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Petri网是一种功能强大的建模工具,兼具图形化建模和数值计算能力,能较好地描述系统的结构和行为。近年来,基于Petri网的复杂系统故障分析及动态可靠性建模引起人们关注。本文主要研究基于Petri网的系统动态可靠性建模及分析方法,并探讨该方法在工程机械液压系统中的应用。课题主要研究内容如下: 1.提炼动态可靠性的基本概念,系统评述动态可靠性建模方法,简要说明各种方法的建模元素、基本步骤及其典型应用,指出各自的优缺点和适用对象,为后文基于Petri网的动态可靠性建模理论研究做出铺垫。 2.对Petri网理论进行扩展,提出故障Petri网的及其建模方法,并将其应用于系统故障分析中。以单斗式液压挖掘机为例,在液压系统功能分析和故障推理的基础上,建立单斗式挖掘机故障Petri网模型,并对其作故障的定性分析和可靠性的定量计算,给出具体的分析方法和可靠性评估结果。

与传统的故障树方法相比,本文提出的故障Petri网能更简洁地表达故障逻辑关系及故障传递过程,在可靠性数值指标计算等方面也具有优势。 3.故障Petri网侧重于表达系统的故障层次关系以及下级故障的静态组合对上级故障的影响,但不具有动态特性的分析能力。为了描述液压系统中故障-维修的动态相依过程,本文将广义随机Petri网引入到系统动态可靠性建模中,采用延时变迁来表达故障的失效和维修过程,并给出典型可修系统模型的状态转移矩阵。 4.针对广义随机Petri网在实际应用中存在的状态空间爆炸问题,基于模块化思想,本文提出一种集故障Petri网和广义随机Petri网优点于一体的系统动态可靠性建模新方法,结合具体实例说明了该方法的应用步骤。应用表明,该方法能有效地减小广义随机Petri网模型的状态空间,为复杂系统可靠性分析提供了解决思路。 5.蒙特卡罗仿真法可以有效地解决具有非指数分布延时变迁的广义随机Petri网模型求解问题,且收敛速度与问题的维数无关。本文从任意分布随机数生成和仿真时钟推进策略的选取这两个关键问题入手,深入探讨了蒙特卡罗仿真在广义随机Petri网可靠性指标求解中的应用,并通过仿真实例比较仿真法和解析法的特点。 6.基于广义随机Petri网,开发系统可靠性仿真分析软件包(PetriTool),为系统可靠性分析提供完善的仿真平台。简要介绍软件的开发流程及功能模块,利用PetriTool对挖掘机液压系统的可靠性模型进行仿真求解,给出仿真结果。