[發(fā)明專利]一種基于著色隨機(jī)Petri網(wǎng)的復(fù)雜機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)級(jí)聯(lián)可靠性建模方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410219038.8
• 申請(qǐng)日: 2014-05-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104298843B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魯岳;張建國(guó);闞琳潔;王丕東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F19/00
• 分類號(hào): G06F19/00
• 代理公司: 北京慧泉知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛(ài)華

一種基于著色隨機(jī)Petri網(wǎng)的復(fù)雜機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)級(jí)聯(lián)可靠性建模方法，它有五大步驟：一、根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、運(yùn)行剖面將系統(tǒng)自上而下劃分層次；對(duì)于系統(tǒng)的上層采用功能層次劃分，下層則采用結(jié)構(gòu)層次劃分；二、運(yùn)用FMEA方法，分析系統(tǒng)各層次故障模式及影響，給出相關(guān)聯(lián)故障間的邏輯關(guān)系，確定影響功能的故障判據(jù)，明晰系統(tǒng)故障的層次性和傳播性；三、根據(jù)故障和功能邏輯關(guān)系建立各層次的CSPN可靠性子模型；四、利用變遷替換，將各層次的CSPN模型有機(jī)連接，構(gòu)建系統(tǒng)整體的可靠性模型；五、確定各層次上的顏色函數(shù)、節(jié)點(diǎn)函數(shù)、弧表達(dá)函數(shù)、守衛(wèi)函數(shù)，并利用蒙特卡洛仿真對(duì)系統(tǒng)可靠性進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于著色隨機(jī)Petri網(wǎng)的復(fù)雜機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)級(jí)聯(lián)可靠性建模方法，特別是涉及一種基于故障傳播和著色隨機(jī)Petri網(wǎng)的復(fù)雜機(jī)構(gòu)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)級(jí)聯(lián)可靠性建模方法，屬于復(fù)雜機(jī)構(gòu)系統(tǒng)可靠性建模技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

復(fù)雜機(jī)構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能日趨復(fù)雜，其系統(tǒng)可靠性問(wèn)題變得越來(lái)越突出。在長(zhǎng)期服役過(guò)程中，復(fù)雜機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的故障可能傳播與轉(zhuǎn)化，出現(xiàn)混沌與有序之間的“無(wú)規(guī)則”演化，多層次復(fù)雜交互作用引起的結(jié)構(gòu)損傷、功能突變或劣化等行為的涌現(xiàn)。復(fù)雜機(jī)構(gòu)系統(tǒng)可靠性問(wèn)題具有顯著的多狀態(tài)、高動(dòng)態(tài)、多層、時(shí)變的特點(diǎn)，是典型的“動(dòng)態(tài)級(jí)聯(lián)可靠性”問(wèn)題。其中，動(dòng)態(tài)指系統(tǒng)故障的發(fā)生、轉(zhuǎn)移、演化，系統(tǒng)性能的退化是隨時(shí)間變化的；級(jí)聯(lián)指系統(tǒng)各層次及同層次各部件之間的復(fù)雜交互作用。

Petri網(wǎng)兼有圖形化建模能力和數(shù)學(xué)計(jì)算能力，著眼于系統(tǒng)中可能發(fā)生的各種狀態(tài)變化以及變化之間的關(guān)系，可以描述系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。目前已有一些Petri網(wǎng)模型用以處理復(fù)雜機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的可靠性問(wèn)題，諸如分層Petri網(wǎng)、著色Petri網(wǎng)、隨機(jī)Petri網(wǎng)。但這些Petri網(wǎng)在單獨(dú)使用時(shí)僅能描述復(fù)雜機(jī)構(gòu)系統(tǒng)某一方面的問(wèn)題。例如分層Petri網(wǎng)模型可用于處理復(fù)雜機(jī)構(gòu)系統(tǒng)“動(dòng)態(tài)級(jí)聯(lián)”中的級(jí)聯(lián)問(wèn)題，但它無(wú)法描述退化、時(shí)變及多狀態(tài)問(wèn)題；著色Petri網(wǎng)模型能處理系統(tǒng)多狀態(tài)問(wèn)題，但無(wú)法描述時(shí)變、退化的動(dòng)態(tài)問(wèn)題；隨機(jī)Petri網(wǎng)模型可處理變遷激發(fā)時(shí)間服從指數(shù)分布的動(dòng)態(tài)問(wèn)題，但對(duì)于變遷激發(fā)時(shí)間服從非指數(shù)分布，以及時(shí)變、退化的動(dòng)態(tài)問(wèn)題無(wú)法描述。因此，目前已有的Petri網(wǎng)模型仍無(wú)法完全描述復(fù)雜機(jī)構(gòu)系統(tǒng)性能退化和不同層次間故障涌現(xiàn)并存的動(dòng)態(tài)級(jí)聯(lián)問(wèn)題。

本發(fā)明提出的著色隨機(jī)Petri網(wǎng)(Colored StochasticPetri Nets，CSPN)綜合了著色和隨機(jī)Petri網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)，并對(duì)變遷的時(shí)間屬性進(jìn)行擴(kuò)展，將隨機(jī)Petri網(wǎng)的指數(shù)型變遷擴(kuò)展為瞬時(shí)變遷、退化性變遷和變遷激發(fā)時(shí)間服從任意分布的隨機(jī)性變遷，同時(shí)引入等效變遷，采用逐層分級(jí)建模的方法，建立基于故障傳播和著色隨機(jī)Petri網(wǎng)的復(fù)雜機(jī)構(gòu)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)級(jí)聯(lián)可靠性模型，綜合處理復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)的性能退化，狀態(tài)多層次性，不同層次交互作用引起的故障涌現(xiàn)性問(wèn)題，從而有效評(píng)估復(fù)雜機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)級(jí)聯(lián)可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述，本發(fā)明的目的在于提供一種基于故障傳播和著色隨機(jī)Petri網(wǎng)的復(fù)雜機(jī)構(gòu)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)級(jí)聯(lián)可靠性模型，用于處理具有多狀態(tài)、高動(dòng)態(tài)、多層、時(shí)變、故障涌現(xiàn)等動(dòng)態(tài)級(jí)聯(lián)特點(diǎn)的復(fù)雜機(jī)構(gòu)系統(tǒng)可靠性建模問(wèn)題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于著色隨機(jī)Petri網(wǎng)的復(fù)雜機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)級(jí)聯(lián)可靠性建模方法，該方法至少包括以下步驟：

步驟一，根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、運(yùn)行剖面將系統(tǒng)自上而下劃分層次；對(duì)于系統(tǒng)的上層采用功能層次劃分，下層則采用結(jié)構(gòu)層次劃分。

步驟二，運(yùn)用FMEA(故障模式影響分析)方法，分析系統(tǒng)各層次故障模式及其故障影響，給出相關(guān)聯(lián)故障間的邏輯關(guān)系，并確定影響功能的故障判據(jù)，明晰系統(tǒng)故障的層次性和傳播性。

步驟三，根據(jù)故障和功能邏輯關(guān)系建立各層次的CSPN可靠性子模型；各層次CSPN可靠性模型的建立遵循自上而下的原則。

步驟四，利用變遷替換，根據(jù)系統(tǒng)功能的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和邏輯關(guān)系，將各層次的CSPN模型有機(jī)連接，構(gòu)建系統(tǒng)整體的可靠性模型；