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基于混合冗余策略的k-out-of-n:G系统可靠性优化模型

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计算机集成制造系统 2023年第3期29卷 852-863页

作者：张进春吕航侯锦秀河南理工大学工商管理学院能源经济研究中心河南焦作454003 河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454003

很多对可靠性要求极高的系统通常被设计成k-out-of-n:G结构,然而对该类系统的可靠性优化是一个相当困难的问题。为进一步扩展模型的适用性,提出一种采用混合冗余策略的可靠性优化新模型。该模型首次在k-out-of-n:G系统的可靠性优化中引... 详细信息

很多对可靠性要求极高的系统通常被设计成k-out-of-n:G结构,然而对该类系统的可靠性优化是一个相当困难的问题。为进一步扩展模型的适用性,提出一种采用混合冗余策略的可靠性优化新模型。该模型首次在k-out-of-n:G系统的可靠性优化中引入混合冗余策略,可以为每个子系统选择(积极、冷备份或混合)冗余策略中的任何一个。首先,基于连续时间马尔可夫链为k-out-of-n:G系统建立精确计算系统可靠性的数学模型。其次,提出一个冗余分配问题和一个工程案例问题,并设计一种伪并行遗传算法进行求解。最后,为评估新模型的性能,通过对提出的两个问题进行数值分析来评估新模型的性能。实验证明,相比以往模型研究,所提新模型得到更高的系统可靠性值,具有良好的应用前景。

关键词： k-out-of-n:G系统混合冗余策略冗余分配问题连续时间马尔可夫链伪并行遗传算法

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气化炉耐火砖健康状态诊断和剩余寿命预测

煤炭学报 2023年第S1期48卷 275-287页

作者：张进春徐飞宇侯锦秀河南理工大学工商管理学院能源经济研究中心河南焦作454000 河南理工大学工商管理学院河南焦作454000 河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454000 河南理工大学河南省瓦斯地质与瓦斯治理省部共建国家重点实验室培育基地河南焦作454000

作为气化炉的关键部件,耐火砖的有效厚度及剩余寿命决定着气化炉的性能和运行安全。因此需要为耐火砖制定合理的维护计划,而视情维修(CBM)能降低维修风险和成本,保证气化炉的可靠性,为此聚焦于耐火砖健康状态的准确诊断和剩余寿命的精... 详细信息

作为气化炉的关键部件,耐火砖的有效厚度及剩余寿命决定着气化炉的性能和运行安全。因此需要为耐火砖制定合理的维护计划,而视情维修(CBM)能降低维修风险和成本,保证气化炉的可靠性,为此聚焦于耐火砖健康状态的准确诊断和剩余寿命的精准预测。构建了气化炉耐火砖健康状态诊断和剩余寿命预测模型,并对某公司气化炉燃烧室实际工况下的耐火砖进行了相关研究。研究过程如下:①用K-均值算法确定模型初始参数,用改进的Baum-Welch算法训练耐火砖各状态对应的模型,用改进的Viterbi算法计算测试序列和各状态模型的对数似然概率并比较大小,其中最大的状态模型对应的状态即为测试序列的状态;②用耐火砖全寿命周期数据训练全寿命周期模型,根据重估后的模型参数预测各状态的剩余寿命;③根据健康状态诊断结果预测耐火砖当前剩余寿命。并将基于HSMM得到的结果与基于HMM得到的结果以及实际值进行了对比分析。结果表明,基于HSMM对耐火砖进行健康状态诊断的正确率达到了95%,大于基于HMM的正确率92.5%;基于HSMM得到的耐火砖各状态剩余寿命预测值全部落入实际剩余寿命区间内,平均正确率达到了81.36%,高于基于HMM的平均正确率71.22%。说明所构建的耐火砖健康状态诊断和剩余寿命预测模型符合气化炉耐火砖的实际退化规律,取得了良好的效果。

关键词：耐火砖健康状态诊断寿命预测隐半马尔可夫模型

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基于广义极值分布的流化床压力波动风险预警

中国安全科学学报 2022年第1期32卷 85-91页

作者：张进春陈昕张文俊吴士龙河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000

为预警气泡运动所引起的流化床粉煤气化压力波动风险,提出预测压力波动极值以及压力波动重现水平的方法;首先采用自相关分析法将压力波动母样本数据合理分段,再用区间极值法统计子样本的压力波动极值数据,以广义极值(GEV)分布方法建立GE... 详细信息

为预警气泡运动所引起的流化床粉煤气化压力波动风险,提出预测压力波动极值以及压力波动重现水平的方法;首先采用自相关分析法将压力波动母样本数据合理分段,再用区间极值法统计子样本的压力波动极值数据,以广义极值(GEV)分布方法建立GEV分布模型和Gumbel分布模型,并经过模型诊断选择最优模型;然后通过子样本与母样本的参数关系得到母样本极值分布参数,进而基于母样本极值分布参数得到压力波动极值的期望值;最后以母样本极值分布参数为中心进行贝叶斯推断,得到压力波动的重现水平。结果表明:采用GEV分布法得到的估计极值误差率控制在±10%以内,平均误差率控制在-1.7%~3.7%以内;有95%的信心认为压力波动重现水平将处于置信区间内。

关键词：流化床压力波动广义极值(GEV) 风险预警重现水平

基于ChemCAD的气流床粉煤加压气化工艺参数仿真优化

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煤炭学报 2011年第7期36卷 1189-1194页

作者：张进春侯锦秀河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000 河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454000

基于ChemCAD仿真软件,采用Gibbs最小自由能方法作为气化反应模型,建立了Shell粉煤加压气流床气化仿真模型。针对氧煤比、蒸汽煤比和气化压力3个主要工艺参数,安排了3因子3水平的全析因仿真实验,分析了各工艺参数对气化性能的影响。结果... 详细信息

基于ChemCAD仿真软件,采用Gibbs最小自由能方法作为气化反应模型,建立了Shell粉煤加压气流床气化仿真模型。针对氧煤比、蒸汽煤比和气化压力3个主要工艺参数,安排了3因子3水平的全析因仿真实验,分析了各工艺参数对气化性能的影响。结果表明:氧煤比是影响产气率和粗煤气有效成分的重要因素,同时对消耗指标的亦有显著影响。产气率等效益指标随氧煤比的增加而增加,而消耗指标则随氧煤比的增加而减少;蒸汽煤比可以提高产气率,但主要影响H2的含量,各消耗指标会随着蒸汽煤比的增加而减少;压力对煤气化性能指标影响不显著。进而,采用综合平衡优化方法,对煤气化工艺参数进行了综合优化,以协调各指标间可能的冲突,寻找到一组使各指标尽可能最优工艺参数的组合。

关键词： ChemCAD 气流床煤气化参数优化

基于广义线性模型的概率风险评价方法及其应用

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中南大学学报（自然科学版） 2011年第6期42卷 1719-1724页

作者：张进春吴超中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083

应用广义线性模型处理风险评价中响应变量为属性变量或离散型变量的问题,对风险事件依风险等级的累计发生概率进行logistic变换,以变换的累计发生概率作为连接函数,基于风险样本事件先验信息建立回归模型。针对待评价的风险事件,利用所... 详细信息

应用广义线性模型处理风险评价中响应变量为属性变量或离散型变量的问题,对风险事件依风险等级的累计发生概率进行logistic变换,以变换的累计发生概率作为连接函数,基于风险样本事件先验信息建立回归模型。针对待评价的风险事件,利用所建立的回归模型分别计算各风险等级的累计发生概率和发生概率,以其最大发生概率所对应的等级作为风险事件的最终评价等级。在建模过程中,采用极大似然估计法对回归系数进行参数估计并采用Newton-Raphson迭代算法求解,模型的拟合优度采用皮尔逊χ2检验。应用本方法建立煤与瓦斯突出的概率风险评价模型,并对具体矿井煤与瓦斯突出的概率风险进行评价。研究结果表明:采用该方法可准确得出评价结果。

关键词：广义线性模型概率风险评价极大似然估计皮尔逊χ2检验

基于偏最小二乘回归的焦炭热性质非线性预测模型

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中南大学学报（自然科学版） 2011年第5期42卷 1406-1412页

作者：张进春吴超中南大学资源与安全工程学院湖南长沙410083

针对基于煤质指标预测焦炭热性质建模过程中易出现的多重共线性问题,提出应用偏最小二乘回归对焦炭热性质进行预测的建模思路。考虑到煤质指标与焦炭热性质之间复杂的非线性关系,采用拟线性化处理的方法,将煤质指标的一次效应、二次效... 详细信息

针对基于煤质指标预测焦炭热性质建模过程中易出现的多重共线性问题,提出应用偏最小二乘回归对焦炭热性质进行预测的建模思路。考虑到煤质指标与焦炭热性质之间复杂的非线性关系,采用拟线性化处理的方法,将煤质指标的一次效应、二次效应及交互效应作为模型输入,建立焦炭热性质预测的偏最小二乘回归模型;基于拟线性化处理的非线性偏最小二乘回归和线性偏最小二乘回归对焦炭热性质预测实例进行分析。研究结果表明:基于偏最小二乘回归方法建立的焦炭热性质预测模型是有效可行的;非线性偏最小二乘回归模型的预测精度明显比线性偏最小二乘回归模型的预测精度高。

关键词：焦炭焦炭反应性指数:焦炭反应后强度偏最小二乘回归非线性预测

多工作日历下的大型工程项目多目标任务指派优化方法

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计算机集成制造系统 2019年第5期25卷 1223-1237页

作者：曾强袁明明张进春河南理工大学能源科学与工程学院

为解决多工作日历下大型工程项目任务指派问题,提出一种多目标优化方法。建立了以项目工期最短、成本最低为优化目标,考虑多工作日历约束的大型工程项目多目标任务指派优化模型;提出基于多工作日历的时间推算方法,解决了多工作日历下工... 详细信息

为解决多工作日历下大型工程项目任务指派问题,提出一种多目标优化方法。建立了以项目工期最短、成本最低为优化目标,考虑多工作日历约束的大型工程项目多目标任务指派优化模型;提出基于多工作日历的时间推算方法,解决了多工作日历下工程项目任务指派的关键问题。设计了带精英策略的快速非支配排序遗传算法求解优化模型,其中编码采用基于承包商号的整数编码方式,交叉操作采用两点交叉方式,变异操作采用单点变异方式。种群初始化采用拒绝策略以保证个体可行性,变异过程采用修复策略以保证子代个体的可行性。解码操作根据各任务被指派的承包商号数组,在任务成本数组中查出任务成本,对各任务成本求和得到项目成本;在任务时间数组中查出任务时间,基于关键路径法采用正向推算函数FC得到各任务最早开工时刻、最早完工时刻,进而求出项目工期。进化结束后将所得到的Pareto解集存入工作表“Pareto解集”,当决策人员双击某个Pareto解时,算法基于关键路径法采用正向顺推函数FC和反向逆推函数IC得到其对应的调度矩阵。通过案例分析验证了所提方法的有效性。

关键词：任务指派多工作日历大型工程项目多目标优化带精英策略的快速非支配排序遗传算法时间推算

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基于响应面法的煤气化工艺参数效应分析

动力工程学报 2011年第10期31卷 789-796页

作者：张进春侯锦秀河南理工大学能源科学与工程学院焦作454000 河南理工大学安全科学与工程学院焦作454000

以粉煤加压气化工艺为对象,基于ChemCAD仿真软件建立了煤气化过程仿真模型,采用中心复合设计进行了煤气化仿真试验,构建煤气化性能指标与工艺参数间的响应曲面,并在此基础上对煤气化各工艺参数对气化性能的主效应和交互效应进行了分析.... 详细信息

以粉煤加压气化工艺为对象,基于ChemCAD仿真软件建立了煤气化过程仿真模型,采用中心复合设计进行了煤气化仿真试验,构建煤气化性能指标与工艺参数间的响应曲面,并在此基础上对煤气化各工艺参数对气化性能的主效应和交互效应进行了分析.结果表明:氧煤质量比是影响煤气化性能最重要的工艺参数,氧煤质量比的增加能提高煤气中CO体积分数、产气率和碳转化率,但会降低H2体积分数;蒸汽煤质量比主要影响煤气的有效气体成分,H2体积分数随其值提高而显著增加,CO体积分数下降;蒸汽煤质量比对产气率和碳转化率影响较小;压力对煤气中有效气体成分、产气率和碳转化率影响均不显著;氧煤质量比、蒸汽煤质量比和压力的综合效应对煤气中有效气体成分影响不显著,但对产气率和碳转化率等生产效率指标影响显著.

关键词：煤气化响应面法工艺参数氧煤质量比蒸汽煤质量比效应分析

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基于多重多元回归的焦炭质量预测模型

科技导报 2010年第12期28卷 79-84页

作者：张进春吴超中南大学资源与安全工程学院.长沙410083

焦炭质量预测是焦化企业进行焦炭质量控制的重要方法。在诸多生产因素已固定的条件下,焦炭质量主要取决于原料煤性质。用煤质指标预测焦炭质量是焦炭质量预测的重要方法。考虑配合煤煤质指标和焦炭质量指标的多元性和相关性,采用多重多... 详细信息

焦炭质量预测是焦化企业进行焦炭质量控制的重要方法。在诸多生产因素已固定的条件下,焦炭质量主要取决于原料煤性质。用煤质指标预测焦炭质量是焦炭质量预测的重要方法。考虑配合煤煤质指标和焦炭质量指标的多元性和相关性,采用多重多元回归分析技术,将焦炭质量的各指标作为一个整体,建立配合煤煤质指标对焦炭质量的预测模型。基于偏最小二乘回归思想,采用预测误差平方和(PRESS)和预测的方差验证回归模型的预测能力。根据实际焦炭生产建立的焦炭质量预测多重多元回归模型的显著性检验表明,该模型具有较高的预测能力。应用多重多元回归技术建立的焦炭质量预测模型对指导焦化企业的焦化生产,优化配煤和加强焦炭质量控制具有重要的现实意义。

关键词：焦炭质量预测多重多元回归预测误差平方和预测方差