Common cause and load-sharing failures-based reliability analysis for parallel systems

• Autorzy: Zhang Chao , Zhang Yunan

Identyfikatory

DOI

10.17531/ein.2020.1.4

Warianty tytułu

PL

Analiza niezawodności systemów równoległych w sytuacji jednocześnie występujących uszkodzeń wywołanych wspólną przyczyną oraz uszkodzeń elementów dzielących obciążenie

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

For parallel system reliability, the mean time to failure of parallel system under common cause failure (load-sharing failure) is shorter than that of the system without common cause failure (load-sharing failure). The traditional calculation approaches of mean time to failure of parallel systems do not consider the possible effect of common cause and load-sharing failure. However, it may result in the poor accuracy of mean time to failure of parallel system and pose a threat to system reliability. This paper not only considers the effect of common cause failure with stress strength, but also investigates the joint effect of the load-sharing and common cause failures. Besides, the joint failure model of three-dependent-component parallel system are established, and the corresponding properties are analyzed. Finally, a numerical example is used to illustrate the proposed method.

PL

Gdy mowa o niezawodności systemu równoległego, średni czas do uszkodzenia, w przypadku uszkodzenia wywołanego wspólną przyczyną (lub uszkodzenia elementów dzielących obciążenie) jest krótszy niż dla systemu, w którym nie występują tego typu uszkodzenia. Tradycyjne metody obliczania średniego czasu do uszkodzenia systemów równoległych nie uwzględniają potencjalnego wpływu uszkodzeń wywołanych wspólną przyczyną oraz uszkodzeń komponentów dzielących obciążenie. Może to skutkować małą dokładnością tak obliczanego średniego czasu do uszkodzenia systemu równoległego i stanowić zagrożenie dla jego niezawodności. W prezentowanej pracy rozważano nie tylko wpływ uszkodzenia wywołanego wspólną przyczyną dla modelu typu wytrzymałość-obciążenie, ale również wpływ jednocześnie występujących uszkodzeń wywołanych wspólną przyczyną i uszkodzeń elementów dzielących obciążenie. Poza tym opracowano model, w którym omawiane dwa typy uszkodzeń występują jednocześnie w systemie równoległym składającym się z trzech zależnych elementów oraz przeanalizowano właściwości takiego systemu. W artykule przedstawiono przykład numeryczny, który ilustruje zastosowanie proponowanej metody.

Słowa kluczowe

EN

system reliability; mean time to failure; common cause failure; load-sharing failure; parallel system

PL

niezawodność systemu; średni czas do uszkodzenia; uszkodzenie wywołane wspólną przyczyną; uszkodzenie elementów dzielących obciążenie; system równoległy

• Wydawca: Polskie Naukowo-Techniczne Towarzystwo Eksploatacyjne
• Czasopismo: Eksploatacja i Niezawodność
• Rocznik: 2020
• Tom: Vol. 22, no. 1
• Strony: 26--34
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Zhang Chao

• School of Automation Science and Electrical Engineering Beihang University Beijing 100083, China

autor

Zhang Yunan

• Intelligence Science College National University of Defense Technology Changsha 410073, China

Bibliografia

• 1. Alizadeh S, Srirramula S. Impact of common cause failure on reliability performance of redundant safety related systems subject to process demand. Reliability Engineering & System Safety 2018; 172: 129-150, https://doi.org/10.1016/j.ress.2017.12.011.
• 2. Fan M F, Zeng Z G. A stochastic hybrid systems model of common-cause failures of degrading components., Reliability Engineering & System Safety 2018; 172: 159-170, https://doi.org/10.1016/j.ress.2017.12.003.
• 3. Huang L, Xu Q. Lifetime reliability for load-sharing redundant systems with arbitrary failure distributions. IEEE Transactions on Reliability 2010; 59: 319-330, https://doi.org/10.1109/TR.2010.2048679.
• 4. Jiang T, Liu Y, Zheng Y. Optimal loading strategy for multi-state systems: cumulative performance perspective. Applied Mathematical Modelling 2019; 74: 199-216, https://doi.org/10.1016/j.apm.2019.04.043.
• 5. Levitin G. Incorporating common- cause failures into nonrepairable multistate series-parallel system analysis. IEEE Transactions on Reliability 2001; 50: 380-388, https://doi.org/10.1109/24.983398.
• 6. Liu H M. Reliability of a load-sharing k-out-of-n:G system: non-iid components with arbitrary distributions. IEEE Transactions on Reliability 1998; 47: 279-284, https://doi.org/10.1109/24.740502.
• 7. Pourali M. Incorporating common cause failures in mission-critical facilities reliability analysis. IEEE Transactions on Industry Applications 2014; 50: 2883-2890, https://doi.org/10.1109/TIA.2013.2295472.
• 8. Paula C P, Visnadi L B, Castro H F. Multi-objective optimization in redundant system considering load sharing. Reliability Engineering & System Safety 2019; 181: 17-27, https://doi.org/10.1016/j.ress.2018.08.012.
• 9. Sakurahare T, Schumock G, Reihani S. Simulation-informed probabilistic methodology for common cause failure analysis. Reliability Engineering & System Safety 2019; 185: 84-99, https://doi.org/10.1016/j.ress.2018.12.007.
• 10. Sutar S S, Naik-Nimbalkar U V. Accelerated failure time models for load sharing systems. IEEE Transactions on Reliability 2014; 63: 706-714, https://doi.org/10.1109/TR.2014.2313793.
• 11. Vaurio J K. An implicit method for incorporating common-cause failures in system analysis. IEEE Transactions on Reliability 1998; 47: 173-180, https://doi.org/10.1109/24.722285.
• 12. Wang K S, Huang J J, Tsai Y T, Hsu F S. Study of loading policies for unequal strength shared-load system. Reliability Engineering & System Safety 2000; 67: 119-128, https://doi.org/10.1016/S0951-8320(99)00057-5.
• 13. Wang C N, Xing L D, Levitin G. Probability common cause failures in phased-mission systems. Reliability Engineering & System Safety 2015; 144: 53-60, https://doi.org/10.1016/j.ress.2015.07.004
• 14. Wang C N, Xing L D, Levitin G. Explicit and implicit methods for probabilistic common-cause failure analysis. Reliability Engineering & System Safety 2014; 131: 175-184, https://doi.org/10.1016/j.ress.2014.06.024.
• 15. Xiao H, Gao S. Simulation budget allocation for selecting the top-m designs with input uncertainty. IEEE Transactions on Automatic Control 2018; 63: 3127-3134, https://doi.org/10.1109/TAC.2018.2791425.
• 16. Xiao H, Chen H, Lee L H. An efficient simulation procedure for ranking the top simulated designs in the presence of stochastic constraints. Automatica 2019; 103: 106-115, https://doi.org/10.1016/j.automatica.2018.12.008.
• 17. Yuan J. Pivotal decomposition to find availability and failure-frequency of systems with common-cause failures. IEEE Transactions on Reliability 1987; 36: 48-53, https://doi.org/10.1109/TR.1987.5222292
• 18. Ye Z S, Revie M, Walls L. A load sharing system reliability model with managed component degradation. IEEE Transactions on Reliability 2014; 63: 721-730, https://doi.org/10.1109/TR.2014.2315965.
• 19. Yang K, Younis H. A semi-analytical Monte Carlo simulation method for system's reliability with load sharing and damage accumulation. Reliability Engineering & System Safety 2005; 87: 191-200, https://doi.org/10.1016/j.ress.2004.04.016.
• 20. Zhao X J, Liu B, Liu Y Q. Reliability modeling and analysis of load-sharing systems with continuously degrading components. IEEE Transactions on Reliability 2018; 67: 1096-1110, https://doi.org/10.1109/TR.2018.2846649.
• 21. Zhang J C, Zhao Y, Ma X B. A new reliability analysis method for load-sharing k-out-of-n: F system based on load-strength model. Reliability Engineering & System Safety 2019; 182: 152-165, https://doi.org/10.1016/j.ress.2018.10.013.
• 22. Zhang N, Fouladirad M, Barros A. Maintenance analysis of a two-component load- sharing system. Reliability Engineering & System Safety 2017; 167: 67-74, https://doi.org/10.1016/j.ress.2017.05.027.
• 23. Zuo L, Tangfan X, Yu L. Evidential network-based failure analysis for systems suffering common cause failure and model parameter uncertainty. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science 2019; 233: 2225-2235, https://doi.org/10.1177/0954406218781407.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).