基于D-S證據(jù)理論與Markov模型的安全儀表系統(tǒng)可靠性研究.pdf

1、現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的大規(guī)模發(fā)展，為人類提供更豐富的物質(zhì)生活產(chǎn)品的同時(shí)，也帶來(lái)了災(zāi)難性事故危害的潛在風(fēng)險(xiǎn)。為了提高工業(yè)生產(chǎn)的安全性，安全儀表系統(tǒng)(SafetyInstrumentedSystem，SIS)被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代流程工業(yè)，以便在事故發(fā)生前能執(zhí)行其安全功能，避免事故的發(fā)生或減少事故發(fā)生后造成的危害。安全儀表系統(tǒng)作為流程工業(yè)安全生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)施，對(duì)其自身的安全可靠性要求很高，但由于自身結(jié)構(gòu)、軟件、硬件、周圍環(huán)境及維護(hù)等原因，安全儀表系

2、統(tǒng)本身也存在著安全性問(wèn)題。為了確保安全生產(chǎn)、避免事故的發(fā)生，需要對(duì)安全儀表系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)估，因此，其可靠性評(píng)估方法的研究成為功能安全領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。
　　 目前，對(duì)安全儀表系統(tǒng)可靠性評(píng)估的主要方法有五種，即:故障樹(shù)、可靠性框圖、簡(jiǎn)化公式法、PDS及Markov模型。前四種模型計(jì)算簡(jiǎn)單，但一次建模所考慮的性能指標(biāo)有限，存在過(guò)多的條件假設(shè)，無(wú)法動(dòng)態(tài)的反應(yīng)安全儀表系統(tǒng)各狀態(tài)之間的動(dòng)態(tài)變化。而Markov模型克服了前四種模

3、型的不足，但也存在未考慮安全儀表系統(tǒng)的參數(shù)不確定性、模型的不完整性及人為因素等不確定性因素，使得評(píng)估結(jié)果仍有不足。由于人為因素較難量化，本文暫不考慮，而參數(shù)不確定是指Markov模型中假設(shè)各個(gè)狀態(tài)參數(shù)值為點(diǎn)值，但在實(shí)際應(yīng)用中各個(gè)狀態(tài)參數(shù)會(huì)隨著使用時(shí)間的推移而變化，是一個(gè)區(qū)間值。其次，為了提高安全儀表系統(tǒng)的可用性和可靠性系統(tǒng)通常采用冗余結(jié)構(gòu)，而在多重冗余結(jié)構(gòu)中對(duì)安全可靠性影響最大的是共因失效因子，但Markov模型中采用的β因子模型，不同

4、冗余結(jié)構(gòu)使用相同的共因失效因子β，模型存在不完整性。
　　 為了解決Markov可靠性評(píng)估模型存在的不確定性問(wèn)題，本文對(duì)現(xiàn)有的可靠性評(píng)估模型進(jìn)行了分析研究。針對(duì)Markov模型應(yīng)用到SIS系統(tǒng)可靠性評(píng)估中存在的參數(shù)不確定性問(wèn)題，本文將D-S證據(jù)理論的方法引入Markov模型，提出了DS-Markov模型，該模型通過(guò)引入D-S證據(jù)理論的信度函數(shù)和似真度函數(shù)來(lái)計(jì)算由各個(gè)狀態(tài)組成的辨識(shí)框架中失效率的區(qū)間值，得到兩個(gè)不同的Markov模

5、型狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，根據(jù)不同的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣計(jì)算單元或系統(tǒng)的平均要求時(shí)失效概率，最終得到一個(gè)平均要求時(shí)失效概率的區(qū)間值。
　　 其次，針對(duì)SIS可靠性評(píng)估中Markov模型的模型不完整性問(wèn)題，本文結(jié)合β因子模型和多重β因子模型提出了一個(gè)新的共因失效因子模型—β*模型，β*模型不僅采用共因失效修正因子CMooN來(lái)區(qū)分不同的冗余結(jié)構(gòu)的共因失效因子，還考慮了安全儀表系統(tǒng)的自診斷性。
　　 本文通過(guò)DS-Markov模型和Markov

6、模型對(duì)常見(jiàn)的冗余結(jié)構(gòu)(1oo1、1oo2、2oo2、2oo3、1oo2D)單元進(jìn)行可靠性評(píng)估，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了分析;通過(guò)β*模型與β模型對(duì)2oo3冗余結(jié)構(gòu)單元評(píng)估并分析了評(píng)估結(jié)果;再把改進(jìn)了的模型應(yīng)用到一個(gè)完整的安全儀表系統(tǒng)中驗(yàn)證對(duì)其可靠性評(píng)估的準(zhǔn)確度。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明本文提出的DS-Markov模型評(píng)估均值高于Markov模型評(píng)估得到的點(diǎn)值，DS-Markov模型評(píng)估準(zhǔn)確度更高;本文提出β*模型評(píng)估結(jié)果均高于β模型，對(duì)安全儀表系統(tǒng)的可靠性評(píng)