Modelowanie dynamiczno-niezawodnościowe systemów z uszkodzeniami o wspólnej przyczynie w warunkach obciążenia losowego

• Autorzy: Wang Z. , Kang R. , Xie L.

Warianty tytułu

EN

Dynamic reliability modeling of systems with common cause failure under random load

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents a new method for developing the dynamic reliability model of systems, in which reliability and hazard rate of systems are expressed as functions of load, strength and time. First, reliability models of systems with common cause failure are developed by applying the load-strength interference model, and the cumulative distribution function and the probability density function of strength for different systems are derived. Reliability models of systems under repeated random load are developed. Then, the loading process is described as a Poisson stochastic process, the dynamic reliability models of systems without strength degeneration and those with strength degeneration are derived. Finally, the relationship between reliability and time, and the hazard rate of systems, are discussed. The results show that even if strength does not degenerate, the reliability of systems decreases over time, and the hazard rate of systems decreases over time, too. When strength degenerates, the reliability of systems decreases over time more rapidly, and the hazard rate curves of systems are bathtub-shaped. The models proposed can be applied to determine the duration of a trial run, the reliable operation life and the maintenance schedule. It is helpful for the life cycle management of systems.

PL

Artykuł przedstawia nową metodę tworzenia modeli dynamiczno-niezawodnościowych systemów, w których niezawodność i stopa ryzyka wyrażane są jako funkcje obciążenia, wytrzymałości i czasu. W pierwszej części artykułu przedstawiono sposób tworzenia modeli niezawodnościowych systemów z uszkodzeniami o wspólnej przyczynie stosując model interferencji pomiędzy obciążeniem a wytrzymałością, oraz wyprowadzono funkcje rozkładu kumulacyjnego oraz gęstości prawdopodobieństwa wytrzymałości dla różnych systemów. Utworzono także modele niezawodnościowe systemów w warunkach cyklicznego obciążenia losowego. Następnie opisano proces obciążania jako proces stochastyczny Poissona oraz wyprowadzono dynamiczne modele niezawodnościowe systemów o nie zmniejszającej się i zmniejszającej się wytrzymałości. Na koniec omówiono związek pomiędzy niezawodnością i czasem oraz stopę ryzyka systemów. Wyniki pokazują, że nawet przy nie zmniejszającej się wytrzymałości, niezawodność systemów zmniejsza się wraz z upływem czasu, podobnie jak ich stopa ryzyka. Gdy spada wytrzymałość, niezawodność systemów zmniejsza się szybciej wraz z upływającym czasem. Proponowane modele można wykorzystywać przy ustalaniu czasu trwania pracy próbnej, czasu niezawodnej pracy oraz harmonogramu eksploatacyjnego. Są one pomocne w zarządzaniu cyklem życia systemów.

Słowa kluczowe

EN

dynamic reliability; common cause failure; system reliability; hazard rate; load-strength interference

PL

niezawodność dynamiczna; uszkodzenie o wspólnej przyczynie; niezawodność systemu; stopa ryzyka; interferencja; obciążenie; wytrzymałość

• Wydawca: Polskie Naukowo-Techniczne Towarzystwo Eksploatacyjne
• Czasopismo: Eksploatacja i Niezawodność
• Rocznik: 2009
• Tom: nr 3
• Strony: 47--54
• Opis fizyczny: Bibliogr. 31 poz.

Twórcy

autor

Wang Z.

autor

Kang R.

autor

Xie L.

• Institute of Reliability Engineering Beijing University of Aeronautics and Astronautics Beijing, P.R. China,

Bibliografia

• 1. Anatoly L. Extended block diagram method for a multi-state system reliability assessment. Reliability Engineering & System Safety 2007; 92(12): 1601-1607.
• 2. Atwood C L. The binomial failure rate common cause model. Technometrics 1986; 28(2): 139-148.
• 3. Czarnecki A. A, Nowak A S. Time-variant reliability profiles for steel girder bridges. Structural Safety 2008; 30(1): 49-64.
• 4. Dai Y S, Levitin G, Wang X L. Optimal task partition and distribution in grid service system with common cause failures. Future Generation Computer Systems 2007; 23(2): 209-218.
• 5. Ditlevsen O.Stochastic model for joint wave and wind loads on offshore structures. Structural Safety 2002; 24(2-4): 139-163.
• 6. Döre P. Basic aspects of stochastic reliability analysis for redundancy systems. Reliability Engineering & System Safety 1989; 24(4): 351-375.
• 7. Günter B, Leonidas C, Dimitris K. Dynamic reliability under random shocks. Reliability Engineering & System Safety 2002; 77(3): 239-251.
• 8. Hokstad P. A shock model for common cause failure. Reliability Engineering & System Safety 1988; 23(2): 127-145.
• 9. Huang C Y, Chang Y R. An improved decomposition scheme for assessing the reliability of embedded systems by using dynamic fault trees. Reliability Engineering & System Safety 2007; 92(10): 1403-1412.
• 10. Huang H Z, An Z W. A discrete stress-strength interference model with stress dependent strength. IEEE Transactions on Reliability 2008; 58(1): 118-122.
• 11. Huang H Z, Liu Z J, Murthy D N P. Optimal reliability, warranty and price for new products. IIE Transactions 2007; 39(8): 819-827.
• 12. Huang H Z, Qu J, Zuo M J. Genetic-algorithm-based optimal apportionment of reliability and redundancy under multiple objectives. IIE Transactions 2009; 41(4): 287-298.
• 13. Ionescu D C, Ulmeanu A P, Constantinescu A C, et al. Reliability modeling of medium voltage distribution systems of nuclear power plants using generalized stochastic Petri nets. Computers and Mathematics with Applications 2006; 51(2): 285-290.
• 14. Jose E, Ramirez M, Coit D W. Optimization of system reliability in the presence of common cause failures. Reliability Engineering & System Safety 2007; 92(10): 1421-1434.
• 15. Levitin G. Incorporating common-cause failures into norepairable multi-state series-parallel system analysis,”. IEEE Transactions on Reliability 2001; 50(4): , vol. 50, no. 4, pp. 380-388, 2001.
• 16. Liu Y. Huang H Z. Comment on ‘‘A framework to practical predictive maintenance modeling for multi-state systems’’ by Tan C.M. and Raghavan N. [Reliab Eng Syst Saf 2008; 93(8): 1138–50]. Reliability Engineering and System Safety 2009; 4(3): 776-780.
• 17. Mankamo T, Kosonen M. Dependent failure modeling in highly redundant structures–application to BWR safety valves. Reliability Engineering & System Safety 1992; 35(3): 235-244.
• 18. Mosleh A, Parry G W, Zikria A F. An approach to the analysis of common cause failure data for plant-specifi c application. Nuclear Engineering and Design 1994; 150(1-2): 25-47.
• 19. Nishimura S I, Shimizu H. Reliability-based design of ground improvement for liquefaction mitigation. Structural Safety 2008; 30(3): 200-216.
• 20. Raphaël S, Aubry J F, Cambois T, et al. An aggregation method of Markov graphs for the reliability analysis of hybrid systems. Reliability Engineering & System Safety 2006; 91(2): 137-148.
• 21. Streicher H, Rackwitz R. Time-variant reliability-oriented structural optimization and a renewal model for life-cycle costing. Probabilistic Engineering Mechanics 2004; 19(1-2): 171-183.
• 22. Tian L, Noore A. Dynamic software reliability prediction: an approach based on support vector machines. International Journal of Reliability, Quality and Safety Engineering 2005; 12(4): 309-321.
• 23. Torres M A, Ruiz S E. Structural reliability evaluation considering capacity degradation over time. Engineering Structures 2007; 29(9): 2183-2192.
• 24. Vaurio J K. Availability of redundant safety systems with common mode and undetected failures. Nuclear Engineering and Design 1980; 58(3): 415-424.
• 25. Vaurio J K. Consistent mapping of common cause failure rates and alpha factors. Reliability Engineering & System Safety 2007;92(5): 628-645.
• 26. Wang Z, Xie L Y. Reliability model of component under stochastic ally repeated load. The First International Conference on Maintenance Engineering, Beijing: Science Press 2006; 895-900.
• 27. Wang Z, Xie L Y, Li B. Time-dependent reliability models of systems with common cause failure. International Journal of Performability Engineering 2007; 3(4): 419-432.
• 28. Xing L D, Meshkat L, Susan K, Donohue. Reliability analysis of hierarchical computer-based systems subject to common-cause failures. Reliability Engineering & System Safety 2007; 92(3): 351-359.
• 29. Xie L Y, Wang Z. Reliability degradation of mechanical components and systems. Handbook of Performability Engineering (Misra, Krishna B Ed.), Springer 2008.
• 30. Xie L Y, Zhou J Y, Hao C Z. System-level load–strength interference based reliability modeling of k-out-of-n system. Reliability Engineering & System Safety 2004; 84(3): 311-317.
• 31. Xie L Y, Zhou J Y, Wang Y Y,et al. Load-strength order statistics interference models for system reliability evaluation. International Journal of Performance Engineering 2005; 1(1): 22-36.