Optimal redesign decisions through failure rate estimates

To reduce the time-to-market of newly developed systems, manufacturers increasingly adopt strategies where systems are brought to market while system field reliability is still uncertain. These systems are typically sold under performance-based contracts, which incentivizes potential customers to invest in them despite reliability uncertainty. Such contracts make the manufacturer (partly) responsible for the availability of the system. Subsequently, when field reliability is lower than anticipated, the manufacturer may choose to redesign the system to avoid high contract penalties. Redesign is a costly effort which may substantially increase field reliability. Deciding when to redesign is challenging, especially because the initial failure rate estimate by the system's engineers is refined over time as failure data accrues. We propose a model that endogenizes the failure rate updating to analyze this tactical redesign decision. We study additive and multiplicative redesigns and show that the optimal policy has a control limit structure. We benchmark our optimal policy against a static counterpart numerically, and conclude that basing redesign decisions on the updated estimate of the failure rate can substantially reduce costs.     

内压作用下复合材料修复裂纹管道的失效分析

为准确评估在内压作用下纤维复合材料修复含裂纹管道的有效性及失效压力,建立复合材料修复后裂纹管道的失效数值模型。该数值模型通过扩展有限元法模拟管道裂纹的扩展,利用cohesive单元模拟胶层的脱粘失效,复合材料的失效通过最大应力失效准则进行判定。通过静水压爆裂试验对所提失效数值模型进行验证,实验结果与数值计算结果具有较好的一致性。失效数值分析结果表明:当内压增大至一定值后,未修复管道的初始裂纹沿轴向及壁厚方向逐渐扩展,进而使得管道内壁单元扩展成真实裂纹,此时真实裂纹贯穿整个壁厚方向,即认为裂纹管道发生爆裂失效,爆裂失效压力随初始裂纹半长呈指数形式下降。复合材料修复裂纹管道的不同修复工况呈现相同的失效模式:在单调递增的内压作用下,管道内表面首先出现黏结裂纹,而后其外表面裂纹张开趋势急剧上升,使得复合材料层应力急剧上升,达到极限强度而失效。且对于不同的初始裂纹尺寸,存在对应的复合材料缠绕层数临界值。     

失效概率函数求解的高效算法

结合基于分数矩约束的极大熵方法和替代模型法,发展了一种失效概率函数求解的高效算法。所提算法的基本思路是利用自主学习的迭代Kriging方法来构造失效概率函数,即采用较少的训练样本来构造粗糙的失效概率函数,在此基础上通过添加新的违反学习函数约束的样本来更新失效概率函数,直到达到精度要求。对于每一个分布参数的训练样本点,所提方法采用分数矩约束的极大熵法来求解相应的失效概率样本。由于分数矩的计算采用了高效的降维积分,并且由于分数矩约束下极大熵法中优化策略高效地逼近了响应的概率密度函数,从而使得失效概率样本能够被高效高精度地估计出来。为了检验所提方法的精度及效率,给出了两个算例,对比了所提方法与已有的失效概率函数求解的Bayes公式法及Monte Carlo法等,结果表明,所提方法适用于求解复杂的功能函数问题,且在满足精度要求的基础上大大降低了计算量。     

导弹遥测故障的GM-Verhulst-SCGM预测算法

遥测故障预测是保障导弹遥测系统可靠性的基础。根据导弹遥测故障的历史数据,结合GM(1,1)模型、Verhucst模型和SCGM(1,1)c模型构建了导弹遥测故障的GM-Verhulst-SCGM组合灰色预测模型,按照预测有效度算法取得组合预测模型的权重系数。选用导弹遥测故障的训练组实际值作为原始数据,分别利用各预测模型估算对比组导弹遥测故障数据。预测结果表明,相比单一预测模型,组合灰色预测模型具备更高的故障预测精度。在验证组合灰色预测模型可行性的基础上,进一步估算了同一型号导弹未来时序的遥测故障数据,为相关部门及时改善导弹遥测技术及避免导弹故障提供理论及方法借鉴。     

Analysis of down times of jib cranes—A stochastic approach

In this paper a case study dealing with the maintenance problem of jib cranes is presented. A jib crane is viewed as a complex system whose performance is observed as a single realization over period of time. After pointing out limitations of existing stochastic models to analyze the observed realization a new family of bivariate stochastic processes is introduced. The data of jib crane is analyzed using new model and cross‐validated using part of the data set. It is noted that the new family of stochastic processes is useful to analyze bivariate data where one of the variables is finitely valued and the other is nonnegative and continuous. © 2002 Wiley Periodicals, Inc. Naval Research Logistics 49: 231–243, 2002; Published online in Wiley InterScience (www.interscience.wiley.com). DOI 10.1002/nav.10006     

基于Mamdani模糊推理的核动力装置技术状态评估

分析了传统二元逻辑应用于核动力装置部分失效技术状态评估时的局限性,概述了Mamdani模糊推理的基本技术;结合状态评估实例,提出了基于Mamdani模糊推理的核动力装置系统级的技术状态评估方法,为系统部分失效的技术状态评估提供了一种新的技术途径。     

开孔复合材料层合板的拉伸强度和失效模式分析

为研究纤维编织工艺、铺层角度和孔径大小对开孔复合材料层合板拉伸强度和失效模式的影响规律,选用正交平纹玻纤层合板（WFL）和单向玻纤层合板（UFL）制作0°和45°铺层开孔拉伸试件,随后进行了试验研究;采用 Abaqus 建立基于二维 Hashion 失效准则的渐进损伤仿真模型,并对试验结果进行了对比,分析了试件的损伤机理。研究结果表明：层合板强度随开孔增大而减小,并且这种变化率随孔径增大而增大,45°铺层的层合板的变化率小于0°铺层,WFL 小于 UFL;WFL 的破坏以纤维断裂为主,裂纹垂直于纤维方向,UFL 以基体开裂为主,裂纹沿纤维方向,孔径则对破坏模式无明显影响;0°铺层 WFL 的破坏是由纤维拉伸失效导致,45°的则由纤维拉伸失效和基体拉伸剪切失效共同导致,0°铺层 UFL 由基体压缩失效导致,45°的则由基体拉伸剪切失效导致;拉伸强度的仿真与试验结果最大误差为14．1％,由此验证了仿真计算方法的有效性。     

复杂系统故障安全风险评价方法

复杂系统的安全风险涉及面广、影响因素多,因此需要系统的、可操作的方法来指导安全风险的评价过程。在系统的各类安全风险中,故障安全风险是由各种故障导致系统发生事故的风险,是最常见的系统安全问题,因此针对复杂系统的故障安全风险评价开展研究。复杂系统故障安全风险评价需要明确的评价参数和评价方法的支持,为此提出了复杂系统故障安全风险评价的流程、分层次的评价参数体系及评价方法,并通过示例来具体说明故障安全风险的评价过程,为解决复杂系统的故障安全风险评价问题提出了可行的思路。     

基于故障率和设计特性动态加权的维修性分配法

针对国军标中"按故障率和设计特性的维修性分配方法",当可更换单元故障率相差较大时,分配结果与实际明显不符的问题,采用动态加权模型,对国军标的分配方法进行了改进,提出了"基于故障率和设计特性动态加权的维修性分配法",弥补了国军标分配方法的不足。通过理论分析、论证、算例比较和维修性试验验证,证明该方法合理可行。     

基于约束条件的无源雷达部署优化及应用研究

提出了四站时差定位无源雷达系统的探测威力模型及覆盖度指数评估模型,分析了系统在实际部署应用中面临的辅站站址的选择、主辅站高度优化配置等问题.论述了系统在实际运行中可能出现2种故障模式,并定量仿真分析了目标位置变化对辅站故障时系统探测能力的影响.分析方法及所得结论对系统的实际部署使用具有理论指导意义,且可作为一种实用方法用于具体部署优化决策.