并联冗余状态下船舶电气系统的可靠性分析

肖建良

摘 要：船舶运输这一行业存在巨大的安全隐患，为了对此问题进行有效改良，为普通的船舶电气系统装配上并联冗余状态设备。并联冗余状态下的船舶电气系统与传统方法存在巨大的不同。它应用并联冗余设计理论，为船舶电气系统的可靠性分析建立了相关的数学模型，并进行了指标计算设计。在构建了并联冗余状态下的船舶电气系统的可靠性分析模型的基础上，将其与传统的电气系统可靠性做细致的实验对比分析，通过数据收集、实验设计及最终的结果测算，发现基于并联冗余状态的船舶电气系统在进行可靠性分析时，比传统的电力系统更具应用优势。

关键词：并联冗余状态;并联冗余状态;可靠性分析

中图分类号：TN919.3文献标识码：A

对于海运这一重要性行业，船舶绝对在其中起到了至关重要的作用。无论是否要出行，海运整个行业下必须要使用的大型工具就是船只。而作为整个船只的动力装备，电气这一系统又是其中的心脏部位，其在每次的船只出行过程中担当着保卫员的工作。[1]如若整个电气系统一旦出现丝毫的问题，那么整条船上的人应该怎么办，他们在广阔的大海上孤立无援，他们面临着一片汪洋的无尽的威胁。人一旦出现问题，整个船运行业都会面临巨大的困难。首先，这困难来自信誉的方面：人们都希望生活在安全的情况下，没人愿意自己的生命受到威胁，一旦出现任何问题，整个公司的名誉都会受其影响，遭至下滑。其次，这威胁来自运行的方面：货物一旦在海上丢失，那么其被找回的几率几乎是不可能的。面临这样的情况，很多的委托公司难以承受这样的风险，就会导致航运行业的基本瘫痪。[2]在这样的情况下，航运未来如何生存，如何解决其面临的情况成为航运公司需要解决的首要问题。在这样的情况下，要对航运公司的困难之处进行解决，特使用并联冗余状态下的电气系统来装备整个船只，以探寻解决船只安全问题的办法。

1 并联冗余状态下船舶电气系统的可靠性评估模型

1.1 并联冗余状态下的船舶电气系统

并联冗余状态其实是一种电气闭合方式，它在很多大型器械上的电源部位都普遍装备。并联冗余状态其实是当某一部位发生问题时，冗余部分的部件会对电气系统产生作用，顶替上问题部件，使机器正常运行。一般来说，并联冗余状态是说将电源系统上的多个零部件装配成并联的状态。一般情况下，电气系统会出现的问题主要是两方面：一方面是在整体的电气运行中存在部分部件短路问题;另一方面是在整体的电气运行中存在开关处短路而产生的系统开路问题。而并联冗余状态的装备，在很大程度上会对这些情况产生改善。

1.2 并联冗余状态下的船舶电气系统可靠性评估指标

1.2.1 并联冗余状态下的船舶电气系统零部件的失效率指标

根据并联冗余状态内容可知，船只的电气系统在运行过程中，会对电气系统的作用率发生关系，这样的效果率F（n）满足下述方程：

对所选定的实验组和对照组两组船只装配的电气系统的上述指标进行观察比较，实验组选用并联冗余状态下的电气配备，对照组使用常规装配下的电气配备，检查电气装备系统连续作业状态下后第36小时、第72小时、第108小時的系统失效率数值，并对其不同时间节点下的数值进行比较分析研究。

1.2.2 并联冗余状态下的船舶电气系统零部件的寿命使用率指标

根据上述公式可以得出并联冗余状态下的船舶电气系统的失效率分析数据，通过对不同时间节点下的系统失效率数值的判断，确定并联冗余状态下的船舶电气系统的寿命使用率数值。设零部件的使用寿命率为F（a）、系统的失效率为F（n），那么可以得出：

若设系统的使用寿命率为F（b），那么可以得出：

1.3 统计方法

应用 SPSS 21.0 统计学软件对电气系统发生作用后第36小时、第72小时、第108小时下收集的所有数据进行统计学分析，以 p =0.05 为检验水准，P<0.05为差异有统计学意义。

2 并联冗余状态下船舶电气系统的可靠性评估分析

为了测试并联冗余状态下船舶电气系统的可靠性，设计此测试实验。实验结果如下。

2.1 研究组与对照组船舶电气系统零部件的失效率指标比较

研究组与对照组两组电气系统的零部件发生作用后，以第6小时的特定一个部件为基准，对第36小时、第72小时、第108小时的船舶电气系统零部件的失效率指标进行分析，详见表1。

观察表1可以看出，以第6小时的零部件的失效数值作为基准，测量36h、72 h、108 h时并联冗余状态下的船舶电气系统零部件的失效率，可以发现随着第36小时的船舶电气系统零部件的失效率，第72小时以及第108小时之后的船舶电气系统零部件的失效率更为明显，P值均小于0.05。对两组的数值进行分析，明显发现实验组的数值变化小，其失效率远比对照组的数值低更为明显，即并联冗余状态下的船舶电气系统零部件的失效率远比传统方法下的失效率低，这也就意味着并联冗余状态下的船舶电气系统的使用具有可行性。

2.2 研究组与对照组船舶电气系统零部件的寿命使用率比较

研究组与对照组两组电气系统零部件发生作用后，以第6小时为基准，对第36小时、第72小时、第108小时的心电图下的船舶电气系统零部件的寿命使用率指标的影响进行分析，详见表2。

根据表2可以看出，以第6小时零部件的数值作为基准，测量第36h、72h、以及108h时并联冗余状态下的船舶电气系统的零部件寿命使用率以及系统寿命使用率，可以发现随着第36小时的船舶电气系统的零部件寿命使用率以及系统寿命使用率，第72小时以及第108 小时之后的船舶电气系统的使命使用率均有下降，但对照组的下降更为明显，P值均小于0.05。对两组的数值进行分析，明显发现实验组的数值变化小，其寿命使用率远比对照组的数值高的更为明显，即其船舶电气系统的零部件寿命使用率以及系统寿命使用率远比传统方法下的寿命使用率高，这也就意味着并联冗余状态下的船舶电气系统的使用具有可行性。

3 结语

本文分析并联冗余状态下的船舶电气系统的可靠性，对如何进行可靠性测试进行了具体分析，建立了可靠性分析模型，并制定相关的评估指标。为了对并联冗余状态下的船舶电气系统的可靠性进行评估，设置了评估分析实验，以第6小时为基准，对第36小时、第72小时、第108小时的系统失效率指标、系统零部件使用寿命率指标以及系统使用寿命率指标进行对比，发现实验组的数据变化均显著于于对照组，即并联冗余状态下的船舶电气系统具有较高的可行性。

参考文献：

[1]吴志良，姚玉斌，王丹.船舶电气多状态并联冗余系统可靠性分析与优化[J].船舶工程，2016（s2）：219-222.

[2]袁战勇，吴桐，杨琨.浅谈船舶电气自动化系统的可靠性保障技术[J].中国水运（下半月），2015，15（8）：128-129.