[科普中國]-瞬時(shí)可用度

瞬時(shí)可用度是電力系統(tǒng)裝備可用度之一。瞬時(shí)可用度的波動(dòng)是裝備系統(tǒng)配套的維修子系統(tǒng)、保障子系統(tǒng)和裝備本身的不協(xié)調(diào)所造成的。當(dāng)系統(tǒng)瞬時(shí)可用度出現(xiàn)劇烈波動(dòng)時(shí)，意味著裝備在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)處于正常狀態(tài)的概率變化幅度較大，其可靠性難以保證，則認(rèn)為這時(shí)裝備還未形成它應(yīng)有的效力，各子系統(tǒng)有待進(jìn)一步磨合，這一點(diǎn)在裝備上體現(xiàn)為新裝備戰(zhàn)斗力的有效形成問題 。所以揭示瞬時(shí)可用度波動(dòng)性的原因有著非常重要的實(shí)際意義。

簡介可用度理論作為可靠性理論的分支，源自于第二次世界大戰(zhàn)時(shí)對軍事裝備日益膨脹的需求。為了提高軍事裝備的性能，使得其組成部件不斷復(fù)雜和精密化，這導(dǎo)致裝備部件的兼容性和穩(wěn)定性遭遇挑戰(zhàn)。高性能與多故障這對矛盾，促使了可用度理論的發(fā)展。在實(shí)際使用過程中，裝備可用度一般分為穩(wěn)態(tài)可用度、平均可用度和瞬時(shí)可用度，其中裝備瞬時(shí)可用度是裝備使用過程中任一時(shí)刻裝備處于可用狀態(tài)的概率；裝備平均可用度是裝備瞬時(shí)可用度在一段時(shí)間內(nèi)的平均值；裝備穩(wěn)態(tài)可用度是當(dāng)時(shí)間趨于無窮裝備處于可用狀態(tài)的概率1。

瞬時(shí)可用度的應(yīng)用隨著科技的發(fā)展，可用度理論除了在可靠性工程 、裝備綜合保障 等基礎(chǔ)領(lǐng)域研究外，還延伸至國民經(jīng)濟(jì)許多新興領(lǐng)域，如信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)、交通通信系統(tǒng)以及航天航空。值得注意的是，可用度工作大都是集中于穩(wěn)態(tài)可用度(如裝備的效能評(píng)估 引以及系統(tǒng)的性能評(píng)測等)。由于裝備可用度在使用初期大多表現(xiàn)出較大范圍的波動(dòng)，因此穩(wěn)態(tài)可用度往往無法說明和刻畫這種波動(dòng) 。這些問題導(dǎo)致裝備在使用初期的穩(wěn)定性難以得到保證。使得相關(guān)部門無法預(yù)知該裝備的工作能否持續(xù)(即使裝備在應(yīng)用初期)，從而對裝備的性能無法給出正確的評(píng)估。

瞬時(shí)可用度是任一時(shí)刻裝備處于可用狀態(tài)的概率，能有效地反映裝備的實(shí)時(shí)性能，所以對其研究的熱度逐漸升溫。通過研究發(fā)現(xiàn)僅僅考慮穩(wěn)態(tài)可用度指標(biāo)在實(shí)際情況下并不合理，如瞬時(shí)可用度初期的波動(dòng)就無法用這些穩(wěn)態(tài)指標(biāo)進(jìn)行刻畫。

提出一套波動(dòng)參數(shù)體系來刻畫系統(tǒng)瞬時(shí)可用度的波動(dòng)特征。當(dāng)前瞬時(shí)可用度分析只能運(yùn)用特殊分析的辦法，如用概率理論求解特定系統(tǒng)。可用馬爾可夫過程求解模型、故障樹(FT)及可靠性框圖方法解決特殊問題，此外還可使用統(tǒng)計(jì)模型研究了一個(gè)可修系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)可用度置信區(qū)間等。這些分析有很大的局限性，不可能遍歷所有的情況，且沒有給出瞬時(shí)可用度初期波動(dòng)的理論依據(jù)1。

瞬時(shí)可用度工程上的定性一般從工程上的定性來看，系統(tǒng)瞬時(shí)可用度的波動(dòng)是裝備系統(tǒng)配套的維修子系統(tǒng)、保障子系統(tǒng)和裝備本身的不協(xié)調(diào)所造成的。當(dāng)系統(tǒng)瞬時(shí)可用度出現(xiàn)劇烈波動(dòng)時(shí)，意味著裝備在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)處于正常狀態(tài)的概率變化幅度較大，其可靠性難以保證，則認(rèn)為這時(shí)裝備還未形成它應(yīng)有的效力，各子系統(tǒng)有待進(jìn)一步磨合，這一點(diǎn)在裝備上體現(xiàn)為新裝備戰(zhàn)斗力的有效形成問題 。所以揭示瞬時(shí)可用度波動(dòng)性的原因有著非常重要的實(shí)際意義。

運(yùn)用理論方法以及現(xiàn)有穩(wěn)態(tài)可用度的極限理論 ，討論故障時(shí)間和修復(fù)時(shí)間服從均勻分布下系統(tǒng)瞬時(shí)可用度，通過把更新方程轉(zhuǎn)化為微分方程，求解時(shí)滯或常微分方程，判斷是否存在小于穩(wěn)態(tài)可用度的點(diǎn)來說明其波動(dòng)性，從理論推導(dǎo)和仿真實(shí)驗(yàn)可以得到服從任意均勻分布，瞬時(shí)可用度的波動(dòng)性存在2。

總結(jié)對單部件可修系統(tǒng)模型中瞬時(shí)可用度的波動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行了理論分析。通過把積分方程轉(zhuǎn)化為微分方程方法研究瞬時(shí)可用度的波動(dòng)性問題。通過理論分析和仿真驗(yàn)證，得到：

1)當(dāng)故障時(shí)間和修復(fù)時(shí)間服從相同的均勻分布時(shí)，瞬時(shí)可用度在第1個(gè)分段函數(shù)中存在小于穩(wěn)態(tài)可用度的點(diǎn)。所以由可用度的穩(wěn)定性可以說明可用度至少存在一次波動(dòng)。

2)當(dāng)故障時(shí)間和修復(fù)時(shí)間服從不同的均勻分布時(shí)，瞬時(shí)可用度在第1個(gè)分段函數(shù)中也存在小于穩(wěn)態(tài)可用度的點(diǎn)，所以說明可用度至少存在一次波動(dòng)。

綜上所述，當(dāng)故障時(shí)間和修復(fù)時(shí)間服從均勻分布時(shí)，瞬時(shí)可用度均存在波動(dòng)性，與均勻分布參數(shù)選取無關(guān)1。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

徐恒山 - 講師 - 西北農(nóng)林科技大學(xué)