基于FMECA和FTA的煤矿胶带运输系统的可靠性分析方法与流程

本技术涉及可靠性分析，尤其涉及一种基于fmeca和fta的煤矿胶带运输系统的可靠性分析方法。

背景技术：

1、目前，煤矿运输过程中的主要运输设备是胶带运输机，胶带运输机属于连续运输机械，具有效率较高、适用范围较广和速度较快等优势，在煤矿生产过程中得到了广泛运用。

2、然而，在实际应用中，由于井下作业环境较恶劣且胶带输送机保持长时间运行，胶带运输机容易发生不同类型的故障。比如，灰尘和矿渣容易进入胶带输送机滚筒轴承内，增加轴承摩擦，对轴承造成不同程度的损坏；输送带上的煤炭在输送过程中与输送带不断摩擦，长时间的摩擦会造成输送带断裂等。而胶带输送机运行状态是否正常，直接关系到煤矿生产质量和井下作业安全。因此，为了保证煤矿井下作业安全与生产效率，需要采取有效的手段和技术对胶带输送机运行状态进行可靠性预测，为煤矿运输系统的故障维修与诊断提供参考依据。

3、相关技术中，一般是通过故障模式影响与危害性分析(fmeca)分析设备每一个故障模式的危害程度并提出预防改进措施，以期望提高煤矿胶带运输系的可靠性。然而，相关技术中的可靠性分析方式，仅采用单一的fmeca法进行可靠性分析，该方案受人为因素影响较大，无法综合考虑故障模式的复杂性和不确定性，分析结果的准确性和可靠性较低。

技术实现思路

1、本技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、为此，本技术的第一个目的在于提出一种基于fmeca和fta的煤矿胶带运输系统的可靠性分析方法，该方法引入模糊分析方法，基于模糊fmeca和贝叶斯fta模型的综合分析，对煤矿胶带机运输系统的故障模式进行准确的分析，有利于保证系统正常、安全的运行。

3、本技术的第二个目的在于提出一种基于fmeca和fta的煤矿胶带运输系统的可靠性分析系统；

4、本技术的第三个目的在于提出一种非临时性计算机可读存储介质。

5、为达上述目的，本技术的第一方面实施例在于提出一种基于fmeca和fta的煤矿胶带运输系统的可靠性分析方法，该方法包括以下步骤：

6、对待分析的煤矿胶带运输机进行fmeca分析，并将每个故障模式的危害性影响因素进行模糊化处理，以获得模糊评价矩阵；

7、通过层次分析法确定每个故障模式的每个危害性影响因素的权重，生成影响因素权重集，并结合所述模糊评价矩阵和所述影响因素权重集对每个故障模式的危害度进行多级模糊综合评价；

8、结合所述多级模糊综合评价的结果确定故障树fta的顶事件，构造煤矿运输系统故障树模型，并将所述故障树模型映射至贝叶斯网络；

9、通过所述贝叶斯网络计算所述顶事件的相关故障信息，并基于所述相关故障信息，从煤矿运输系统的故障率和平均故障间隔时间两个角度对所述煤矿胶带运输系统的可靠性进行预测。

10、可选地，在本技术的一个实施例中，将每个故障模式的危害性影响因素进行模糊化处理，包括：确定危害性影响因素集合，所述危害性影响因素集合中的危害性影响因素包括故障发生率、影响严重程度和故障检测难易度；确定每个所述危害性影响因素的评价等级；基于所述评价等级确定任一故障模式的每个所述危害性影响因素的评价集合，并综合全部危害性影响因素的评价集合，生成模糊评价矩阵。

11、可选地，在本技术的一个实施例中，通过层次分析法确定每个故障模式的每个危害性影响因素的权重，包括：构建危害性影响因素的权重判断矩阵；通过计算一致性比率检测所述权重判断矩阵是否具有一致性；在具有一致性的情况下，通过计算所述权重判断矩阵的列向量的算数平均值确定每个危害性影响因素的权重值。

12、可选地，在本技术的一个实施例中，多级模糊综合评价包括：一级模糊综合评价和二级模糊综合评价，结合所述模糊评价矩阵和所述影响因素权重集对每个故障模式的危害度进行所述一级模糊综合评价，包括：将任一故障模式的所述模糊评价矩阵与所述影响因素权重集相乘，获得所述任一故障模式的一级模糊综合评价向量；将所述一级模糊综合评价向量进行加权平均处理，计算出所述任一故障模式的综合危害等级。

13、可选地，在本技术的一个实施例中，进行所述二级模糊综合评价，包括：根据底层系统的各个故障模式构建二级模糊综合评价的影响因素集合；针对二级模糊综合评价的影响因素，重复进行模糊化处理、基于层次分析法计算权重集合和综合危害度计算；进行危害等级排序，根据排序结果确定所述煤矿胶带运输系统的关键部件。

14、可选地，在本技术的一个实施例中，将所述故障树模型映射至贝叶斯网络，包括：将所述故障树模型中底事件发生概率映射为所述贝叶斯网络中根节点先验概率，并由所述贝叶斯网络中节点间的条件概率表替换所述故障树模型中的逻辑门；将所述故障树模型中的事件映射为所述贝叶斯网络中的节点，包括将底事件映射为根节点、将中间事件映射为中间节点以及将顶事件映射为叶节点。

15、可选地，在本技术的一个实施例中，相关故障信息包括：顶事件的发生概率和底事件的重要度，运用所述贝叶斯网络通过以下公式计算所述顶事件的发生概率：

16、

17、其中，t表示顶事件，n表示贝叶斯网络中节点的个数，节点ci表示贝叶斯网络根节点与中间节点，1≤i≤n-1，ci为0或1。

18、可选地，在本技术的一个实施例中，通过以下公式对所述煤矿胶带运输系统的可靠性进行预测：

19、

20、

21、其中，λs表示煤矿胶带主运输系统的故障率，λi表示煤矿胶带各个子系统的故障率，n表示组成主运输系统的子系统数量，tbfs为主运输系统的平均故障间隔时间，tbfi为第i个子系统的平均故障间隔时间。

22、为达上述目的，本技术的第二方面实施例还提出了一种基于fmeca和fta的煤矿胶带运输系统的可靠性分析系统，包括以下模块：

23、第一分析模块，用于对待分析的煤矿胶带运输机进行fmeca分析，并将每个故障模式的危害性影响因素进行模糊化处理，以获得模糊评价矩阵；

24、评价模块，用于通过层次分析法确定每个故障模式的每个危害性影响因素的权重，生成影响因素权重集，并结合所述模糊评价矩阵和所述影响因素权重集对每个故障模式的危害度进行多级模糊综合评价；

25、构造模块，用于结合所述多级模糊综合评价的结果确定故障树fta的顶事件，构造煤矿运输系统故障树模型，并将所述故障树模型映射至贝叶斯网络；

26、第二分析模块，用于通过所述贝叶斯网络计算所述顶事件的相关故障信息，并基于所述相关故障信息，从煤矿运输系统的故障率和平均故障间隔时间两个角度对所述煤矿胶带运输系统的可靠性进行预测。

27、为了实现上述实施例，本技术第三方面实施例还提出了一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面实施例中的基于fmeca和fta的煤矿胶带运输系统的可靠性分析方法。

28、本技术的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：本技术采用模糊fmeca对煤矿胶带运输系统进行分析；通过计算胶带机故障影响因素的模糊评价矩阵和影响因素权重集合，确定一级和二级模糊综合评价方法；将模糊fmeca分析结果中风险优先数较大的故障模式导致的影响作为故障树的顶事件，根据煤矿主运输系统架构建立完整的煤矿运输系统故障树模型，基于危害度分析结果结合贝叶斯网络对故障树进行定量分析；综合模糊fmeca和贝叶斯网络fta分析结果，对导致顶事件的故障信息进行管理，结合系统平均故障间隔时间对胶带机可靠性进行预测，能够找出系统的关键部件及薄弱环节，提出预防与维修建议以降低设备的故障发生率。由此，本技术能更为准确地计算出导致煤矿胶带机运输系统停机的主要故障部位，提高了可靠性分析的精确性和全面性，从而使工作人员能更有针对性地对运输系统进行维护保养，降低其故障频次，提高煤炭生产运输效率。有利于保证胶带运输系统正常、安全的运行。

29、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。