一种多级加工设备串联系统的可用度估算方法和设备

本发明涉及串联设备可靠性分析，特别是一种多级加工设备串联系统的可用度估算方法和设备。

背景技术：

1、由于串联系统中任一设备发生故障都会导致整个系统失效，而且系统的整体可靠性总是小于系统中可靠度最低设备的可靠性，所以串联系统中各设备或单元必须具备高可靠性、高修复率等要求。系统的可用度包含了系统中所有单元从正常运行到发生故障再到修复的循环过程，是衡量串联系统在一定的工作条件下整体运行性能好坏的定量指标，许多实际工程系统都是串联系统或以串联系统为基础，因此准确分析串联系统的可用度对掌握其整体运行情况十分重要。

2、通过查阅国内外相关文献，串联系统的可靠性指标分析方法有可靠性框图法、故障树分析法、go法、软件仿真法、马尔科夫过程法和petri网模型法等。其中petri网模型法又细分为随机petri网模型、着色petri网模型、混合petri网模型和广义随机petri网(gspn)模型等，由于基于状态分析的广义随机petri网模型推理严谨、分析全面且能较好地描述系统运行中的动态特性，所以在复杂串联系统可靠性研究中的作用日趋显著。

3、由于多级串联系统gspn模型的状态空间太大，容易出现状态爆炸现象且计算困难，一般用于仅含较少工作单元的串联系统，一般不用于含有较多工作单元的多级串联系统研究。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种多级加工设备串联系统的可用度估算方法和设备。

2、为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

3、本发明的第一个目的是要提供一种多级加工设备串联系统的可用度估算方法，包括以下步骤：

4、s1、根据多级加工设备串联系统的生产纲领，构建由各级加工设备组成的串联系统的gspn模型；

5、s2、构建多级加工设备串联系统的各级加工设备的可达图；

6、s3、为可达图中的每条弧都设置变迁激发率，构建多级加工设备串联系统各级加工设备的嵌入马尔可夫链；

7、s4、消去马尔可夫链中的隐状态，构建串联系统各级加工设备的退化嵌入马尔可夫链；

8、s5、结合gspn模型，构建多级加工设备串联系统的退化嵌入马尔可夫链；

9、s6、求解多级加工设备串联系统的退化嵌入马尔可夫链，解得多级加工设备串联系统各显状态的稳态概率，得到多级加工设备串联系统的稳态可用度。

10、进一步地，所述步骤s1中，gspn模型包括多级加工设备串联系统上游的原料库状态、依次串联的各级加工设备和多级加工设备串联系统下游的成品库状态；各级加工设备包括设备处于工作状态、设备处于加工结束但尚未卸载状态、设备处于空闲且可用状态、设备处于故障状态、使每级设备开始工作的瞬时变迁、每级设备加工结束的延时变迁、每级设备发生故障的延时变迁、维修每级设备的延时变迁。

11、进一步地，所述步骤s2中，各级加工设备的可达图包含4种状态：m0：待命状态，m1：正在加工中，m2：加工结束但工件尚未卸载，m3：失效状态；标识m0和m2对应的状态为隐状态。而标识m1和m3对应的状态为显状态。

12、进一步地，所述步骤s6具体包括：

13、通过求解线性矩阵方程∏＝(π0,π1,...πq-1)得到稳态概率，且有：

14、

15、其中，矩阵a＝(aij)q×q(i,j＝0,1,...q-1)表示变迁的激发率矩阵；通过上式解得多级加工设备串联系统各显状态的稳态概率；最后利用各显状态稳态概率的乘积求得多级加工设备串联系统的稳态概率即多级加工设备串联系统的可用度。

16、本发明的第二个目的是要提供一种多级串联系统的可用度估算设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述多级串联系统的可用度估算方法。

17、与现有技术相比，本发明通过将gspn模型的状态空间划分为显状态和隐状态，并移除隐状态，缩减了模型的状态空间，进而构建串联系统的同构退化嵌入马尔可夫链，通过求解马尔可夫链求得串联系统各显状态的稳态概率，从而获得串联系统的稳态可用度。

技术特征：

1.一种多级加工设备串联系统的可用度估算方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的多级加工设备串联系统的可用度估算方法，其特征在于，所述步骤s1中，gspn模型包括多级加工设备串联系统上游的原料库状态、依次串联的各级加工设备和多级加工设备串联系统下游的成品库状态；各级加工设备包括设备处于工作状态、设备处于加工结束但尚未卸载状态、设备处于空闲且可用状态、设备处于故障状态、使每级设备开始工作的瞬时变迁、每级设备加工结束的延时变迁、每级设备发生故障的延时变迁、维修每级设备的延时变迁。

3.根据权利要求1所述的多级串联系统的可用度估算方法，其特征在于，所述步骤s2中，各级加工设备的可达图包含4种状态：m0：待命状态，m1：正在加工中，m2：加工结束但工件尚未卸载，m3：失效状态；标识m0和m2对应的状态为隐状态，而标识m1和m3对应的状态为显状态。

4.根据权利要求1所述的多级串联系统的可用度估算方法，其特征在于，所述步骤s6具体包括：

5.一种多级串联系统的可用度估算设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-4中任一所述的多级串联系统的可用度估算方法。

技术总结
本发明公开了一种多级加工设备串联系统的可用度估算方法和设备，通过将GSPN模型的状态空间划分为显状态和隐状态，并移除隐状态，缩减了模型的状态空间，进而构建串联系统的同构退化嵌入马尔可夫链，通过求解马尔可夫链求得串联系统各显状态的稳态概率，从而获得串联系统的稳态可用度；同时还公开了一种多级串联系统的可用度估算设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述多级串联系统的可用度估算方法。

技术研发人员：李中生,秦红星,李慎旺,米永起
受保护的技术使用者：唐山学院
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8