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摘要：在船舶电气系统研究的过程中，很多专家发现常见的并联冗余设计和传统的二状态可靠性分析方法存在差异，因此本文主要是结合相关知识，研究可传播电气多状态并联冗余系统可靠性的及其优化。研究的结果主要是适用于船舶电气并联冗余系统，同时也能够符合三状态的并联冗余系统，因此具有一定的普遍性。
关键词：船舶电气；多状态并联冗余系统；可靠性优化
前言：随着船舶行业的不断发展和进步，对于船舶电气并联冗余系统的研究也有了新的认识，尤其是当前不能再按照传统的方式进行分析，而是要在此基础上进一步的分析多状态情况下的冗余系统可靠性优化设计。
一、船舶电气并联冗余系统设计
在船舶电气系统中，并联冗余设计时船舶电气系统可靠性设计中最为有效的设计方法，采用冗余设计方式的优势在于，可以大幅度的提高系统的可靠性指标。随着船舶行业的不断发展，现代船舶电气系统的设计，采用冗余设计的方式就能大大的提高系统的可靠性，尤其是能够提高船舶系统的薄弱环节。目前随着冗余系统设计的多样化发展，在现代船舶电气系统发展的过程中，冗余设计成为了其中最关键的部分。
当前的冗余技术主要是作为船舶电气自动化工程领域中达到系统可靠性目标采用的一种重要的设计手段。这种设计手段对于船舶电气自动化工程具有非常大的意义。传统的冗余系统可靠性分析方法一般有几种，比如故障模式及影响分析法、故障树分析法等。这些方法一般被描述为正常以及失效这两种状态。也就是系统和元件分为正常以及失效的状态。在对系统进行可靠性建模和分析的过程中采用了二逻辑的方式，也就可以称之为二状态可靠性分析方法。一般船舶电气系统的构成较为复杂，尤其是元件失效机理具有多样性，系统本身会表现出来的是多状态的特征，一般工作状态也会出现多状态的形式，因此不可以完全按照传统的方式将其分为正常以及失效两种固定的状态。而且使用传统的二状态可靠性理论也不能完全的将这种复杂失效的过程进行完整的描述，因此一般会造成一定的偏差，无法真正符合工程的需求。比如其中的继电器的辅助触点，一般是有触点开路失效的情况，同时也包含了触电短路失效等失效模式。此外，二极管具有开路失效、短路失效等基本的失效模式。假如今后对这种元件进行系统性可靠性冗余设计和分析，还按照以往的方式将二状态进行分析计算，就会导致最终的结果出现严重的失误，所以为了避免这一情况的出现，不断提高冗余系统可靠性计算精度，减少失误的情况，尤其是要获得最优的冗余数，就需要明确，电气控制系统必须要作为多状态冗余系统进行可靠性建模以及分析设计[1]。
二、多状态可靠性理论
多状态可靠性理论主要是可以有效的揭示复杂系统潜在的失效机理，因此在当前的学术界以及工业界探索的过程中成为重点和难点问题。目前的多状态可卡平行理论可以有效的解决现代工程中一些大型复杂系统的可靠性问题，因此受到广泛的欢迎，尤其是当前的多状态可靠性理论研究受到了更多人的关注。在多状态理论的不断研究过程中，很多国内外的专家学者都在进行不断的研究和讨论，一些专家定义了多状态系统的可能可靠性函数，并且会利用系统寿命的可能性分布，然后实现对系统可能性可靠性的分析，最后可以得到系统可能可靠性的计算方法。还有方玉茹等学者也曾提出过一种改进的机遇模糊状态叶斯网络的可靠性分析方法。此外，还有人也研究了不同维修效果下多状态可修系统的可靠性模型，并且建立了系统状态马尔可夫转换的无穷小生成元矩阵，由此求得各状态稳态概率向量。多为学者在风力发电机组的可靠性建模以及分析过程中使用了多状态系统模型，不过当前还没有出现多状态可靠性理论在船舶电气系统中应用的文献[2]。
当前了解的船舶电气系统主要还是使用传统的二状态可靠性分析方法设计并联冗余系统。不过传统的理论中，由于研究的不够充分，因此导致对系统的认知不完善。所以传统方式中在二状态可靠性分析方法上建立的并联冗余系统模型一般不是很准确，所以会导致实际工程上的多支路并联冗余系统设计出现较大的失误。所以本文主要是根据船舶电气多状态并联冗余系统可靠性的优化设计进行的分析。
三、多状态并联冗余系统的可靠性分析
在船舶系统的研究和使用过程中，为了不断的提高系统可靠性，经常使用并联冗余系统。因此本文是对继电器辅助触点并联冗余设计进行分析，然后主要研究多状态并联冗余系统的可靠性。一般的继电器触点属于多状态的模式，比如正常、失效、短路等多种状态，一般由继电器辅助触点组成的系统就是三状态并联冗余系统。图1为继电器辅助触点并联冗余系统可靠性框图。
图1系统可靠性框图
如果设Xi为继电器辅助点i正常，`xio为继电器辅助触点i开路失效，`xis为继电器辅助触点i短路失效（i=1，2，...，n），其概率分别为P（xi）=Pi、P（xio）=qio、P（xis）=qis，且Pi+qio+qis=1。
此外，又设t=0时，所有的元件都是新的，因此组成这一系统元件的寿命服从指数的分布，一般的失效率是常数，所以存在开路失效、短路失效两种模式，这种失效模式一般属于互斥独立的。
由n个支路组成的并联系统，如果每个支路都开路失效，那么系统开路失效，如果有至少一个支路短路失效，那么就称系统短路失效。需要注意考虑两个继电器辅助触点X1和X2的两支路并联冗余系统，需要保证两个继电器辅助触点不会同时开路失效，或者是其中任何一个继电器辅助触点短路不会失效，才能确保系统的可靠性[3]。
在二状态系统中，一般可以使用数学归纳法进行证明，同样的子系统可以用并联的方式组合，因此其可靠度要比相同的子系统串联方式组合的可靠度要高。如果部件越多，其系统可靠性也会随之增加。此外，通过研究还可以发现，由于存在短路失效的情况，因此就算使用再多的并联冗余支路组成的三状态船舶电气并联冗余系统，也无法保证提高系统的可靠性。尤其是三状态系统中，多并联支路的冗余设计可靠性不会随着支路增多而增大，反而hi院内支路增多导致可靠性下降。三状态和二状态船舶电气冗余系统常用继电器辅助触点冗余设计，一般最优的冗余数仅为2。
结论：随着研究的不断进行，很多专家学者发现，在传统的船舶电气系统可靠性分析的过程中，很多都会将电气并联冗余系统作为二状态系统进行分析，因此一般都会按照传统的方式将其分为正常和时效两种状态，不过正常情况下，船舶电气系统本身有很多的元件存在失效的状态，因此一般的船舶电气系统都是多状态系统。在进行多状态并联冗余系统优化设计的过程中，需要明确的是二状态和三状态情况下的系统可靠性存在差别。
参考文献：
[1]狄鹏，黎放，陈童.考虑不同维修效果的多状态可修系统可靠性模型[J].兵工学报.2014（09）.
[2]方玉茹，阚树林，杨猛，谢超，裴学胜.模糊多态贝叶斯网络在冗余液压系统可靠性分析中的应用[J].计算机集成制造系统.2015（07）.
[3]赵志草，宋保维，赵晓哲.系统实时可靠性冗余优化研究[J].西北工业大学学报.2013（01）.