Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Fault diagnosis for complex systems based on reliability analysis and sensors data considering epistemic uncertainty

Duan R., Lin Y., Zeng Y.

Eksploatacja i Niezawodność

|

2018

|

Vol. 20, no. 4

558--566

EN

This paper presents an information fusion method to diagnose system fault based on dynamic fault tree (DFT) analysis and dynamic evidential network (DEN). In the proposed method, firstly, it uses a DFT to describe the dynamic fault characteristics and evaluates the failure rate of components using interval numbers to deal with the epistemic uncertainty. Secondly, qualitative analysis of a DFT is to generate the characteristic function via a traditional zero-suppressed binary decision diagram, while quantitative analysis is to calculate some importance measures by mapping a DFT into a DEN. Thirdly, these reliability results are updated according to sensors data and used to design a novel diagnostic algorithm to optimize system diagnosis. Furthermore, a diagnostic decision tree (DDT) is obtained to guide the maintenance workers to recover the system. Finally, the performance of the proposed method is evaluated by applying it to a train-ground wireless communication system. The results of simulation analysis show the feasibility and effectiveness of this methodology.

PL

W artykule przedstawiono metodę fuzji informacji służącą do diagnozowania błędów systemu w oparciu o analizę dynamicznego drzewa błędów (DFT) oraz dynamiczną sieć dowodową (DEN). W proponowanej metodzie, pierwszym krokiem jest wykorzystanie DFT do opisania dynamicznych charakterystyk błędów oraz ocena intensywności uszkodzeń komponentów przy użyciu liczb przedziałowych, która rozwiązuje problem niepewności epistemicznej. Krok drugi stanowi jakościowa analiza DFT, która polega na wygenerowaniu funkcji charakterystycznej za pomocą tradycyjnego binarnego diagramu decyzyjnego typu "zero-suppressed" (w którym zostały wyeliminowane wszystkie węzły, których krawędź „1” prowadzi do liścia „0”), oraz analiza ilościowa polegająca na obliczeniu pewnych miar ważności poprzez odwzorowanie DFT w DEN. W kroku trzecim, otrzymane wyniki niezawodnościowe aktualizuje się zgodnie z danymi z czujników a następnie wykorzystuje do stworzenia nowego algorytmu diagnostycznego do optymalizacji diagnostyki systemu. Powstaje diagnostyczne drzewo decyzyjne (DDT), które stanowi dla pracowników utrzymania ruchu wytyczną w procesie odzyskiwania systemu. Działanie proponowanej metody oceniano poprzez zastosowanie jej do diagnostyki systemu łączności radiowej pociąg–ziemia. Wyniki analizy symulacyjnej wskazują na możliwość praktycznego wykorzystania i skuteczność omawianej metodologii.

2

Dynamic diagnostic strategy based on reliability analysis and distance-based VIKOR with heterogeneous information

Li J., Duan R.

Eksploatacja i Niezawodność

|

2018

|

Vol. 20, no. 4

610--620

EN

This paper presents a dynamic diagnostic strategy based on reliability analysis and distance-based VIKOR with heterogeneous information. Specifically, the proposed method uses a dynamic fault tree (DFT) to describe the dynamic fault characteristics and evaluates the failure rate of components using interval numbers to deal with the epistemic uncertainty. Furthermore, DFT is mapped into a dynamic evidential network (DEN) to calculate some reliability parameters and these parameters together with test cost constitute a decision matrix. In addition, a dynamic diagnostic strategy is developed based on an improved VIKOR algorithm and the previous diagnosis result. This diagnosis algorithm determines the weights of attributes based on the Entropy concept to avoid experts’ subjectivity and obtains the optimal ranking directly on the original heterogeneous information without a transformation process, which can improve diagnosis efficiency and reduce information loss. Finally, the performance of the proposed method is evaluated by applying it to a train-ground wireless communication system. The results of simulation analysis show the feasibility and effectiveness of this methodology.

PL

W artykule przedstawiono dynamiczną strategię diagnostyczną, w której wykorzystuje się oryginalne informacje heterogeniczne. Metoda ta bazuje na analizie niezawodności i opartym na odległościach algorytmie VIKOR. Dokładniej, przedstawiona strategia polega na wykorzystaniu dynamicznego drzewa błędów (DFT) do opisu dynamicznych charakterystyk błędów oraz ocenie intensywności uszkodzeń komponentów przy użyciu liczb przedziałowych, co pozwala rozwiązać problem niepewności epistemicznej. Ponadto, w proponowanej metodzie, DFT zostaje odwzorowane w dynamiczną sieć dowodową (DEN) w celu obliczenia niektórych parametrów niezawodności, a parametry te wraz z kosztem badań diagnostycznych tworzą matrycę decyzyjną. Opracowana dynamiczna strategia diagnostyczna opiera się na udoskonalonym algorytmie diagnostycznym VIKOR oraz wynikach wcześniejszej diagnostyki. Algorytm VIKOR określa wagi atrybutów w oparciu o koncepcję Entropii, co pozwala wyeliminować subiektywność oceny eksperckiej i ustalić optymalną kolejność działań diagnostycznych bazując bezpośrednio na oryginalnych informacjach heterogenicznych bez konieczności ich transformacji, co może poprawić efektywność diagnozy i zmniejszyć utratę informacji. Działanie proponowanej metody oceniano poprzez zastosowanie jej do diagnostyki systemu łączności radiowej pociąg–ziemia. Wyniki analizy symulacyjnej wskazują na możliwość praktycznego wykorzystania i skuteczność omawianej metodologii.

3

Fault diagnosis for complex systems based on dynamic evidential network and multi-attribute decision making with interval numbers

Duan R., Hu L., Lin Y.

Eksploatacja i Niezawodność

|

2017

|

Vol. 19, no. 4

580--589

EN

The complexity of modern system structures and failure mechanisms makes it very difficult to locate the system fault. It has characteristics of dynamics of failure, diversity of distribution and epistemic uncertainties, which increase the challenges in the fault diagnosis significantly. This paper presents a fault diagnosis framework for complex systems within which the failure rates of components are expressed in interval numbers. Specifically, it uses a dynamic fault tree (DFT) to model the dynamic fault behaviors and deals with the epistemic uncertainties using Dempster-Shafer (D-S) theory and interval numbers. Furthermore, a solution is proposed to map a DFT into a dynamic evidential network (DEN) to calculate the reliability parameters. Additionally, diagnostic importance factor (DIF), Birnbaum importance measure (BIM) and heuristic information values (HIV) are taken into account comprehensively in order to obtain the best fault search scheme using an improved VIKOR algorithm. Finally, an illustrative example is given to demonstrate the efficiency of this method.

PL

Złożoność nowoczesnych struktur systemowych oraz mechanizmów uszkodzeń powoduje trudności w lokalizacji uszkodzeń systemu. Systemy złożone charakteryzują się cechami, takimi jak dynamika uszkodzeń, różnorodność rozkładów oraz niepewność epistemiczna, które czynią wyzwania dotyczące diagnostyki uszkodzeń znacznie trudniejszymi. W niniejszym artykule przedstawiono metodę diagnozowania uszkodzeń systemów złożonych, w której intensywność uszkodzeń poszczególnych składników wyraża się za pomocą liczb przedziałowych. W szczególności, podejście to wykorzystuje dynamiczne drzewo błędów (DFT) do modelowania dynamicznych zachowań związanych z uszkodzeniami oraz rozwiązuje problem niepewności epistemicznej przy użyciu teorii Dempstera-Shafera (DS) oraz liczb przedziałowych. W celu obliczenia parametrów niezawodności, zaproponowano rozwiązanie polegające na odwzorowaniu DFT w dynamiczną sieć dowodową (DEN). Dodatkowo, w sposób kompleksowy wykorzystano czynnik ważności diagnostycznej (DIF), miarę ważności Birnbauma (BIM) oraz wartości informacji heurystycznej (HIV), aby przy użyciu udoskonalonego algorytmu VIKOR uzyskać najlepszy system wyszukiwania błędów. Skuteczność omawianej metody zilustrowano na podstawie przykładu.

4

Stability analysis and H∞ control of discrete T–S fuzzy hyperbolic systems

Duan R., Li J., Zhang Y., Yang Y., Chen G.

International Journal of Applied Mathematics and Computer Science

|

2016

|

Vol. 26, no. 1

133--145

EN

This paper focuses on the problem of constraint control for a class of discrete-time nonlinear systems. Firstly, a new discrete T–S fuzzy hyperbolic model is proposed to represent a class of discrete-time nonlinear systems. By means of the parallel distributed compensation (PDC) method, a novel asymptotic stabilizing control law with the “soft” constraint property is designed. The main advantage is that the proposed control method may achieve a small control amplitude. Secondly, for an uncertain discrete T–S fuzzy hyperbolic system with external disturbances, by the proposed control method, the robust stability and H∞ performance are developed by using a Lyapunov function, and some sufficient conditions are established through seeking feasible solutions of some linear matrix inequalities (LMIs) to obtain several positive diagonally dominant (PDD) matrices. Finally, the validity and feasibility of the proposed schemes are demonstrated by a numerical example and a Van de Vusse one, and some comparisons of the discrete T–S fuzzy hyperbolic model with the discrete T–S fuzzy linear one are also given to illustrate the advantage of our approach.

5

Diagnosis strategy for complex systems based on reliability analysis and MA DM under epistemic uncertainty

Duan R., Zhou H., Fan J.

Eksploatacja i Niezawodność

|

2015

|

Vol. 17, no. 3

345--354

EN

Fault tolerant technology has greatly improved the reliability of train-ground wireless communication system (TWCS). However, its high reliability caused the lack of sufficient fault data and epistemic uncertainty, which increased significantly challenges in system diagnosis. A novel diagnosis method for TWCS is proposed to deal with these challenges in this paper, which makes the best of reliability analysis, fuzzy sets theory and MADM. Specifically, it adopts dynamic fault tree to model their dynamic fault modes and evaluates the failure rates of the basic events using fuzzy sets theory and expert elicitation to hand epistemic uncertainty. Furthermore, it calculates some quantitative parameters information provided by reliability analysis using algebraic technique and Bayesian network to overcome some disadvantages of the traditional methods. Diagnostic importance factor, sensitivity index and heuristic information values are considered comprehensively to obtain the optimal diagnostic ranking order of TWCS using an improved TOPSIS. The proposed method takes full advantages of the dynamic fault tree for modelling, fuzzy sets theory for handling uncertainty and MADM for the best fault search scheme, which is especially suitable for fault diagnosis of the complex systems.

PL

Technologia odporna na błędy przyczyniła się do dużej poprawy niezawodności systemów łączności bezprzewodowej pociąg-ziemia (TWCS). Jednakże wysoka niezawodność tych systemów pociąga za sobą brak wystarczających danych o uszkodzeniach oraz niepewność epistemologiczną, której zwiększenie stworzyło liczne wyzwania w zakresie diagnostyki systemów. W niniejszej pracy zaproponowano nowatorską metodę diagnozowania TWCS, która odpowiada na owe wyzwania wykorzystując analizę niezawodności, teorię zbiorów rozmytych oraz metody wieloatrybutowego podejmowania decyzji MADM. W szczególności, zaproponowana metoda wykorzystuje dynamiczne drzewa błędów do modelowania dynamicznych stanów niezdatności oraz pozwala na oszacowanie częstości występowania uszkodzeń dla zdarzeń podstawowych z wykorzystaniem teorii zbiorów rozmytych oraz oceny eksperckiej, rozwiązując w ten sposób problem niepewności epistemologicznej. Ponadto, metoda ta umożliwia obliczenie niektórych parametrów ilościowych na podstawie informacji pochodzących z analizy niezawodności, z zastosowaniem techniki algebraicznej oraz sieci bayesowskich, co pozwala na obejście ograniczeń tradycyjnie stosowanych metod. W artykule przeprowadzono szczegółową analizę czynnika ważności diagnostycznej, wskaźnika czułości oraz wartości informacji heurystycznej w celu określenia optymalnej kolejności działań diagnostycznych dla TWCS z zastosowaniem poprawionej wersji TOPSIS Proponowana metoda w pełni wykorzystuje zalety metody drzewa błędów do modelowania, teorii zbiorów rozmytych – do rozwiązywania problemu niepewności oraz MADM – do wyznaczania najlepszej metody wyszukiwania niezdatności, co jest szczególnie przydatne w przypadku diagnozowania niezdatności systemów złożonych.

6

Diagnosis strategy for micro-computer controlled straight electro-pneumatic braking system using fuzzy set and dynamic fault tree

Duan R., Zhou H.

Eksploatacja i Niezawodność

|

2014

|

Vol. 16, no. 2

217--223

EN

In this paper, a new diagnosis strategy for micro-computer controlled straight electro pneumatic braking system is developed to improve the diagnostic efficiency, which makes full use of some reliability theories and fuzzy set techniques. Specifically, it adopts expert elicitation and fuzzy set theory to evaluate the failure rate of the basic events for the braking system, and uses a dynamic fault tree model to capture the dynamic failure mechanisms and calculates some reliability results by mapping a dynamic fault tree into an equivalent Bayesian network (BN). Furthermore, the schemes are proposed to update the diagnostic importance factor (DIF) and the cut sets according to the sensors data. Finally, an efficient diagnostic algorithm is developed based on these reliability results to guide the maintenance crew to diagnose the braking system. The experimental results demonstrate that the proposed method can locate the fault of the braking system with less diagnosis cost.

PL

W niniejszej pracy, opracowano nową strategię diagnostyki elektro-pneumatycznego układu hamulcowego sterowanego za pomocą mikrokomputera Celem badań była poprawa efektywności diagnostycznej. Strategię oparto na wybranych teoriach niezawodności oraz technikach zbiorów rozmytych. W szczególności, strategia wykorzystuje ocenę ekspercką oraz teorię zbiorów rozmytych do określania intensywności uszkodzeń dla podstawowych zdarzeń zachodzących w układzie hamulcowym oraz posługuje się modelem dynamicznego drzewa uszkodzeń aby uchwycić dynamiczne mechanizmy uszkodzeń. Za pomocą przedstawionej strategii oblicza się także wyniki analiz niezawodnościowych poprzez mapowanie dynamicznego drzewa błędów do równoważnej sieci bayesowskiej (BN). Ponadto w artykule zaproponowano schematy służące do aktualizacji czynnika ważności diagnostycznej (DIF) oraz przekrojów niezdatności zgodnie z danymi z czujników. Wreszcie, w oparciu o uzyskane wyniki analiz niezawodnościowych, opracowano wydajny algorytm diagnostyczny, który zawiadamia załogę konserwatorką o konieczności przeprowadzenia diagnostyki układu hamulcowego. Wyniki doświadczeń pokazują, że proponowana metoda pozwala na zlokalizowanie usterki układu hamulcowego przy mniejszych kosztach diagnozy.

7

Recruitment pattern of tree populations along an altitudinal gradient : Larix chinensis Beissn in Qinling Mountains (China)

Duan R., Wang X., Tu Y., Huang M., Wang C., Zhu Z., Guo H.

Polish Journal of Ecology

|

2009

|

Vol. 57, nr 3

451-459

EN

Larix chinensis Beissn is an endangered plant found only in the Qinling Mountains, Shaanxi, northwestern China. It is densely distributed in the alpine and subalpine belt on their highest peak Taibai Mountain. Age structure studies along a montane altitudinal gradient would be helpful in understanding the limiting factors on the regeneration of natural forests. The forest was divided into three transects, i.e., lower limit (2900-3000 m), mid-altitude (3100-3200 m) and upper limit (3300-3400 m). The age structures differed across altitude classes. The age structure in the low altitude transect was closed to bell-shaped and characterized by the dominance of adult trees. A reverse-J shape age structure was found in the mid-altitude transect. Multi-modal age distribution was found in the high altitude transect, and was caused by lack of young seedlings and saplings. This suggests that different limiting factors play important roles in shaping the age structure and forest regeneration at different altitudes. In the low altitude, light availability was probably the most important limiting factor. In the mid-altitudinal transect, density dependent intraspecific competition between trees likely controlled regeneration of L. chinensis. We suggest that limiting climatic factors, e.g. temperature, play an important role in determining the age structure of L. chinensis populations in highaltitude areas.