CN104763707B - 一种全冗余起竖系统及其设计方法 - Google Patents

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Abstract

为了实现减少单机产品条件下的系统功能全冗余，简化系统，提高系统可靠性，降低对单机产品可靠性要求，本发明提供了一种全冗余起竖系统，包括液压系统、控制系统、供配电系统、执行机构及起竖承力结构，所述液压系统、控制系统、供配电系统、执行机构及起竖承力结构彼此之间按照交叉冗余的结构连接。该全冗余起竖系统实现提高了系统可靠性，降低了对单机可靠性要求；系统组成简化，单机产品数量减少，结构占用空间小，可靠性高，对单机可靠性要求降低，集成度高，系统故障时能够根据全系统可靠性框图快速识别或定位故障位置。

Description

一种全冗余起竖系统及其设计方法
技术领域
本发明涉及发射技术领域，更具体地，涉及一种全冗余起竖系统。
背景技术
通常系统冗余一般采用系统内单机产品冗余，而且各分系统根据分配给各自的可靠性指标，各自内部冗余，造成整个系统有些环节多冗余，有些环节欠冗余，虽然系统的可靠性提高了，但造成系统复杂、组成产品多、系统庞大臃肿，而实际效果甚微。若系统故障，问题的识别和定位也很困难。
通常设计往往是总体将可靠性指标按照分系统分配，分别下发，各分系统按照分配的可靠性指标进行各系统自身内部可靠性冗余设计，总体按照各分系统设计结果形成总体可靠性设计，系统组成单机产品数量多，系统复杂而庞大。通常设计的系统可靠性框图见图1所示。图1中的各个符号含义为：
A.1、A.2……A.n——液压系统第1～第n个设备或阀件等单机产品。
B.1、B.2……B.m——控制系统第1～第m个单机产品、线路或软件。
C.1、C.2……C.k——供配电系统第1～第k个单机产品、线路或软件。
通常设计的设计工作量小，但系统组成产品多，系统复杂，故障很难定位。
发明内容
本发明是针对目前现状，提出一种全冗余起竖系统。本发明的目的是实现减少单机产品条件下的系统功能全冗余，简化系统，提高系统可靠性，降低对单机产品可靠性要求。
具体而言，本发明包括如下技术方案：
根据本发明的一方面，提供了一种全冗余起竖系统，包括液压系统、控制系统、供配电系统、执行机构及起竖承力结构，所述液压系统、控制系统、供配电系统、执行机构及起竖承力结构彼此之间按照交叉冗余的结构连接。
进一步地，所述液压系统、控制系统和供配电系统均包括至少一个单机、线路和回路，所述液压系统、控制系统和供配电系统中的单机、线路和回路采用全冗余结构彼此连接。
进一步地，所述全冗余结构是基于液压系统、控制系统和供配电系统中的不同系统、单机、单机中回路根据在起竖过程中的功能、连接传递通路及控制关系的分析优化，并结合展开时序分析，进行综合协同分析设计而获得。
进一步地，所述分析优化为FMEA和FTA分析优化。
根据本发明的另一方面，提供了一种全冗余起竖系统的设计方法，包括如下步骤：
(1)建立起竖时序表格；
(2)根据功能设备列总体可靠性框图；
(3)优化系统冗余；
(4)验证冗余与故障策略。
进一步地，所述步骤(1)包括：按照起竖功能形成起竖时序确认表，该表包括起竖时序、关键环节及设计要点、设计指标要求和设计条件、每个时序的工作产品、工程实现及满足指标情况。
进一步地，所述步骤(2)包括：起竖系统总体与起竖系统中的分系统共同协调梳理参与每个功能实现的单机、线路或回路在起竖系统功能中的接口连接传递通路及控制关系，协同优化起竖系统的功能回路，进行系统冗余设计，形成起竖系统中的分系统间交叉冗余的系统可靠性框图。
进一步地，所述步骤(3)包括：应用故障树分析方法，建立起竖系统故障树，分析是否有单点故障或过冗余情况存在，并增加或减少冗余，实现最优化系统冗余。
进一步地，所述步骤(4)包括：根据各功能回路的冗余设计，预测起竖系统故障模式，制定故障模式，注入试验策略，形成故障试验表，进行故障模式验证试验。
进一步地，所述工作产品包括单机设备、硬件、软件、回路。
本发明的有益效果是：
(1)实现系统冗余的一种全冗余起竖系统，而非简单的所有参与起竖的单机冗余叠加的一种冗余系统，可实现减少单机产品条件下的系统功能全冗余，提高系统可靠性，降低对单机可靠性要求。
(2)系统组成简化，单机产品数量减少，结构占用空间小，系统可靠性提高，对单机可靠性要求降低，集成度高，系统故障时能够根据全系统可靠性框图快速识别或定位故障位置。
附图说明
图1示出了现有技术中通常设计的系统全冗余可靠性框图。
图2示出了根据本发明的全冗余起竖系统的结构组成图。
图3示出了本发明系统全冗余可靠性框图。
图4示出了本发明系统全冗余可靠性框图实例。
图5示出了起竖环节故障树。
图6.1示出了油源无压力或压力过低故障树。
图6.2示出了油源无流量或输出流量严重不足故障树。
图6.3示出了配电盒供电故障树。
具体实施方式
如图2所示，全冗余起竖系统包括液压系统A、控制系统B、供配电系统C、起竖执行机构D及起竖承力结构E。其中，液压系统A含设备、控制阀件、管路等，控制系统B含单机、电缆、软件等，供配电系统C含单机、电缆、软件等。
图3中的符号含义分别如下：
A.1、A.2……A.n——液压系统第1～第n个设备或阀件等单机产品。
B.1、B.2……B.m——控制系统第1～第m个单机产品、线路或软件。
B.1.1、B.1.2……、B.m.2——控制系统第1～第m个单机、线路、软件中不同回路或不同线路。
C.1、C.2……C.k——供配电系统第1～第k个单机产品、线路或软件。
C.1.1、C.1.2……、C.k.2——供配电系统第1～第k个单机、线路、软件中不同回路或不同线路。
如图3所示的本发明系统全冗余可靠性框图，将参与起竖的液压系统、控制系统、供配电系统的系统、单机、单机中回路等在起竖过程中的功能、连接传递通路及控制关系通过建立总体可靠性框图的形式和故障树的形式进行协同分析。深入到各单机内部线路、回路或软件，虽然设计分析工作量增大，但大大简化了系统组成，减少了单机产品数量。
全冗余起竖系统实例实施步骤：
1)第一步，表格化起竖时序确认：按照起竖功能形成起竖时序确认表，包括起竖时序、关键环节及设计要点、设计指标要求和设计条件、每个时序的工作产品(包括单机设备、硬件、软件、回路等)、工程实现及满足指标情况。第一步不用考虑冗余，只需实现所需功能。
2)第二步，根据功能设备初列总体可靠性框图，总体与分系统共同协调梳理参与每个功能实现的单机、线路或回路在系统功能中的接口连接传递通路及控制关系，协同优化系统功能通路，进行系统冗余设计，形成分系统间交叉冗余的系统可靠性框图，实例见图4所示。
3)第三步，应用故障树分析方法，建立起竖系统故障树，进一步分析是否有单点故障或过冗余情况存在，并增加或减少冗余，实现最优化系统冗余。实例见图6.1、图6.2和图6.3所示。其中，图6.1示出了油源无压力或压力过低故障树。图6.2示出了油源无流量或输出流量严重不足故障树。图6.3示出了配电盒供电故障树。
4)第四步，根据各功能回路的冗余设计，预测系统故障模式，制定故障模式注入试验策略，形成故障试验表，进行故障模式验证试验，例如人为断开数字流量阀1电缆或通用单元通道1，验证冗余与故障策略。
实例中，1)配电箱中供电线路1和供电线路2冗余，形成单个配电箱的整个回路中总电源的冗余。2)多级先导溢流阀+通用单元1+配电盒1的供电线路1+逻辑阀1的液压、控制、供配电组成与先导溢流阀已经形成冗余，若多级先导溢流阀一侧任何一个单机有故障，先导溢流阀虽不能实现调级功能，但能够实现降低指标的相应功能，先导溢流阀、通用单元、配电盒各单机均无需再增加冗余单机，简化了系统组成，并实现了系统冗余。3)通用单元1通道2+配电盒1的供电线路1+逻辑阀2与调速阀已经形成了冗余，若逻辑阀2一侧任何一个单机有故障，调速阀即可实现冗余，无需再对各单机再进行冗余。………
由实例可以看出，通过全系统冗余设计，可以在减少分系统单机产品条件下，实现系统功能冗余，虽然分系统单独设计可靠性评估值降低，但系统可靠性评估值不会降低，反倒由于设备或回路减少提高可靠性评估值，同时降低了对单机的可靠性要求。本实例已成功应用和试验验证。
上面以文字和附图说明的方式阐释了本发明一些具体实施方式的结构，并非详尽无遗或限制于上述所述具体形式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种设计全冗余起竖系统的设计方法，包括如下步骤：
(1)建立起竖时序表格；
(2)根据功能设备列总体可靠性框图；
(3)优化系统冗余；
(4)验证冗余与故障策略；
所述全冗余起竖系统包括液压系统、控制系统、供配电系统、执行机构及起竖承力结构，其特征在于，所述液压系统、控制系统、供配电系统、执行机构及起竖承力结构彼此之间按照交叉冗余的结构连接；
所述步骤(2)包括：起竖系统总体与起竖系统中的分系统共同协调梳理参与每个功能实现的单机、线路或回路在起竖系统功能中的接口连接传递通路及控制关系，协同优化起竖系统的功能回路，进行系统冗余设计，形成起竖系统中的分系统间交叉冗余的系统可靠性框图，且所述步骤(3)包括：应用故障树分析方法，建立起竖系统故障树，分析是否有单点故障或过冗余情况存在，并增加或减少冗余，实现最优化系统冗余。
2.根据权利要求1的设计方法，其特征在于，所述步骤(1)包括：按照起竖功能形成起竖时序确认表，该表包括起竖时序、关键环节及设计要点、设计指标要求和设计条件、每个时序的工作产品、工程实现及满足指标情况。
3.根据权利要求1的设计方法，其特征在于，所述步骤(4)包括：根据各功能回路的冗余设计，预测起竖系统故障模式，制定故障模式，注入试验策略，形成故障试验表，进行故障模式验证试验。
4.根据权利要求2的设计方法，其特征在于，所述工作产品包括单机设备、硬件、软件、回路。
5.根据权利要求1的设计方法，其特征在于，所述液压系统、控制系统和供配电系统均包括至少一个单机、线路和回路，所述液压系统、控制系统和供配电系统中的单机、线路和回路采用全冗余结构彼此连接。
6.根据权利要求5的设计方法，其特征在于，所述全冗余结构是基于液压系统、控制系统和供配电系统中的不同系统、单机、单机中回路根据在起竖过程中的功能、连接传递通路及控制关系的分析优化，并结合展开时序分析，进行综合协同分析设计而获得。
7.根据权利要求6的设计方法，其特征在于，所述分析优化为FMEA和FTA分析优化。
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