各故障之間相互獨(dú)立，系統(tǒng)在執(zhí)行任務(wù)過(guò)程中的故障不可修，執(zhí)行任務(wù)時(shí)間設(shè)為t=120 h，并已知各設(shè)備的壽命和修復(fù)時(shí)間均服從指數(shù)分布。

圖1 壓水堆補(bǔ)水系統(tǒng)組成

h

2.2 模型的建立

根據(jù)系統(tǒng)的工作原理，分4步建立系統(tǒng)的WSEIAC效能分析模型。

表2 系統(tǒng)狀態(tài)編號(hào)及其定義

則系統(tǒng)處于各個(gè)狀態(tài)下的概率分別為

所以，可用度向量A為

A=(a1，a2，a3)=(0.986 7，0.013 3，4.45×10-5)

2) 確定任務(wù)成功度矩陣。因?yàn)樵趫?zhí)行任務(wù)期間，故障設(shè)備均不可修，那么離心泵、止回閥及截止閥在執(zhí)行任務(wù)期間的故障率λ1、λ2及λ2分別為

1.333×10-4

1.167×10-4

1.833×10-4

在執(zhí)行任務(wù)期間(t=120 h)，離心泵、止回閥及截止閥的可靠度分別為

R1=e-λ1t=0.984，

R2=e-λ2t=0.986，

R3=e-λ3t=0.978。

在任務(wù)成功性矩陣中，d11表示系統(tǒng)部件在開(kāi)始執(zhí)行任務(wù)時(shí)正常工作，且在執(zhí)行任務(wù)的整個(gè)過(guò)程中保持該狀態(tài)的概率，

d12表示系統(tǒng)部件在開(kāi)始執(zhí)行任務(wù)時(shí)能正常工作，在執(zhí)行任務(wù)過(guò)程中一條支路故障，但截止閥和另外一條支路部件正常的概率。

d12=2(R1R2)(1-R1R2)R3=2R1R2R3-

d13=1-d11-d12=0.022 6。

同理，d22=R1R2R3=0.970 4。

由于執(zhí)行任務(wù)期間，設(shè)備不可修，所以

d21=d31=d32=0，

d23=1-d22=1-R1R2R3=0.029 6，

d33=1，

所以，成功性矩陣為

(5)

3) 固有能力向量的確定。假設(shè)系統(tǒng)一條回路正常運(yùn)作，就可以完成任務(wù)，則系統(tǒng)的固有能力向量為

C=[1，1，0]T

(6)

4) 結(jié)果運(yùn)算。

E=ADC=0.977 3。

3 計(jì)算結(jié)果

在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，可靠性和維修性對(duì)系統(tǒng)效能均有較大的影響。

3.1 可靠性對(duì)系統(tǒng)的影響

表、對(duì)系統(tǒng)效能的影響

3.2 維修性對(duì)系統(tǒng)的影響

圖、對(duì)系統(tǒng)效能的影響

圖、、對(duì)系統(tǒng)效能的影響

4 結(jié)論

1) 設(shè)備的可靠性和維修性影響系統(tǒng)的效能，設(shè)備可靠性和維修性越高，系統(tǒng)效能越好。

2) 在壓水堆補(bǔ)水系統(tǒng)中，截止閥的可靠性和維修性最為關(guān)鍵，應(yīng)予以高度重視，而止回閥對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)效能的影響比較小。

[1] 高 尚.可靠性與維修性指標(biāo)綜合權(quán)衡[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，1998(10)：78-80.

[2] 章國(guó)棟.系統(tǒng)可靠性與維修性的分析與設(shè)計(jì)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1999.

[3] 甘茂治，康建設(shè)，高 崎.軍用裝備維修工程學(xué)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2005.

[4] 趙新文．船用核動(dòng)力一回路裝置[M]．北京：海潮出版社，2001．