久久精品国产69国产精品亚洲_日韩欧美亚洲一区_免费观看污网站_欧美在线一

可靠性是反映產(chǎn)品性能的重要指標(biāo)之一, 對(duì)于為客戶提供貨物倉(cāng)儲(chǔ)服務(wù)的物流倉(cāng)儲(chǔ)企業(yè)而言, 合理評(píng)價(jià)其服務(wù)過程的可靠性是提升服務(wù)質(zhì)量與客戶滿意度的重要保障。1966年美國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD-721B將可靠性定義為:“產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。”[1]可靠性評(píng)價(jià)就是根據(jù)產(chǎn)品的既有信息, 利用概率統(tǒng)計(jì)方法對(duì)產(chǎn)品的可靠性特征量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與推斷, 包括對(duì)產(chǎn)品可靠度的點(diǎn)估計(jì)、區(qū)間估計(jì)和假設(shè)檢驗(yàn)等。可靠度 (Reliability) 是用來反映和衡量可靠性高低的尺度, 通常指產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi), 完成規(guī)定功能的概率。如果設(shè)λ (t) 為產(chǎn)品在t時(shí)刻的失效速率, 則產(chǎn)品的可靠度R (t) 為:

在系統(tǒng)可靠性研究領(lǐng)域, 國(guó)內(nèi)外學(xué)者都取得了豐富的研究成果。Lindsay等 (2015) 應(yīng)用可靠性指數(shù)概率分布來衡量電力系統(tǒng)的可靠性。[2]Coolen等 (2015) 就組件在常規(guī)性原因失效條件下, 系統(tǒng)可靠性的非參數(shù)預(yù)測(cè)問題展開了深入研究。[3]Chang等 (2014) 建立了一種基于模糊理論的可靠性評(píng)價(jià)模型, 來評(píng)估勞動(dòng)密集型制造企業(yè)的可靠性。[4]在研究方法上, Billinton等 (2006) 應(yīng)用序貫蒙特卡羅仿真技術(shù)來評(píng)價(jià)大電力系統(tǒng)的可靠性。[5]Chen等 (2014) 給出了基于Markov狀態(tài)空間和功能分解的分層抽樣蒙特卡羅方法來評(píng)價(jià)系統(tǒng)的可靠性。[6]李翔等 (2013) 則構(gòu)建了基于Markov鏈的電傳操作系統(tǒng)軟件可靠性評(píng)價(jià)模型。[7]Majdara等 (2009) 提出了一種基于模塊化建模方法的故障樹自動(dòng)生成技術(shù), 其研究思路為本文應(yīng)用Petri網(wǎng)模型來進(jìn)行故障樹的仿真求解, 提供了很好的參考與借鑒。[8]

綜合考慮各種研究方法的應(yīng)用特點(diǎn)及論文研究問題的特性, 本文采用具有更好通用性和實(shí)用性的故障樹分析法來處理物流倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的可靠性評(píng)價(jià)問題, 并依托Petri網(wǎng)模型強(qiáng)大的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)描述能力來進(jìn)行故障樹的仿真求解, 以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可靠度計(jì)算的模型化和自動(dòng)化, 并有效提高系統(tǒng)可靠性評(píng)價(jià)的科學(xué)性、準(zhǔn)確性。

倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng) (Warehousing System, WS) 是指產(chǎn)品分揀或儲(chǔ)存接收過程中使用的設(shè)施、設(shè)備和運(yùn)作策略的有機(jī)組合, 是物流系統(tǒng)的核心子系統(tǒng)之一。要準(zhǔn)確評(píng)價(jià)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性, 首先應(yīng)全面分析和把握影響其可靠性的各類因素。 (1) 基礎(chǔ)設(shè)施、設(shè)備的可靠性。基礎(chǔ)設(shè)施、設(shè)備是倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)日常生產(chǎn)和運(yùn)行的基礎(chǔ), 系統(tǒng)功能的發(fā)揮離不開倉(cāng)庫(kù)、貨場(chǎng)、裝卸機(jī)具和運(yùn)載工具等物理資源的支撐。 (2) 信息系統(tǒng)的可靠性。以倉(cāng)儲(chǔ)管理系統(tǒng) (Warehousing Management System, WMS) 為代表的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng), 是支撐倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)高效、準(zhǔn)確運(yùn)行的又一重要保障。WMS可以在充分保證精確度的前提下, 實(shí)現(xiàn)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)有效產(chǎn)出的最大化。 (3) 組織管理的可靠性。主要包括:管理人員的可靠性、現(xiàn)場(chǎng)工作人員的可靠性、管理信息和指令傳達(dá)的可靠性等。 (4) 服務(wù)水平的可靠性。一般體現(xiàn)在倉(cāng)儲(chǔ)過程的安全性、貨物存取的便捷性, 以及服務(wù)人員的素質(zhì)和態(tài)度等客戶的直接體驗(yàn)與切身感受, 其主要反映倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的時(shí)間效能和服務(wù)能力。

故障樹分析法 (FTA) 是以一個(gè)不希望發(fā)生的事件 (頂事件) 為焦點(diǎn), 通過自上而下的逐層分析, 找出導(dǎo)致該事件發(fā)生的全部直接原因和間接原因 (基本事件和中間事件) , 建立其邏輯關(guān)系 (門) , 畫出樹狀圖, 并輔以定性分析和定量計(jì)算的可靠性評(píng)價(jià)方法。在FTA中, 若一個(gè)集合中的基本事件同時(shí)發(fā)生時(shí)頂事件必然發(fā)生, 則稱其為割集。在所有割集中, 如果其中的任一基本事件不發(fā)生時(shí)頂事件不發(fā)生, 則該割集稱為最小割集。最小割集法是求解故障樹頂事件發(fā)生概率的常用方法。設(shè)Ci (i=1, 2, …, n) 為故障樹的第i個(gè)最小割集, 則頂事件X可以表示為X=∪Ci;頂事件發(fā)生的概率為P (X) =P (∪Ci) 。若已知最小割集Ci中各個(gè)基本事件x1, x2, …, xk發(fā)生的概率, 則最小割集發(fā)生的概率為P (Ci) =P (∪xj) 。因而, 在已知最小割集發(fā)生概率情況下, 即可求得頂事件發(fā)生概率:

在實(shí)際應(yīng)用中, 由于基本事件發(fā)生的概率較小, 只需要保留前三項(xiàng)即可。

通常情況下, 最小割集的階數(shù) (最小割集所含基本事件的數(shù)目) 越低重要性越大。而基本事件的出現(xiàn)次數(shù)越多, 其重要度越高。實(shí)際操作過程中, 可以使用下行法 (Fussell-Vesely) 來求取故障樹的最小割集。

以“倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)失效”為頂事件進(jìn)行分析, 其中間事件包括貨物狀態(tài)改變和貨物不能及時(shí)出入庫(kù), 中間事件的發(fā)生原因主要有:人為因素、自然災(zāi)害和設(shè)施設(shè)備因素等。造成“貨物狀態(tài)改變”的原因通常有:貨物損壞 (操作不當(dāng)、管理疏失) 、外部環(huán)境因素、設(shè)施設(shè)備因素 (收發(fā)設(shè)施設(shè)備故障、存儲(chǔ)設(shè)備故障、搬運(yùn)和運(yùn)輸設(shè)備故障) 和偷盜損失等。貨物不能及時(shí)出入庫(kù)分為信息傳遞不及時(shí)和倉(cāng)儲(chǔ)能力不足兩種情況, 可能來源于人工操作緩慢、軟硬件故障、儲(chǔ)存空間不足等原因。基于上述分析, 建立倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)可靠性評(píng)價(jià)的故障樹, 如圖1所示。其中, Ai (i=1, 2, 3, …) 為中間事件, Xj (j=1, 2, 3…) 為基本事件, 各基本事件故障率取值為:X1=0.04%;X2=0.50%;X3=0.30%;X4=0.02%;X5=0.09%;X6=1.18%;X7=0.05%;X8=0.02%;X9=0.04%;X10=1.50%;X11=0.90%;X12=1.5%;X13=1.00%;X14=0.40%;X15=0.03%;X16=0.03%。

對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的故障樹采用下行法逐級(jí)展開, 具體操作過程見表1。

表1中的最后一列為不能繼續(xù)分解的割集, 但其存在重復(fù), 根據(jù)吸收率可得最小割集為:{X2}、{X3}、{X8}、{X4, X5}、{X4, X6}、{X1, X15}、{X1, X16}、{X9, X10}、{X9, X11}和{X12, X13, X14}。依據(jù)最小割集中的元素情況可知各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度次序?yàn)?X2=X3=X8>X1=X4=X9>X5=X6=X10=X11=X15=X16>X12=X13=X14>X7。可見, 操作不當(dāng)、管理疏失和盜竊丟失對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的可靠性影響較大, 同時(shí)故障樹的結(jié)構(gòu) (或門較多) 反映出影響倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的不穩(wěn)定性因素很多, 因此在產(chǎn)品運(yùn)行過程中, 應(yīng)加強(qiáng)對(duì)此類因素的觀測(cè)和檢查, 從而提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

圖1 物流倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)可靠性評(píng)價(jià)的故障樹表示   下載原圖

表1 倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)故障樹下行法展開過程     下載原表

在大型復(fù)雜系統(tǒng)可靠性評(píng)價(jià)問題中, 使用傳統(tǒng)的FTA來求取最小割集, 計(jì)算量極為龐大, 甚至?xí)霈F(xiàn)NP難題。此時(shí), Petri網(wǎng)作為一種特殊的有向網(wǎng), 憑借其優(yōu)越的對(duì)象表述能力, 可以用來取代FTA。應(yīng)用Petri網(wǎng)模型進(jìn)行系統(tǒng)可靠性分析的實(shí)質(zhì)是:將頂事件作為頂庫(kù)所, 逐級(jí)向下找出導(dǎo)致頂事件發(fā)生的所有可能因素作為中間庫(kù)所和底庫(kù)所;將故障樹中的各事件用Petri網(wǎng)中的庫(kù)所表示, 故障樹中的各種邏輯門用Petri網(wǎng)中的庫(kù)所、變遷和有向弧表示, 即用Petri網(wǎng)的基本元素庫(kù)所和變遷的不同連接替代故障樹中的邏輯關(guān)系。當(dāng)故障樹中不含有重復(fù)事件時(shí), 按圖2規(guī)則進(jìn)行轉(zhuǎn)化;若故障樹中含有重復(fù)事件, 可將重復(fù)事件用同一庫(kù)所表示, 如圖3所示。

圖2 不含重復(fù)事件的故障樹轉(zhuǎn)化規(guī)則   下載原圖

圖3 含有重復(fù)事件的故障樹轉(zhuǎn)化規(guī)則   下載原圖

關(guān)聯(lián)矩陣是通過矩陣的形式描述各個(gè)點(diǎn)和每條邊之間的關(guān)系。對(duì)于無向圖G (V, E) , V表示頂點(diǎn)集合, E表示邊集合, bv, e表示在關(guān)聯(lián)矩陣中的點(diǎn)v和邊e的關(guān)系。若點(diǎn)v和邊e相連, bv, e=1, 否則bv, e=0。如圖4所示, 關(guān)聯(lián)矩陣的第一行{1 1 10}表示頂點(diǎn)v1與邊e1、e2、e3相連, 與邊e4不相連。對(duì)于有向圖, 若bv, e=1, 表示邊e由點(diǎn)v發(fā)出, 若bv, e=-1, 表示邊e進(jìn)入點(diǎn)v, 若bv, e=0, 則邊e和點(diǎn)v不相連。

圖4 無向圖和對(duì)應(yīng)的關(guān)聯(lián)矩陣   下載原圖

利用關(guān)聯(lián)矩陣, 可將復(fù)雜系統(tǒng)問題的評(píng)價(jià)過程順利轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題。以矩陣形式來表示Petri網(wǎng)的步驟如下:假設(shè)從庫(kù)所P到變遷T的輸入函數(shù)值為非負(fù)整數(shù)w, 記作I (P, T) =w, 并用從P到T的一有向弧和旁注w表示;假設(shè)從變遷T到庫(kù)所P的輸出函數(shù)值為非負(fù)整數(shù)w, 記作O (P, T) =w, 則用從T到P的一有向弧和旁注w表示。若w=1, 一般不標(biāo)注;若I (P, T) =0或O (P, T) =0, 則不必畫弧。I與O均可表示為n×m非負(fù)整數(shù)矩陣, O與I的差A(yù)=O-I叫做關(guān)聯(lián)矩陣。對(duì)于規(guī)范網(wǎng), w=1。以圖2的Petri網(wǎng)為例, 其相關(guān)矩陣I、O和A分別為:

在關(guān)聯(lián)矩陣中, -1表示有向弧由庫(kù)所指向變遷, 1表示由變遷指向庫(kù)所。以關(guān)聯(lián)矩陣A為依據(jù), 求取最小割集的Matlab仿真程序設(shè)計(jì)如圖5所示。

圖5 Petri網(wǎng)仿真程序流程設(shè)計(jì)   下載原圖

按照上述方法求得最小割集為:{P1, P4}、{P2, P4}、{P5, P6}、{P7}。可靠度P10為:

由此可見, Petri網(wǎng)模型的應(yīng)用不僅使圖形簡(jiǎn)單明了, 而且算法簡(jiǎn)便, 有效的避免了相同符號(hào)的出現(xiàn), 還可以借助計(jì)算機(jī)仿真軟件來予以實(shí)現(xiàn)。

依據(jù)上述轉(zhuǎn)換方法, 將圖1的故障樹模型轉(zhuǎn)化為Petri網(wǎng)結(jié)構(gòu)模型, 對(duì)重復(fù)事件和中間事件進(jìn)行等價(jià)簡(jiǎn)化, 所得結(jié)果如圖6所示。

圖6 倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)故障樹的Petri網(wǎng)表示   下載原圖

進(jìn)而得到倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)可靠性評(píng)價(jià)Petri網(wǎng)模型的輸入矩陣I、輸出矩陣O和關(guān)聯(lián)矩陣A, 即可求得物流倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的最小割集為:{P2}、{P3}、{P8}、{P4, P5}、{P4, P6}、{P1, P15}、{P1, P16}、{P9, P10}、{P9, P11}和{P12, P13, P14}與故障樹求得最小割集的結(jié)果相同, 說明利用Petri網(wǎng)模型求取最小割集非常準(zhǔn)確, 同時(shí)求解過程更為簡(jiǎn)便快捷。進(jìn)一步結(jié)合各基本事件的故障率, 最終得到物流倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)的可靠度為0.991 8。

通過構(gòu)建物流倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)故障樹模型, 不僅可以直觀展現(xiàn)產(chǎn)品故障的發(fā)生和發(fā)展過程, 而且有利于在故障發(fā)展的不同階段, 采取相應(yīng)措施和手段阻斷其發(fā)展, 從而達(dá)到預(yù)防事故發(fā)生的目的, 對(duì)于保障系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行具有重要意義。論文在全面分析物流倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)可靠性影響因素的基礎(chǔ)上, 建立了系統(tǒng)可靠性評(píng)價(jià)故障樹, 并利用Petri網(wǎng)仿真技術(shù)對(duì)系統(tǒng)的故障樹進(jìn)行仿真建模, 得到系統(tǒng)運(yùn)行的可靠度, 以此作為物流倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)可靠性預(yù)測(cè)和故障診斷及預(yù)防的科學(xué)依據(jù)。研究結(jié)果表明, Petri網(wǎng)仿真模型具有強(qiáng)大的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)描述能力, 將其應(yīng)用于復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性研究, 能夠有效提高可靠性評(píng)價(jià)問題的求解效率。同時(shí)論文已經(jīng)證明, Petri網(wǎng)模型與故障樹模型具有很好的等價(jià)性, 在處理可靠性評(píng)價(jià)問題時(shí)科學(xué)準(zhǔn)確、簡(jiǎn)單易行。