基于AHP/HoR模型的气动薄膜调节阀的可靠性分析

摘要

调节阀又称控制阀，是过程控制工业中用动力操作去改变流体流量的装置，也是流体机械中控制通流能力的关键部件。气动薄膜调节阀作为最常见的调节阀，广泛应用于石化企业中。其可靠性对保证控制回路长期、安全、高效运行都有着现实的积极意义。
　　故障模式影响及危害性分析(FMECA)是一种知名的用来确定最有可能引起失效的元件和提高系统可靠性的评估工具，但是传统FMECA方法存在一些不足，所以本文提出一种基于FMECA的功能强大、结构化的和实用的可靠性分析方法，对气动薄膜调节阀进行分析。同时，引入随机Petri网(SPN)对气动薄膜调节阀进行建模和分析。这为气动薄膜调节阀可靠性分析提供了新的方法，具有较为重要的实际工程意义。本文的主要工作和成果如下:
　　1.提出一种基于FMECA的改进方法，称为AHP/HoR模型，它通过将FMECA和层次分析法(AHP)及可靠性屋(HoR)结合起来，使风险评估考虑了主要故障模式的相关性。在这种集成的方法下，克服了一些传统FMECA方法的局限性:考虑到了将不同指标授以不同权重，并且不仅考虑故障的直接影响，还研究了故障的链式传播的影响。
　　2.对于气动薄膜调节阀的高可靠性要求，采用AHP/HoR方法分析气动薄膜调节阀中各种潜在的故障模式，对其危害性大小进行排序，帮助设计和生产中进行相应的改进，进而提高其可靠性。
　　3.引入SPN理论，提出了基于SPN的系统可靠性模型构建方法和分析步骤。依据SPN模型构建方法和分析步骤，构建了气动薄膜调节阀及其运行过程的SPN模型，获得了一些重要的可靠性指标。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 气动薄膜调节阀的应用

1．1．2 气动薄膜调节阀的可靠性研究

1．2 国内外研究现状

1．2．1 FMECA方法

1．2．2 随机Petri网模型

1．3 研究内容

1．4 论文结构

第2章 AHP／HoR方法和模型

2．1 可靠性屋(HoR)

2．1．1 HoR的基本组成和表示

2．1．2 HoR中危害度的评估

2．2 层次分析法(AHP)

2．2．1 AHP分析步骤

2．2．2 最大特征值和特征向量的近似计算

2．3 AHP／HoR中基本网络模型的建立

2．3．1 HoR到AHP的转化

2．3．2 基本网络模型

2．3．3 基本网络模型的验证

2．4 AHP／HoR模型的建立

2．4．1 AHP／HoR模型

2．4．2 AHP／HoR方法的流程图

2．5 本章小结

第3章 气动薄膜调节阀各零部件的危害性分析

3．1 气动薄膜调节阀的结构

3．1．1 气动薄膜执行机构

3．1．2 直通单座阀

3．2 气动薄膜调节阀的FMECA分析

3．2．1 系统定义

3．2．2 确认故障模式、原因和影响

3．2．3 故障发生概率评估

3．2．4 填写FMECA表格

3．3 气动薄膜调节阀的HoR分析

3．3．1 主要故障模式的选取

3．3．2 确定次级严重度指标及权重

3．3．3 故障模式之间的相关性分析

3．3．4 可靠性屋(HoR)的建立

3．4 气动薄膜调节阀的AHP／HoR模型分析

3．4．1 故障模式之间的相互影响

3．4．2 “1-危害”子网络

3．4．3 AHP／HoR模型结果

3．5 故障模式的危害性大小和排序比较

3．6 本章小结

第4章 基于SPN的气动薄膜调节阀可靠性和维修性建模

4．1 随机Petri网

4．1．1 Petri网定义

4．1．2 随机Petri网定义

4．1．3 广义随机Petri网定义

4．2 基于SPN模型的系统性能分析

4．2．1 同构马尔科夫链(MC)

4．2．2 可达标识的稳态概率

4．3 基于SPN的气动薄膜调节阀的可靠性建模及分析

4．3．1 气动薄膜调节阀系统和零部件的SPN模型

4．3．2 构造气动薄膜调节阀的SPN可达图

4．3．3 确定变迁实施时间的分布函数

4．3．4 同构MC的求解

4．3．5 其他可靠性指标的求解

4．4 基于SPN模型的系统维修性分析

4．4．1 系统运行过程的假设条件

4．4．2 基于SPN的系统运行过程的建模

4．4．3 基于SPN的系统运行状态的分析步骤

4．5 基于SPN的气动薄膜调节阀的维修性分析

4．5．1 建立气动薄膜调节阀的SPN模型

4．5．2 不同维修策略下阀门运行状态的稳态概率

4．5．3 不同维修策略对气动薄膜调节阀的影响比较

4．5．4 对气动薄膜调节阀建议的维修策略

4．6 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

符号说明

附录A 成对比较矩阵及子网络的列随机矩阵

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果