بخشی از مقاله
چکیده
یک سیستم تولیدی پیشرفته که در آن ماشین آلات و ربات هایی به تعداد زیاد وجود دارد در نظر گرفته شده است. فرض بر آن است که قابلیت اطمینان ریات ها یکسان و با هم برابرند و با توجه به ساختار شبکه ای و اجزای زیاد این مساله، رویه ی تجزیه و تحلیل پایایی نوینی برای آن پیشنهاد می دهیم. در طرح پیشنهادی ابتدا دیاگرام بلوکی قابلیت اطمینان سیستم را رسم می کنیم. سپس با نمایش شبکه بیزی و قضیه بیز به محاسبه پایایی کل سیستم می پردازیم. محاسبه پایایی این سیستم پیچیده توسط روش بیزی قابلیت های جدیدی برای محاسبه پایایی در اختیار می گذارد.
-1 مقدمه
شاعر کالریج در سال 1816 کلمه قابلیت اطمینان را معرفی کرد.[1] استفاده مدرن از کلمه قابلیت اطمینان توسط ارتش ایالت متحده در 1940 تعریف شده و تا یه امروز تکامل یافته است. در 1960 تاکید بیشتری به تست قابلیت اطمینان در سطح اجزا و سیستم شد. قابلیت اطمینان سیستم های پیچیده نشان دهنده حالتی از رفتار صنعت از ارزیابی قابلیت اطمینان سیستم های چند کاناله پیجیده است و ابزار لازم، تکنیک ها و الگوریتم های مورد نیاز برای طراحی، ارزیابی و بهینه سازی سیستم های زائد فوق اعتماد را فراهم می کند. سازمان های مهم مانند آب، فاضلاب، گاز و سیستم های توزیع قدرت و شبکه های حمل و نقل بزرگراه معمولا سیستم های پیچیده هستند که متشکل از اجزای ساختاری متعدد هستند. به منظور تضمین قابلیت اطمینان چنین سیستم هایی در برابر زوال یا خطرات طبیعی یا خطرات ساخته شده دست انسان ها، این ضروری است که یک روش کار آمد و دقیق برای تخمین احتمال شکست نسبت به خطر معیار ها و مسئولیت های مشخص شده عملکرد سیستم داشته باشیم.[2] نمودار بلوکی قابلیت اطمینان یک نمایش تصویری از چگونگی پیکربندی اجزا و زیر سیستم ها به شکل یک سیستم کاری را فراهم می کند.
درکی در نمودار بلوکی قابلیت اطمینان است که اگر در آن مسیری که همه بلوک ها باشد و دایره های سمت چپ را با دایره های سمت راست مرتبط کند، به معنی آن است که سیستم در حال کار است. وقتی اجزا به صورت سری باشد، همه باید کار کنند تا سیستم کار کند. وقتی اجزا به صورت موازی باشند، حداقل یکی باید کار کند تا سیستم کار کند. اگر ما بر آورد نقطه ای برای قابلیت اطمینان هر جز داشته باشیم، ما می توان با استفاده از معادله قابلیت اطمینان ضمنی توسط نمودار بلوکی براورد نقطه ای قابلیت اطمینان سیستم را بدست آوریم. [3] به خاطر راحتی، سیستم های پیچیده اغلب به صورت تعدادی زیر سیستم های سری در نظر گرفته می شود. این به این معناست که شکست هر زیر سیستم به شکست کل سیستم منجر می شود.
در طول سالهای اخیر، نیاز به تکنولوژی مدرن، مخصوصا سیستم های پیچیده مورد استفاده در صنعت، منجر به رشد در مقدار تحقیقات در مورد طراحی قابلیت اطمینان شد. آونتر و وندرورف [5] و آونتر [6] تاکید به اهمیت آنالیز قابلیت اطمینان در طراحی فاز مفهومی کردند. این ثابت شده است که امکان بهبود دادن طراحی با استفاده از تکنیک آنالیز قابلیت اطمینان در فاز طراحی مفهومی است. هدف تعیین کمیت هزینه شکست و عدم دسترسی و مقایسه آنها با هزینه سرمایه گذاری برای بهبود قابلیت اطمینان است - آبوآل خر و همکارانش.[7] یکی از اهداف تجزیه و تحلیل قابلیت اطمینان سیستم شناسایی ضعف در سیستم و تعیین اثر شکست اجزا است. اصطلاح - - اهمیت قابلیت اطمینان - - برای این منظور استفاده می شود. اندازه اهمیت رتبه عددی تخمین اجزا برای بهبود قابلیت اطمینان سیستم خیلی مهم هستند یا بیشتر یرای شکست سیستم حیاتی هستند را فراهم می کند. به طور کلی اهمیت قابلیت اطمینان یک تابع از زمان عملیات، شکست و مشخصات تعمیرات - تمام اجزا در سیستم - و ساختار سیستم است. تاکنون، همه ی شاخص های اهمیت قابلیت اطمینان از طریق روش های ترکیبی - مانند RBD یا تجزیه و تحلیل - درخت خطا - FTA و یا تابع ساختار یا مدل سازی مارکوف محاسبه می شوند.
گرگوریدس و ساتکلایف [8] یک روش و ابزار برای تجزیه و تحلیل کردن و پیش بینی حجم کار برای طراحی و قابلیت اطمینان سیستم های فنی و اجتماعی پیچیده تعریف کردند. این بر روی نیاز به ارزیابی حجم کار در مرحله طراحی اولیه برای جلوگیری از شکست سیستم متمرکز شده است. این روش توسط ابزاری که قادر به تایید بر مبنای سناربو مربوط به آینده طراحی سیستم های تکنیکی و اجتماعی آینده نگر هستند حمایت می شود. بهبود در قابلیت اطمینان و تولید نقش های بسیار مهمی را در طراحی سیستم بازی می کنند. دو فاکتور کلیدی که در پیش بینی قابلیت اطمینان در نظر گرفته می شود، توزیع شکست اجزا و پیکربندی سیستم می باشند. رام [9] یک مدل ریاضی از یک سیستم پیچیده بسیار مطمئن را مورد بحث قرار داد که در سه حالت ، به عنوان مثال شامل، نرمال، شکست جزئی - تخریب حالت - ، شکست کامل حالت بود. در این سیستم، شکست جزئی ناشی از خرابی جزئی اجزای داخلی یا بخش زائد است و شکست کامل ناشی از خرابی فاجعه بار از سیستم است.
نرخ تعمیرات یک تابع کلی از زمان صرف شده می باشد. با به کار گیری این روش، متغییر تکمیلی، تبدیل لاپلاس، احتمال حالت های تبدیل مختلف، در دسترس بودن و تجزیه و تحلیل هزینه - سود قابل پیش بینی - همراه با وضعیت پایدار از سیستم بدست می آیند. در روش های سنتی برای تجزیه و تحلیل قابلیت اطمینان، یک سیستم پیچیده اغلب به عنوان ترکیبی از تعدادی زیر سیستم سری در نظر گرفته می شود. معمولا شکست هر زیر سیستم منجر به شکست کل سیستم می شود. اگرچه عمر برخی از زیر سیستم ها به اندازه کافی زیاد است و هرگز در طول چرخه عمر سیستم شکست نمی خورند. علاوه بر این، عمر برخی از زیر سیستم ها تاثیر مشابه تحت شرایط مختلف ندارند. در عمل، چنین دخالتی دقت مدل را تحت تاثیر قرار می دهد اما این به ندرت در تجزیه و تحلیل ستنی در نظر گرفته می شود. برای پرداختن به این کاستی ها، لین و همکارانش [10] یک رویکرد جدید برای تجزیه و تحلیل قابلیت اطمینان سیستم های پیچیده ارائه دادند. آنها یک بخش خاصی از زیر سیستم ها را به عنوان - - بخش بهبود دادن - - در نظر گرفتن، طول عمر زیر سیستم ها به اندازه کافی بلند وهرگز در طول چرخه عمر کل سیستم خراب نمی شوند.
برای سیستم های پیچیده، انجام تجزیه و تحلیل ماکروسکوپی با ابزارهایی بر مبنای نظریه احتمال به دلیل حالت های متعدد سیستم دشوار است. در همین حال، همچنین تجزیه و تحلیل کامل این توسط جزیئات سیستم های میکروسکوپی با توجه به ویژگی های جفتی غیر خطی نیز سخت است. خواص سیستم های پیچیده نیاز به تجزیه و تحلیل سیستماتیک چند سطحی دارد. همان طور که علم شبکه برای مدل سازی و مطالعه سیستم های پیچیده در دسترس شد مفهوم اساسی فیزیک آماری مناسب برای درک سیستم های پیچیده از رابطه ی بین ویژگی های ماکروسکوپی و فعالیت های میکروسکوپی است. لین و همکارانش[11] پیشرفت های ساخته شده توسط علم شبکه شامل آخرین فرمولیسم نظریه شبکه وابسته ، که می تواند برای درک و مطالعه مسائل قابلیت اطمینان سیستم های پیچیده مورد استفاده قرار گیرد را بررسی کردند.گوا و ویلسون [12] یک روش بیزی برای ارزیابی قابلیت اطمینان سیستم های چند جزئی ارائه کردند. این مدل اجازه ارزیابی قابلیت اطمینان سیستم، زیر سیستم و اجزا را با استفاده از اطلاعات چند سطحی می دهد.
اطلاعاتی که در طول زمان جمع آوری شده شامل باینری، طول عمر، داده های تخریب است. سیلوستری [13] روشی را برای تولید عبارت تحلیلی دقیق برای قابلیت اطمینان سیستم های پیچیده ای که از گراف بدون دور جهت نشان دادن نمودار بلوکی قابلیت اطمینان سیستم استفاده میکنند را شرح داد. علاوه بر این، او نشان داد که چگونه اطلاعات آماری در نمودار بلوکه ای قابلیت اطمینان ذخیره می شوند و چگونه میتوان از تبدیل یک عبارت تحلیلی به یک تابع وابسته به زمان برای قابلیت اطمینان سیستم استفاده کرد.قابلیت اطمینان یک مرحله مهم در طراحی سیستم با دوام و به طور خاص در فاز اولیه تولید محصول است. سلیمانی و همکارانش [14] یک روش جدید برای طراحی قابلیت اطمینان سیستم های پیچیده پیشنهاد دادند. در صورت کمبود اطلاعات شکست یک چالش برای پیاده سازی طرح برای قابلیت اطمینان محصول جدید مورد بررسی قرار گرفت.
در توسعه رویکرد، مدل سازی و شبیه سازی سیستم با استفاده از روش دیاگرام بلوکه ای قابلیت اطمینان انجام می شود. داده های عمومی برای حساب کردن تاثیرات طراحی و محیط روی برنامه اصلاح شده اند. روش انتگرال قابلیت اطمینان سیستم را ارزیابی میکند و اهمیت هر جز را مشخص می کند. علاوه بر این، در دست رس بودن سیستم با استفاده از شبیه سازی مونت کارلو ارزیابی می شود.سلیمانی و پرگل Bمحمد [15]روشی را برای ارزیابی قابلیت اطمینان سیستم های الکترومکانیکی ایجاد کردند. این روش قابل اجرا در فاز اولیه طراحی که در آن فقط اطلاعات جزئی از شکست در دست رس است، می باشد. هنگامی که داده های شکست تجربی کمیاب است، اطلاعات شکست عمومی از برخی بانک های اطلاعات قابلیت اطمینان مرتبط جستجو می شود.
-2 بیان مسئله و مدل سازی
یک سیستم تولیدی پیشرفته حاوی تعدادی روبات جهت انجام فرآیندهای ساخت و حمل بین ایستگاه های کاری در نظر گرفته می شود. جهت نمایش ارتباط بین اجزای سیستم از دیاگرام بلوکه ای قابلیت اطمینان استفاده می کنیم. در بررسی انجام شده در شبکه تولیدی مورد نظر، حالت عدم دست رسی را زمانی که اتفاق بن بست روبات ها پیش آید در نظر می گیریم ، یعنی اگر روبات هایی در طی زمان حرکت با هم دیگر هم مسیر شوند . روبات جلویی به هر دلیلی بن بست حرکتی برای روبات پشت سر ایجاد کند حالت عدم دسترسی را برای روبات پشتی ایجاد کرده و این طبق تعریف احتمال شرطی به این صورت می باشد که براساس شبکه بیزی رسم شده روباتی که در ابتدای فلش باشد می تواند بن بستی را برای روبات پشت سر یعنی در انتهای همان فلش ایجاد کند. پس روبات از دسترس خارج است به شرط آنکه روبات جلوی آن بن بستی را ایجاد کند. برای نمایش این حالت شرطس که در محاسبه قابلیت دسترسی - اطمینان - سیستم مورد نظر حیاتی است از روش بیزی استفاده می نماییم.
1؛-2 روش بیزی
روشی برای دسته بندی پدیدهها، بر پایه احتمال وقوع یا عدم وقوع یک پدیدهاست و در نظریه احتمالات با اهمیت و پرکاربرد است. اگر برای فضای نمونهای مفروضی بتوانیم چنان افرازی انتخاب کنیم که با دانستن اینکه کدامیک از پیشامدهای افراز شده رخ دادهاست، بخش مهمی از عدماطمینان تقلیل می یابد. این قضیه از آن جهت مفید است که میتوان از طریق آن احتمال یک پیشامد را با مشروط کردن نسبت به وقوع و یا عدم وقوع یک پیشامد دیگر محاسبه کرد. در بسیاری از حالتها، محاسبه احتمال یک پیشامد به صورت مستقیم کاری دشوار است. با استفاده از این قضیه و مشروط کردن پیشامد مورد نظر نسبت به پیشامد دیگر، میتوان احتمال مورد نظر را محاسبه کرد.
