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.
Shengkui Zeng
Zmodyfikowany model prognozowania niezawodności urządzeń elektronicznych
Prognozowanie niezawodności urządzeń elektronicznych oparte na modelu fizyki uszkodzeń (PoF) jest obarczone niepewnościami. Opierając się na połączeniu testu Kołmogorowa-Smirnowa (testu K-S) i metody symulacji Monte Carlo, w niniejszej pracy zaprezentowano zmodyfikowaną metodę prognozowania niezawodności urządzeń elektronicznych, która bierze pod uwagę ograniczoną liczbę danych testowych o uszkodzeniach. Ilościową charakterystykę głównych czynników niepewności modelu stworzono na podstawie wskaźnika zdolności procesu (Cpk). W pierwszej części pracy badano stopień dopasowania pomiędzy teoretycznym rozkładem podobieństwa uszkodzeń urządzeń elektronicznych obliczanym w oparciu o PoF przy użyciu metody symulacji Monte-Carlo a empirycznym rozkładem podobieństwa uszkodzeń urządzeń elektronicznych uzyskanym na podstawie testowych lub terenowych danych o uszkodzeniach przy życiu metody K-S. W części drugiej, dokonano optymalizacji skorygowanego współczynnika modelu. Wreszcie, na podstawie przykładu modelu oceny termicznej wytrzymałości zmęczeniowej połączenia lutowanego oraz wybranych danych testowych o uszkodzeniach dokonano weryfikacji proponowanej metody. Wyniki prognoz uzyskane na podstawie zmodyfikowanego modelu są zgodne z wynikami testowymi.
A modified model of electronic device reliability prediction
There exist uncertainties in the prediction of electronic device reliability based on PoF (physics of failure) model. Based on the combination of Kolmogorov-Smirnov test (KS-test) and Monte-Carlo simulation method, this paper presents a modified method for reliability prediction of electronic devices considering limited test failure data. The process capability index (Cpk) is used to quantitatively characterize the main factors of model uncertainties. Firstly the degree of fitting between the theoretical probability distribution of electronic device failures based on PoF by using the Monte-Carlo simulation method and the practical probability distribution of electronic device failures based on test or field failure data is tested by using K-S test method. Secondly the corrected coefficient of the model is optimized. Finally, a solder thermal fatigue life assessment model and some test failure data are used to verify the proposed method in the illustrative example. The prediction results calculated by modifi ed model are consistent with test results.
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.
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.
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.
Model niezawodności dla systemów typu k-z-n z podziałem obciążenia podlegających uszkodzeniom parametrycznym i katastroficznym, w których zachodzi zależność między obciążeniem pracą a skutkami obciążeń losowych
Element systemu k-z-n może ulegać uszkodzeniom parametrycznym i katastroficznym wynikającym z ekspozycji na naturalne procesy degradacji i obciążenia losowe. Ze względu na równomierny podział obciążenia między wszystkie elementy systemu, gdy jeden element ulega awarii, obciążenie pracą przypadające na pozostałe komponenty zwiększa się, podnosząc tempo degradacji każdego z nich. Ponadto, przy większym obciążeniu pracą, obciążenia losowe mogą powodować większe nagłe przyrosty degradacji i zwiększać rozmiary obciążeń. Mówi się wtedy o istnieniu zależności między obciążeniem pracą a skutkami obciążeń losowych (dependent workload and schock effects (DWSE). Taka zależność powoduje, że system z podziałem obciążeń łatwiej ulega uszkodzeniom. Fakt ten jest często pomijany w obecnie stosowanych metodach oceny niezawodności. W niniejszym artykule przedstawiamy nowatorski model oceny niezawodności systemów k-z-n z podziałem obciążenia i zależnością DWSE, który pozwala dokładniej ocenić niezawodność takich systemów. W modelu, opracowano wspólną funkcję gęstości prawdopodobieństwa skutków obciążeń losowych dla uszkodzeń parametrycznych i katastroficznych, która pozwala opisać zależność DWSE dla elementu systemu. Aby wyprowadzić analityczne wyrażenie niezawodności systemu z podziałem obciążenia i DWSE, do modelowania czasów losowych uszkodzeń elementów systemu wykorzystano funkcję warunkowej gęstości prawdopodobieństwa. Skuteczność modelu niezawodności zilustrowano na przykładzie układu mikroelektromechanicznego z podziałem obciążenia (MEMS).
A reliability model for load-sharing k-out-of-n systems subject to soft and hard failures with dependent workload and shock effects
A component in a k-out-of-n system may experience soft and hard failures resulting from exposure to natural degradation and random shocks. Due to load-sharing characteristics, once a component fails, the surviving components share an increased workload, which increases their own degradation rates. Moreover, under the larger workload, random shocks may cause larger abrupt degradation increments and larger shock sizes. Therefore, the system experiences the dependent workload and shock effects (DWSEs). Such dependence will cause the load-sharing system to fail more easily, though it is often not considered in existing methods. In this paper, to evaluate the system reliability more accurately, we develop a novel reliability model for load-sharing k-out-of-n systems with DWSEs. In the model, the joint probability density function of shock effects to soft and hard failures is developed to describe the DWSEs on a component. To derive an analytical expression of system reliability with load-sharing characteristics and DWSEs, conditional probability density function is used to model the random component failure times. A load-sharing Micro-Electro-Mechanical System (MEMS) is then utilized to illustrate the effectiveness of the reliability model.
A fault tree-based approach for aviation risk analysis considering mental workload overload
Many lives and aircrafts have been lost due to human errors associated with mental workload overload (MWLOL). Human errors are successfully considered in existing Fault Tree Analysis (FTA) methods. However, MWLOL is considered through Performance Shaping Factors indirectly and its information is hidden in FT construction, which is not conducive to analyze the root causes of human errors and risks. To overcome this difficulty, we develop a risk analysis method where Multiple Resources Model (MRM) is incorporated into FTA methods. MRM analyzes mental workload by estimating the resources used during performing concurrent tasks, probably including abnormal situation handling tasks introduced by basic events in FT. Such basic events may cause MWLOL and then trigger corresponding human error events. A MWLOL gate is proposed to describe MWLOL explicitly and add these new relationships to traditional FT. This new method extends previous FTA methods and provides a more in-depth risk analysis. An accident, a helicopter crash in Maryland, is analyzed by the proposed method.