MOST CITED
Update: 2021-07-01
Task „Implementation of procedures ensuring the originality of scientific papers published in the quarterly „Eksploatacja i Niezawodność – Maintenance and Reliability” financed under contract 532/P-DUN/2018 from the funds of the Minister of Science and Higher Education for science dissemination activities.
Yi Ren
Ontologiczne wielowidokowe modelowanie uszkodzeń wspierające zintegrowany rozwój produktu i procesów
Inżynieria niezawodności zajmuje się prowadzeniem licznych działań w zakresie technologii uszkodzeń i zarządzania uszkodzeniami w ciągu całego cyklu rozwoju produktu. Stopniowa identyfikacja uszkodzeń oraz ciągła poprawa niezawodności jest możliwa tylko wtedy, gdy działania te zostaną skutecznie zintegrowane, przy syntetycznym uwzględnieniu szeregu istotnych danych dotyczących uszkodzeń. Obecna praktyka inżynieryjna nie pozwala na efektywną wymianę i ponowne wykorzystanie danych i wiedzy pochodzących z różnych faz rozwoju produktu. Ciągle jeszcze napotyka się trudności dotyczące interoperacyjności różnych działań ukierunkowanych na utrzymanie niezawodności. W artykule opracowano model ontologii uszkodzeń obejmujący modele ontologii uszkodzeń globalnych, funkcjonalnych i sprzętowych. Za sprawą tego modelu ontologicznego, działania niezawodnościowe stają się spójną częścią zintegrowanego rozwoju produktu i procesów (IPPD). Proponowany model uwzględnia ewolucję wiedzy na temat uszkodzenia w ciągu poszczególnych faz rozwoju. Na podstawie prezentowanego modelu ontologicznego stworzono środowisko inżynierii niezawodności oparte na platformie PLM (Zarządzanie Cyklem Życia Produktu) pozwalające zweryfikować poprawność i możliwość zastosowania omawianego modelu.
Ontological multi-view failure modeling for IPPD
Reliability engineering includes series of failure focused technology and management activities running throughout the entire product development cycle. Only these activities are effectively integrated and numerous relevant failure data is synthetically applied, the intent for progressively identifying failure and continuously improving reliability can be obtained. In current engineering practice, the reliability data and knowledge produced in different development phases cannot be efficiently shared and reused. There still exist difficulties in interoperating between different reliability activities. This paper establishes the failure ontology models that contain global failure ontology model, functional failure ontology model and hardware failure ontology model. In virtue of this ontology model, the reliability activities are seamlessly integrated into the integrated product and process development (IPPD). In this model, the evolution process of failure cognition during each development phases is considered. Base on this ontology model, a reliability engineering environment is constructed with the support of PLM (Product Lifecycle Management) platform to verify the ontology model's correctness and applicability.
Oryginalna, oparta na logice metoda kontroli ograniczania przyczyn uszkodzeń i ilościowej analizy niezawodności systemu
Podstawowym problemem w procesie projektowania niezawodności jest ograniczenie przyczyn uszkodzeń produktu. Jednakże, w przypadku sieci połączeń pomiędzy możliwymi przyczynami uszkodzeń złożonego produktu, trudno jest ustalić mapę zależności pomiędzy ograniczaniem przyczyn uszkodzeń i ilościowymi wartościami niezawodności, a decyzje względem ograniczania przyczyn uszkodzeń muszą bazować na własnym doświadczeniu, co znacznie wydłuża okres projektowania. W celu rozwiązania powyższych problemów, zaproponowano oryginalną, opartą na logice, metodę kontroli ograniczania przyczyn uszkodzeń i ilościowej analizy niezawodności systemu. Na wstępie, zaproponowano mieszany proces aktywnej i pasywnej kontroli niezawodności projektu. Następnie, zaprezentowano oryginalną koncepcję zbioru korelacji przyczyn uszkodzeń (FMCS) i metodę oznaczania opartą o teorię dedukcji. Na podstawie zmian dotyczących prawdopodobieństwa występowania przyczyn uszkodzeń, określono wzory niezawodności części i układów w celu pokazania wpływu ograniczania przyczyn uszkodzeń na niezawodność części i układów. Określono następnie ograniczającą sekwencję FMCS, ażeby ustalić założenia dla projektowania niezawodności. Na koniec zaprezentowano zamknięty proces kontroli ograniczania FMCS w powiązaniu z logiczną metodą podejmowania decyzji. Analizując pod tym kątem projekt systemu paliwowego helikoptera, wykazano w niniejszej pracy przydatność wszystkich powyższych metod, jak również związek pomiędzy parametrami niezawodności a projektowaniem jakościowym. Dlatego też ograniczanie przyczyn uszkodzeń powinno być kontrolowane w celu osiągnięcia wymaganej niezawodności ilościowej.
A novel logic-based approach for failure modes mitigation control and quantitative system reliability analyses
The core idea of reliability design is to mitigate the product’s failure modes. However, for the cross-links among potential failure modes of a complex product, it is very difficult to establish the mapping relationship between failure modes mitigation and quantitative values of reliability, and the decision of failure modes mitigation have to be performed by virtue of experience, which always increase design period. In order to solve these problems, a novel logic-based approach for failure modes mitigation control and quantitative system reliability analyses is provided. Firstly, a hybrid of active and passive control process of reliability design is proposed. Secondly, a novel concept of failure modes correlation set (FMCS) and a determination approach based on deductive theory are presented. According to the changes in failure modes probabilities of occurrence, the reliability formulas of the components and assemblies are provided to depict the effects of failure mode mitigation on reliability of components and assemblies. And then the FMCS mitigation sequence is decided to determine reliability design activities. Thirdly, a closed control process of FMCS mitigation is provided integrated with logic decision method. By exposing the design of a helicopter fuel system, the present study demonstrates that all approaches are feasible, and the relationship between reliability parameters and qualitative design exists. Hence the failure modes mitigation could be controlled for the achievement of quantitative reliability requirements.
Analiza niezawodności strategii sterowania w oparciu o kilka obserwatorów stanu rozszerzonego ESO i jej zastosowanie w systemie kontroli regulacji poziomu czworonożnego robota w warunkach zakłóceń i uszkodzeń
Złożoność algorytmów sterowania oraz ich brak odporności na zakłócenia i uszkodzenia to główne czynniki ograniczające pracę wielonożnych robotów mobilnych w bardziej złożonych środowiskach. W przedstawionym artykule zaproponowano strategię sterowania wykorzystującą kilka obserwatorów stanu rozszerzonego (ESO), która pozwala na uzyskanie stabilnego kąta pochylenia robota czworonożnego w warunkach zakłóceń i uszkodzeń siłowników. Traktując każdą z nóg jako równorzędny obiekt sterowania, dodano dodatkowe ESO, co pozwoliło na poprawienie zdolności algorytmu liniowego aktywnego tłumienia zakłóceń (LADRC) do kompensacji (tłumienia) tych ostatnich. Interaktywne informacje dotyczące poszczególnych nóg korelowano poprzez syntezę danych z ESO. Zaletami omawianej metody opartej na LADRC są: łatwość dostrajania parametrów, wysoka niezawodność oraz bardzo dobra zdolność do radzenia sobie z zakłóceniami i uszkodzeniami. Zaproponowano także metodę oceny niezawodności systemu sterowania. Analizowano niezawodność i wydajność systemu opartego na kilku ESO w warunkach awarii wywołanej zablokowaniem nóg robota. Przedstawiono wyniki badań symulacyjnych i eksperymentalnych systemu sterowania regulacją poziomu robota czworonożnego, które pozwalają zweryfikować zdolność proponowanej metody do tłumienia zakłóceń, a także możliwość jej praktycznego zastosowania.
Nowatorska metoda oceny niezawodności systemów wielostanowych w oparciu o algorytm uczenia struktury
Tradycyjne modele niezawodności, takie jak analiza drzewa błędów (FTA) czy schemat blokowy niezawodności (RBD), buduje się zazwyczaj w oparciu o tworzone przez inżynierów systemowych schematy zasad działania systemu, których przygotowanie wymaga dużych nakładów czasu i pracy. Jakość i poprawność tych modeli zależy od umiejętności i doświadczenia inżynierów, a same modele są trudne do zweryfikowania. Dzięki rozwojowi technik akwizycji i eksploracji danych oraz modelowania systemów, dane operacyjne złożonego systemu uwzględniające jego zależne, wielostanowe zachowania mogą być pozyskiwane i analizowane automatycznie. W artykule przedstawiono metodę konstrukcji sieci bayesowskiej (BN) opartą na algorytmie K2, która pozwala na ocenę niezawodności systemu wielostanowego o zachowaniach zależnych. Dzięki narzędziom BN, modelowanie i szacowanie niezawodności może odbywać się automatycznie. Działanie omawianej metody zilustrowano na podstawie przykładu.
Reliability analysis of a multi-eso based control strategy for level adjustment control system of quadruped robot under disturbances and failures
The complexity of control algorithms and their vulnerability to disturbances and failures are the main problems that restrict the operations of multi-legged mobile robots in more complex environments. In this paper, a multiple extended state observer (ESO) based control strategy is proposed to achieve stable tilt angle control for quadruped robots under the influence of disturbances and actuator failures. By treating the multiple legs as parallel control objects, more ESOs were added to improve the disturbance rejection ability of the linear active disturbance rejection control (LADRC). Correlation of interactive information about the legs is realized by the synthesis of multiple ESO information. Based on LADRC, this method has the advantages of easy parameter tuning, good robustness, and strong ability to cope with interference and fault conditions. A control system reliability evaluation method was proposed. The reliability and control performance of the multi-ESO based control system under leg stuck failure conditions were systematically analyzed. Simulation and experimental results for the level adjustment control system of a quadruped robot are provided to verify the disturbance rejection ability, feasibility and practicability of the proposed multi-ESO based control method.
A novel reliability estimation method of multi-state system based on structure learning algorithm
Traditional reliability models, such as fault tree analysis (FTA) and reliability block diagram (RBD), are typically constructed with reference to the function principle graph that is produced by system engineers, which requires substantial time and effort. In addition, the quality and correctness of the models depend on the ability and experience of the engineers and the models are difficult to verify. With the development of data acquisition, data mining and system modeling techniques, the operational data of a complex system considering multi-state, dependent behavior can be obtained and analyzed automatically. In this paper, we present a method that is based on the K2 algorithm for establishing a Bayesian network (BN) for estimating the reliability of a multi-state system with dependent behavior. Facilitated by BN tools, the reliability modeling and the reliability estimation can be conducted automatically. An illustrative example is used to demonstrate the performance of the method.
Metoda i oprogramowanie do analizy niezawodności urządzeń elektronicznych oparte na połączeniu metodologii fizyki uszkodzeń i symulacji komputerowej
Urządzenia elektroniczne, na przykład te używane w łączności, lotnictwie i energetyce, często muszą spełniać wysokie wymagania dotyczące niezawodności. Aby zmniejszyć koszty rozwoju i testowania tego typu urządzeń, należy opracować metodę analizy niezawodności, którą można wykorzystywać już na etapie projektowania. Metodologia fizyki uszkodzeń (PoF) pozwala, lepiej niż tradycyjne podejścia, rozwiązywać problemy związane z niezawodnością już na etapie powstawania projektu. Jednak jej zastosowanie w praktyce inżynierskiej nastręcza wielu trudności, związanych, między innymi, z koniecznością jednoczesnego przetwarzania dużych ilości informacji inżynieryjnych. W związku z tym, w przedstawionej pracy zaproponowano elastyczne podejście oraz system oprogramowania, które mogą być wykorzystywane przez projektantów do opracowania analizy niezawodności produktu elektronicznego w opaciu o PoF na etapie projektowania. Podejście to stanowi połączenie metody PoF i metod symulacji komputerowej, takich jak CAD, FEM i CFD. System oprogramowania zawiera moduły funkcjonalne, takie jak modelowanie produktu, analiza obciążeń, analiza niezawodności i inne, które mogą wspomagać projektantów w analizie niezawodności projektowanych przez nich produktów elektronicznych. Na system ten, oprócz oprogramowania składa się także sprzęt komputerowy, który służy do walidacji modeli symulacyjnych. W artykule przedstawiono studium przypadku, w którym zaproponowany system oprogramowania wykorzystano do analizy niezawodności modułu filtra wykorzystywanego w systemie łączności przemysłowej. Wyniki analizy pokazują, że opracowane oprogramowanie skutecznie poprawia niezawodność urządzeń jak też zapewnia dokładność analizy przy jednoczesnej wysokiej wydajności obliczeniowej.
Physics-of-failure and computer-aided simulation fusion approach with a software system for electronics reliability analysis
Electronics, such as those used in the communication, aerospace and energy domains, often have high reliability requirements. To reduce the development and testing cost of electronics, reliability analysis needs to be incorporated into the design stage. Compared with traditional approaches, the physics of failure (PoF) methodology can better address cost reduction in the design stage. However, there are many difficulties in practical engineering applications, such as processing large amounts of engineering information simultaneously. Therefore, a flexible approach and a software system for assisting designers in developing a reliability analysis based on the PoF method in electronic product design processing are proposed. This approach integrates the PoF method and computer-aided simulation methods, such as CAD, FEM and CFD.The software system integrates functional modules such as product modeling, load-stress analysis and reliability analysis, which can help designers analyze the reliability of electronic products in actual engineering design. This system includes software and hardware that validate the simulation models. Finally, a case study is proposed in which the software system is used to analyze the filter module reliability of an industrial communication system. The results of the analysis indicate that the system can effectively promote reliability and can ensure the accuracy of analysis with high computing efficiency.