基于威布爾分布的水利設(shè)備可靠性分析模型及應(yīng)用

王振興

摘要：針對(duì)水利設(shè)備運(yùn)行過程中可靠性不確定性問題，運(yùn)用威布爾分布建立了水利設(shè)備可靠性分析模型。該模型中，威布爾分布參數(shù)估計(jì)是關(guān)鍵，直接決定了可靠性分析模型的精度。由于傳統(tǒng)的參數(shù)估計(jì)法人為因素影響大、精度差且操作繁瑣，提出了聯(lián)合最小二乘法和平均秩次法來估計(jì)威布爾分布模型參數(shù)。通過實(shí)例驗(yàn)證了上述方法的可行性。

關(guān)鍵詞：威布爾分布； 參數(shù)估計(jì)； 可靠性分析； 水利設(shè)備

中圖分類號(hào)：TN964?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004?373X（2013）02?0107?03

水利設(shè)備是推動(dòng)水利事業(yè)發(fā)展的主要因素，在實(shí)現(xiàn)我國水利事業(yè)可持續(xù)發(fā)展過程中發(fā)揮著重要的作用[1]。盡管我國水利設(shè)備產(chǎn)品較以往有了長(zhǎng)足的發(fā)展，某些產(chǎn)品的技術(shù)性能甚至達(dá)到了國際先進(jìn)水平，但由于起步較晚，水利設(shè)備行業(yè)整體基礎(chǔ)比較薄弱，總體壽命可靠性水平不高，這嚴(yán)重影響著設(shè)備的使用效率，特別是對(duì)于像南水北調(diào)這樣大規(guī)模的工程建設(shè)來說，水利設(shè)備的可靠性直接關(guān)乎到工程建設(shè)進(jìn)度和工程承包商的收益。因此，有必要對(duì)水利設(shè)備的可靠性進(jìn)行分析，掌握水利設(shè)備的可靠性變化規(guī)律，提高水利設(shè)備的管理水平和使用效率。水利設(shè)備是一種特殊的機(jī)械設(shè)備，其在運(yùn)行過程中受到各種隨機(jī)因素影響，例如工作方式的變化、服役環(huán)境的改變等等。正是由于這種隨機(jī)因素的影響，使得水利設(shè)備的運(yùn)行可靠性具有不確定性，很難從定量的角度對(duì)其進(jìn)行分析。目前，關(guān)于水利設(shè)備可靠性分析的研究中，文獻(xiàn)[2]利用概率分析和最優(yōu)化方法求出了水利設(shè)備的可靠性指標(biāo)；文獻(xiàn)[3]針對(duì)同型號(hào)設(shè)備使用環(huán)境的變化擬合設(shè)備的可靠性曲線。文獻(xiàn)[4?5]對(duì)水利設(shè)備的一般運(yùn)行規(guī)律進(jìn)行了分析，而缺乏對(duì)可靠性變化規(guī)律的研究和相關(guān)參數(shù)的計(jì)算問題。

基于此，本文運(yùn)用威布爾分析從定量的角度來分析水利設(shè)備在運(yùn)行過程中的可靠性變化規(guī)律，通過實(shí)例分析說明該方法是可行的。

1 基于威布爾分布的水利設(shè)備可靠性分析模型

1.1 數(shù)據(jù)來源

水利設(shè)備在運(yùn)行過程中的故障數(shù)據(jù)是其可靠性分析的基礎(chǔ)，故障數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性直接影響著可靠性分析的準(zhǔn)確度。因此，故障數(shù)據(jù)的來源十分重要。

目前，故障數(shù)據(jù)主要是通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)或現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)得到[6]。試驗(yàn)數(shù)據(jù)是指設(shè)備在特定運(yùn)行條件下連續(xù)工作直到發(fā)生故障，如加速壽命試驗(yàn)或者實(shí)驗(yàn)室模擬等。這需要采用原型產(chǎn)品來進(jìn)行試驗(yàn)，只適用于普通設(shè)備，對(duì)于一些小批量生產(chǎn)的重大水利設(shè)備，由于其價(jià)格昂貴，該方法不可行。而現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)是水利設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行過程中發(fā)生故障的數(shù)據(jù)，與試驗(yàn)數(shù)據(jù)相比，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)更能真實(shí)反映水利設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境。因此，本文的故障數(shù)據(jù)來源于水利設(shè)備運(yùn)行過程中的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)通常是截尾的，取決于數(shù)據(jù)收集的時(shí)間窗口，有可能在數(shù)據(jù)收集期內(nèi)設(shè)備還沒有發(fā)生故障。常見的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)表如表1所示。

因此，當(dāng)該水利設(shè)備工作4 500 h后，其可靠度較低，易發(fā)生故障，需要停機(jī)檢修來提高該設(shè)備的可靠性。

3 結(jié) 論

本文以水利設(shè)備的可靠性分析為研究對(duì)象，以水利設(shè)備運(yùn)行過程中的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用威布爾分布建立了水利設(shè)備可靠性分析模型，為水利設(shè)備的檢修、更新提供數(shù)據(jù)參考。為了提高模型的預(yù)測(cè)精度，采用聯(lián)合最小二乘法和平均秩次法來估計(jì)威布爾分布模型參數(shù)。案例結(jié)果表明，該方法取得了很好的效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 陸松生.促進(jìn)水利事業(yè)可持續(xù)發(fā)展的思考[J].江蘇水利，2005（6）：45?46.

[2] 蘇保河.設(shè)備可靠性和故障診斷的綜合研究[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2002，26（6）：28?33.

[3] 何書元，趙宇，房祥忠，等.估計(jì)不同環(huán)境下的設(shè)備可靠性[J].數(shù)理統(tǒng)計(jì)與管理，2007，26（6）：1007?1011.

[4] RAUSAND Marvin. Reliability centered maintenance [J]. Reliability Engineering and System Safety， 2002， 60（2）： 121?132.

[5] HEINZ P. Improving machinery reliability [M]. Houston， Te?

xas， USA： Gulf Publishing Company， 2000.

[6] 鄒瑤，符萌，左飛.基于競(jìng)爭(zhēng)失效模式的發(fā)送器和接收器的故障分析[J].鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2011，20（6）：15?18.

[7] 胡昊磊，左洪福，任淑紅.基于隨機(jī)過程的航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能可靠性預(yù)測(cè)[J].科技信息，2009（29）：17?18.

[8] 毛昭勇，宋保維，李正，等.基于遺傳算法的最大似然參數(shù)優(yōu)化估計(jì)[J].機(jī)械強(qiáng)度，2006，28（1）：79?82.

[9] 高麗華，郭建英.基于威布爾分布的金屬化電容器壽命數(shù)據(jù)分析及參數(shù)估計(jì)[J].硅谷，2009（8）：16?18.

[10] 王桂萍，賈亞洲.MTBF分布模型的案例分析[J].吉林工程技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，21（3）：20?24.

[11] 王博，劉媛，洪其麟，等.對(duì)軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性參數(shù)體系選擇和指標(biāo)確定的探討[J].燃?xì)鉁u輪試驗(yàn)與研究，2003，16（2）：38?42.