基于故障树分析的增氧机控制系统可靠性动态风险评价

第37卷第4期2O16年4月中国农机化学报JournalofChineseAgriculturalMechanizationVoI．37NO．4Apr．2016基于故障树分析的增氧机控制系统可靠性动态风险评价*马从国，赵德安。，王建国(1_淮阴工学院，江苏淮安，223003；2．江苏大学，江苏镇江，212013)摘要：为对水产养殖池塘的溶解氧进行有效监控，提出基于故障树分析的增氧机控制系统可靠性动态风险评价法。利用故障树分析法(FTA)确定增氧机控制系统在不同时空条件下影响溶解氧给定、系统通信、溶解氧检测和溶解氧控制等可靠性的主要风险因素，实时构建可靠性风险评价指标体系。建立权重跟随指标值动态变化的变权赋值模型，应用相对差异函数确定评价指标的隶属度，通过对增氧机控制系统可靠性动态风险进行综合评定和等级特征值计算，确定增氧机控制系统当前可靠性状态。以镇江市某个池塘增氧机控制系统可靠性为例进行动态风险综合评价，得出该系统当前可靠性风险等级为中等，该评价结果能够提供提高增氧机控制系统可靠性的科学依据。关键词：增氧机控制系统；故障树分析(FTA)；可靠性；模糊综合评价中图分类号：$953文献标识码：A文章编号：2095—5553(2016)04—0211一O6马从国，赵德安，王建国．基于故障树分析的增氧机控制系统可靠性动态风险评价[J]．中国农机化学报，2016，37(4)：211～216MaCongguo，ZhaoDe’an，WangJianguo．DynamicriskevaluationforthereliabilityofaeratorcontrolsystembasedonFTA[J]．JournalofChineseAgriculturalMechanization，2016，37(4)：211～2160引言溶解氧是影响池塘鱼类生长的极其重要的环境因子之一，特别是在工厂化高密度养殖的情况下，鱼类活动活跃、生长速度快和氧消耗量高，一旦增氧机控制系统出现故障，池塘溶解氧比较低时，池塘中鱼类的生存即受到威胁，很容易导致鱼类因缺氧而死亡的后果；另一方面，当池塘中溶解氧超过饱和值时，过多的氧气通过鳃经血液循环进入鱼体，过剩的氧气滞留在组织中形成气泡，严重时甚至导致鱼类死亡_1]。为了提高水产养殖自动化水平，大部分养殖池塘都配备了增氧机控制系统。该系统由系统监控终端、通信模块、溶解氧检测节点、控制节点和增氧机等组成，实现对养殖池塘溶解氧的检测、控制和管理。由于该系统是由强电、弱电、监控和通信软件等组成的复杂控制系统，维护保养工作繁重和养殖池塘水面环境恶劣等因素增加了增氧机控制系统的安全隐患。因系统运行过程中的溶解氧给定、溶解氧检测、系统通信和溶解氧控制等方面的故障风险较高，它们一旦发生故障就会导致池塘溶解氧得不到有效调控，最终酿成生产安全事故，给养殖户造成较大的经济损失。开展增氧机控制系统可靠性动态风险评价，切实掌握增氧机控制系统的安全运行状况，分析并查找影响增氧机控制系统安全生产的风险因素，提高增氧机控制系统的可靠性，确保池塘溶解氧调控的安全性对水产养殖具有重要的现实意义。目前国内外关于增氧机控制系统的可靠性动态风险的评价还未见报道[3]，本文构建增氧机控制系统的可靠性动态风险评价的数学模型并通过实例给出评价结果。1故障树分析评价方法简介由于增氧机控制系统的构成复杂，导致其“故障”或“失效”的原因具有不确定性，在不同养殖池塘和气候环境条件下增氧机控制系统可靠性风险因素的重要度都会发生变化。根据增氧机控制系统风险因素的这一动态特性，笔者提出基于故障树分析的增氧机控制系统可靠性动态风险评价法，该方法结合流程图如图1所示r5]。该方法以模糊综合评价为框架，运用故障树分析(FaultTreeAnalysis，FTA)、模糊综合评价和收稿日期：2014年3月10日修回日期：2014年11月7日*基金项目：科技部星火计划(2013GA690387)第一作者：马从国，男，1969年生，江苏泗阳人，博士，副教授；研究方向为农业生物环境工程。E-mail：macongguo@163．corn通讯作者：赵德安，男，1956年生，江苏常州人，博士，教授；研究方向为农业生物环境工程。E-mail：dazhao@ujs．edu．cn22中国农机化学报专家评分等方法，采用定性与定量相结合对增氧机控制系统的可靠性进行风险评价。一方面基于故障树分析能描述引起增氧机控制系统故障的各个因素之间的逻辑因果关系，建立以“溶解氧超限”为顶事件的增氧机控制系统失效的故障树，通过定性与定量分析，求出故障树的各阶最小割集、增氧机控制系统的失效概率、各个基本事件的概率重要度和临界重要度等，找出影响增氧机控制系统可靠性的薄弱环节，为提高增氧机控制系统的可靠性提供合理的依据。另一方面建