基于加权相似比较法的船用升降机可靠性预报

叶 嘉

· （海军驻上海七○四所军事代表室，上海 200031）

基于加权相似比较法的船用升降机可靠性预报

叶 嘉

· （海军驻上海七○四所军事代表室，上海 200031）

在分析了传统相似比较法预报船用载货防爆升降机可靠性的缺点后，提出了基于加权相似比较法的船用升降机的可靠性预报方法。其内含已有相似产品的可靠性统计和相关领域内专家和技术人员积累的经验和知识，比传统的相似比较法更能准确和全面地预报新研产品的可靠性。对该方法进行了描述和推理，并且给出了其在船用载货防爆升降机可靠性预报上的应用。

加权相似比较；船用升降机；可靠性预报

0 引言

船舶机电设备运行的可靠性决定了船舶和海员的安全，同时船舶大多数在海上航行，其工作环境完全与陆地上不同。因此，要求船舶机电设备必须能够适应海上高温、潮湿和高盐的恶劣环境，还要能够经受得起风浪引起的撞击和摇摆。所以船舶机电设备比陆地设备要求有更高的可靠性。船用载货防爆升降机是船舶中常用的一种货物运输手段，其工作的可靠性直接影响了船舶系统的运行效率。

可靠性预报是为了估计产品在给定工作条件下的可靠性进行的工作。可靠性预报是机电设备可靠性设计从定性考虑转入定量分析的关键。它是在机电设备的设计阶段，根据各组成部分的结构和功能，以及在规定条件下的可靠性水平等来预报整机的可靠性水平，是一个由局部到整体、由小到大、由下到上的综合过程。可靠性预报在船舶机电设备全面设计评估过程中有着重要的作用。通过可靠性预报，可以审查设计任务书中提出的可靠性的指标能否达到，可以对设计方案进行比较，从中选择出既能满足性能和可靠性要求，又能达到较好的经济效益的最优方案。还可以发现设计中的薄弱环节，及时采取改进措施。

1 相似比较法

相似比较法是一种包含了传统预报、可靠性试验、故障分析等诸多信息的经验预报方法。通过寻求在性能、结构以及用途等方面与研制对象相类似的现有产品，将其可靠性水平通过修正后作为新研制产品的可靠性估计值。相似产品的可靠性数据主要来源于现场统计和实验室的试验结果[1-2]。

相似比较法主要考虑的因素：包括产品的结构与性能、设计、材料和制造工艺以及使用剖面(保障、使用和环境条件)。这种方法简单、快捷，适用于设计过程的各个阶段，可应用于各类产品的可靠性预报，如电子、机械、机电等产品，其预报的准确性取决于产品的相似性。相似产品的详细故障记录越全，数据越丰富，预报的准确度就越高[3]。

相似比较法的预报程序为：①确定相似产品，考虑相似因素，选择与新产品最相似，且有完整的可靠性数据的产品。②分析相似因素对可靠性的影响，分析所考虑的各种因素对产品可靠性的影响程度，分析新产品与相似产品的设计差异及这些差异对可靠性的影响。③新产品可靠性预报，根据②中的分析，确定新设计产品与相似产品的可靠性水平的比值。一般来说，这些比值由领域内有经验的专家评定。最终根据比值估计出新设计产品的可靠性水平。

2 改进的相似比较法

相似比较法需要了解相似产品的可靠性水平，并分析研制对象和相似产品在组成结构、设计要求、生产工艺、组织管理和使用环境等多方面的差异，从而预报研制对象能够达到的可靠性水平[4]。

传统的相似比较法在评价预报对象和相似产品之间差异的时候，往往只是根据经验给出笼统的值，有很大的模糊性，准确程度也难以保证，进而也就会导致预报结果的准确性很难保证。针对这一问题，分析了工程中可能影响船用载货升降机可靠性水平的各主要子系统的可靠性。

图1 船用载货防爆升降机可靠性框图

2.1 整机可靠性预报模型建立

升降机和升降机子系统之间的可靠性关系满足式(1)[5]：

式中：Rs(t)为升降机整机的可靠度；Ri(t)为组成升降机各子系统的可靠度，其中0

式中：λs(t)为升降机整机的故障率；λi(t)为第i个子系统的故障率，从式(2)可以得到：

即，升降机整机的故障率等于组成升降机各子系统的故障率之和。

实际应用中由于组成升降机各系统的子系统的功能、特性和工艺的不同，各系统的故障时间不一定服从同一种分布，实际工程应用中很难使用这两种模型进行升降机系统的可靠性预报，通常来说会采用平均故障率来替代故障率函数，这样就可以采用式(1)、(3)预报升降机整机系统的平均故障率。平均故障率：

2.2 子系统可靠性预报模型的建立

船用载货防爆升降机子系统i的可靠性，通常会选取一批m台相似产品，这m台与升降机子系统相似的产品，必须是经过可靠性测试、检定的系列化产品，并且这些相似产品的故障率数据能够通过查询资料或者前期的可靠性试验得出。

通常在这些相似产品中，很难收集到完全相似且有依据的可靠性产品，产品的可靠性会受到设计、制造装配、使用和维修以及整个生产企业的管理等各个方面，每一个因素的不同都会直接造成产品的可靠性的不同，忽略掉任意的任何一个因素都会造成预报结果的失准，因此对于不同的相似产品不能同等的对待[6]。

通过综合分析研制对象和相似产品的各个方面的差异，得出可能造成该对象可靠性水平变化的程度，进而赋予相应的可靠性以加权系数Wj，0

式中：Wj为第j个相似产品的可靠性对第i个子系统的可靠性的加权因子，代表了第j个相似产品对于第i个子系统可靠性预测的贡献权值。

Wj的准确程度直接决定了该方法的预报结果的准确性。通常从以下几个方面进行权衡各相似产品贡献权值：产品方面，设计方面，生产方面，管理方面，使用方面。实际使用过程中依靠经验积累和应用现场统计分析和实验室的试验结果确定。

3 实验与分析

以船用载货防爆升降机的升降平台为例，采用加权相似比较法进行升降机平台的可靠性预报，选取5台相似的产品，其无加权平均故障率如表1所示。

表1 无加权平均的故障率

这个5台升降平台相似的产品，根据相关领域专家和技术人员进行评估给出其用于获得平均无故障率的加权系数如表2所示，并重新进行了加权平均故障率如表2所示。

表2 加权平均故障率

根据相关领域内的专家和技术人员的经验，结合这5台相似的产品，可以预测新研制的升降机平台的无故障时间略高于5台相似设备中的3台设备。并且采用加权系数预测的平均无故障时间略高于无加权的平均无故障时间。

4 结语

本文给出了一种具有加权相似比较法的船用载货防爆升降机系统的可靠性预报方法，内含已有相似产品的可靠性统计和相关领域内的专家和技术人员的经验积累和专家知识，比传统的相似比较法更能准确和全面地预报新研产品的可靠性。

[1]常艳,赵亮,潘双夏.基于加权相似度的概念设计成本估算方法[J].农业机械学报,2007(3):122-124.

[2]刘丽华.基于相似度加权的模糊聚类方法[J].云南师范大学学报:自然科学版,2008(5):26-30.

[3]金松菊.加权相似系数在公路主枢纽站场布局决策中的应用[J].交通标准化,2006(7):101-103.

[4]郝庆波.数控机床可靠性及维修性的模糊综合分配与预报[D].长春:吉林大学,2012.

[5]李新涛,徐汀荣.结合加权相似值和相似投票的视频流人脸识别[C]//中国仪器仪表学会微型计算机应用学会.全国第21届计算机技术与应用学术会议(CACIS·2010)暨全国第2届安全关键技术与应用学术会议.上海:中国仪器仪表学会微型计算机应用学会,2010:4.

[6]任宝山.相似比较法在物性推算中的应用[J].化学工程师,1992】、(5):22-25.

Reliability Prediction of Elevator for Ship Based on Weighted-similarity-comparison Method

YE Jia
(Navy Representation Office at Shanghai No.704 Research Institute,Shanghai 200031,China)

After analyzing the shortcoming of the reliability of cargo explosion-proof elevator for ship forecasted by traditional similarity comparison method,the reliability prediction method of the elevator for ship is presented based on weighted similarity comparison method.It contains the reliability statistics of existing similar products and accumulated experience and knowledge of experts and technical personnel in related field.It can forecast accurately and completely the reliability of new product research compared with the traditional similarity comparison method.The method is described and reasoned.And the application of reliability prediction in cargo explosion-proof elevator for ship is given.

weighted-similarity-comparison; elevator for ship; reliability prediction

U664.6;TH39

A

叶嘉（1981-），男，硕士，研究方向：船舶机电专业。