一种消防系统可靠性评估方法
【专利摘要】一种消防系统可靠性评估方法。本发明属于可靠性评估技术在消防系统领域中的应用，解决了消防系统中由于多信号输入导致可靠度分析复杂、易出现误差和遗漏的问题。主要技术实施方案是首先根据消防系统的边界和成功准则构成建立消防系统的GO图，根据消防系统维保检测得到的数据资料，带入消防系统GO模型，应用传统GO运算和局部卡诺图化简运算的方法计算相应消防系统的可靠性指标如故障率、平均维修时间、可用度等。本发明可以对消防系统的可靠性进行客观的定性评价或精确的定量评价，并将在消防系统的可靠性设计、可靠性制造、故障分析以及系统评价中广泛应用。
【专利说明】
一种消防系统可靠性评估方法
技术领域
[0001] 本发明属于消防工程技术应用领域，具体讲属于可靠性评估技术在消防行业的应 用，包括建立消防系统的可靠性模型、确定消防系统可靠性数据分析和整理方法，对消防系 统的可靠性作出定性或定量的评价。 技术背景
[0002] 消防系统是集预警、防火、灭火功能于一身的综合系统，其可靠性直接影响设备的 风险水平。
[0003] 成功流的方法(Go Oriented，即G0法)是以成功为导向的系统可靠性研究方法。20 世纪60年代，美国Kaman科学公司首次提出利用G0法解决复杂系统可靠性问题，后经完善和 发展，被广泛应用于机械、航天、物流等领域。其中，杜玉龙、付建民等学者将G0法应用于消 防系统，探讨了其在消防系统可靠性研究中的适用性。
[0004] G0法适用于分析多状态、有时序、有信号反馈系统的可靠性，可直接定性定量分析 系统，而不需事先求最小割集。系统中存在多信号输入时，G0模型会出现"或"门，导致系统 割集增多。G0法在遇到多信号输入时，常用公式化简法，该法要求熟练掌握逻辑代数的公式 和定律，步骤多，计算量大，易出现遗漏或误差。
[0005] 卡诺图法是由卡诺提出的化简逻辑函数的方法，基本原理是具有相邻性的最小项 可以合并，消去不同因子。卡诺图化简法能解决在事件不完全独立的情况下带来的计算误 差，且简单、不易造成组合的遗漏或重复。丁少帅将卡诺图化简法引入G0法，简化了寻找成 功状态组合的过程。
[0006] 消防系统中许多元器件的启动存在多信号输入的情况，是分析消防系统可靠性时 易出现误差的环节。
【发明内容】
[0007] 为了解决消防系统中多信号输入导致系统可靠性评估复杂、易出现差错和遗漏的 缺点，本发明依据卡诺图化简法具有"合并同项，消去不同因子"的特点，将卡诺图引入传统 G0运算，构建了基于改进G0法的消防系统可靠性评估方法。该方法主要内容如下：
[0008] 1.根据消防系统的工作原理绘制消防系统G0法分析图；
[0009] 2.根据可修系统的特点，确定消防系统的可靠性评估指标；
[0010] 3.根据消防检测维保工作的数据，整理得到消防系统评估所需要的基础数据；
[0011] 4.根据消防系统的G0图，采取传统G0法和局部应用卡诺图化简法相结合的方式定 性和定量的分析消防系统可靠性。
[0012] 本发明的技术方案：
[0013] 本发明采用的技术方案是首先根据消防系统的工作原理，确定其G0图，根据消防 维保检测的数据确定相应消防系统部件的故障数据，应用G0运算规则和卡诺图化简法对消 防系统进行分析，得到系统的可靠度参数。本发明的主要步骤如下：
[0014] 1确走系统、边界及成功准则
[0015] 首先定义所研究的系统、明确分析目的、确定系统功能。G0原理中，G0法适用于多 状态系统，这个多态是指多种成功状态，消防系统也是多态系统，它的多态是指多种失效状 态，成功状态只有一种，即正常启动灭火。似乎有悖于G0原理，但若将消防系统末端喷头有 信号输出即能灭火作为成功准则，它的故障状态就只有末端喷头无法动作一种，即符合G0 原理。明确系统后，要定义系统的边界条件及成功准则。消防系统可靠性一般指系统自接到 报警信号起，直至系统正常启动过程的可靠性，是指机械结构的可靠性。
[0016] 2绘制G0图
[0017]所谓绘制G0图即利用G0操作码和信号流将系统原理图"翻译"成G0图。
[0018] 3G0 运算
[0019]目前，消防系统要求定期检测和维护，检测和维护的资料是评估其可靠性的重要 数据。
[0020] G0运算时，选用如下特征量作为其可靠性参数。
[0021] MTBF = 1/A
[0022] MTTR=l/y
[0023] MCT=MTBF+MTTR
[0024] Α = μ/(λ+μ)
[0025] f = l/MCT
[0026] 式中，λ为故障率，次/a;μ为维修率，次/h;MTBF(Mean Time Between Failures)为 平均工作时间，h;MTTR(Mean Time To Repair)为平均维修时间，h;MCT(Mean Cycle Time) 为平均寿命时间，h;A为平均工作概率;f为单位时间平均周期数，次/a。
[0027] 新GO模式的运算包括两部分，即应用传统GO运算求解一般信号流的概率和局部应 用卡诺图化简法求解多信号输入的信号流概率。
[0028] 传统G0运算规则即G0操作符的运算规则，下面介绍4种常用的操作符运算公式：
[0029] 定义Pe为系统有效度，从而，Ι-Pe为系统无效度，ye为维修率，为故障率。各状态 的操作符参数为托(1)义(1)#(1)。1表示状态值，其中1表示成功，2表示故障 <^#表示 达到稳态。
[0030] (1)类型1两状态单元
[0031] PR(l)=Ps(l)Pc(l)
[0032] Pr(2)=Ps(2)+Ps(1)Pc(2)
[0033] Ar = As+Ac
[0034] μκ = λκΡκ(1)/Ρκ(2)
[0035] (2)类型2或门
[0036] Pr(1) = 1-Pr(2)
[0039] λκ = μκΡκ(2)/ΡΚ(1)
[0040] (3)类型5单信号发生器
[0041] Pr(1)=Pc(1)
[0042] Pr(2)=Pc(2)
[0043] Ar = Ac
[0044] yR = y〇
[0045] (4)类型6有条件信号而导通的元件
[0046] Pr(1)=Psi(1)Ps2(1)Pc(1)
[0047] Pr(2)=Ps2(2)+Psi(1)Ps2(2)+Psi(1)Ps2(1)Pc(2)
[0048] Ar = Asi+As2+Ac
[0049] μκ = λκΡκ(1)/Ρκ(2)
[0050] 局部应用卡诺图化简法的方法是根据GO图做出真值表，利用变量在卡诺图中的分 布规律将真值表用卡诺图表示，在卡诺图中找出最小项的相邻项，并将表征相邻最小项的 相邻小方格"圈"在一起进行合并，达到用一个简单"与"项代替若干最小项的目的。根据"两 个相邻最小项可以合并为一个与项并消去一个互反变量"的原理，求得G0图中逻辑函数的 表达式。
【附图说明】
[0051 ]图1:预作用喷水灭火系统工作原理图
[0052]图2:预作用喷水灭火系统G0图（避难包工作过程示意图)
[0053]图3:卡诺图分析结果
【具体实施方式】：
[0054]对于一个待分析的消防系统，首先通过收集整理得到系统的运行数据，如故障记 录、测试记录等，然后应用本发明构建的改进G0法对其进行可靠性分析。以预作用喷水灭火 系统为例(本算例演示所涉及的消防设施可靠性指标数值均为基于实际案例统计的假设）
[0055] 1预作用喷水灭火系统工作原理如图1。
[0056] 预作用喷水灭火系统的输入是消防水箱，故水源用类型5操作符，输出是喷头喷 水，只有成功和失败两种状态，用类型1操作符。探测器动作信号、发现火情来自系统外部， 用类型5操作符。电磁阀、预作用阀、给水栗可由多种方式启动，只要一种方式成功，系统便 能成功启动，用类型2操作符。图2为预作用喷水灭火系统G0图。
[0057] G0图中有14个操作符，操作符和预作用喷水灭火系统的部件相对应。操作符的可 靠性参数如表1。
[0058] 表1预作用喷水灭火系统操作符数据
[0060]信号流11是多信号输入，对其进行局部卡诺图（图2中虚线框图部分)分析，求信号 流11的输出表达式。
[0061 ]用Pci表示操作符i的工作概率，Pj表示信号流j的成功概率。
[0062] 该局部系统包含两条路径，即7、8-9_10,对该环节进行卡诺图分析。
[0063] 首先，由图2得该局部G0图的真值表:如下表。
[0064] 表2局部G0图的真值表
[0066] 然后用卡诺图表示该真值表，并化简，如图3。
[0067] 根据卡诺图"两个相邻最小项可以合并为一个与项并消去一个互反变量"的原理， 得：
[0068] Pll = Pc7+Pc8Pc9Pci0_Pc7Pc8Pc9Pci0
[0069] 表3为传统GO运算求解信号流7的过程：
[0070] 表3传统G0运算求解信号流7的过程
[0072]由上述公式求得信号流11的平均工作概率为0.999999685,故障率为l.le(-3)，维 修率为0.31，平均故障概率为0.000787527。
[0073 ]继续应用传统G0运算求解信号流14的可靠性参数。
[0074]表4传统G0运算求解信号流14的过程
[0076] 表5为新G0模式对预作用喷水灭火系统各项可靠性指标的最终计算结果：
[0077] 表5预作用喷水喷水灭火系统可靠性指标
[0079]由系统可靠性参数求得，该系统可靠度为99.6%，平均无故障工作时间为101天， 平均维修时间为8小时，平均寿命为102天，因此对该系统的检查周期宜为3个月。
[0080]本发明的有益效果是根据消防产品的工作原理建立唯一的可靠性模型，应用传统 G0运算规则和卡诺图化简法相结合的方法对消防系统的可靠性进行定性或定量的评价，运 算过程形象直观且简便快捷，避免了计算过程的误差和遗漏。
【主权项】
1. 一种消防系统可靠性评估方法，包括确定消防系统的边界和成功准则、绘制消防系 统的GO图、确定消防系统组成单元的可靠性指标、利用传统GO运算和局部卡诺图化简的方 法分析和计算消防系统的可靠性指标，其特征是依据消防系统的工作原理建立了消防系统 的GO法模型图，并运用卡诺图化简的方法解决了多信号输入导致系统分析中或门计算复杂 的问题。2. 根据权利1要求所述的方法，其特征是：确定消防系统的边界和成功准则，确定消防 系统的可靠性指标。在此将消防系统末端喷头有信号输出即能灭火作为成功准则，故障状 态只有末端喷头无法动作一种。消防系统的成功准则即为消防系统的可靠性，是指系统自 接到报警信号起，直至系统正常启动过程的可靠性，是指机械结构的可靠性。3. 根据权利1要求所述的方法，其特征是:根据消防系统的工作原理，建立消防系统的 GO法分析图。在确定消防系统的边界和成功准则的基础上，根据待分析消防系统的工作原 理和操作流程，结合消防系统内部实际物质流水流、电流、气体流的流向和控制形式，确定 对应分析单元，建立了消防系统的GO法分析图。4. 根据权利1要求所述的方法，其特征是:应用GO模型分析消防系统的可靠性，在确定 消防系统可靠性数据以及建立消防系统GO法分析图的基础上，应用传统GO运算规则和局部 卡诺图化简法来计算消防系统可靠性的输出值。5. 根据权利1要求所述的方法，其特征是:传统GO运算规则即GO操作符的运算规则。6. 根据权利1要求所述的方法，其特征是:局部应用卡诺图化简法的方法是根据GO图做 出真值表，利用变量在卡诺图中的分布规律将真值表用卡诺图表示，在卡诺图中找出最小 项的相邻项，并将表征相邻最小项的相邻小方格"圈"在一起进行合并，达到用一个简单 "与"项代替若干最小项的目的。根据"两个相邻最小项可以合并为一个与项并消去一个互 反变量"的原理，求得GO图中逻辑函数的表达式。
【文档编号】G06F19/00GK105868527SQ201610134055
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月8日
【发明人】阮德振, 宋文华, 宋相杰, 张炳峰
【申请人】天津工业大学, 天津市龙安科技发展有限公司