[發(fā)明專利]一種確定系統(tǒng)云化故障概率分布變化趨勢的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610043523.3
• 申請日: 2016-01-24
• 公開（公告）號: CN105740603A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孟銳;李莎莎;王偉
• 申請（專利權(quán)）人: 遼寧工程技術(shù)大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及安全系統(tǒng)工程，特別是涉及系統(tǒng)可靠性分析中的故障概率變化趨勢的確定。

背景技術(shù)

安全系統(tǒng)工程是研究系統(tǒng)實現(xiàn)其自身功能的能力的學科，其中一項重要研究內(nèi)容就是預(yù)測系統(tǒng)的故障發(fā)生，也是就系統(tǒng)在什么情況，什么狀態(tài)下發(fā)生什么樣的故障。對于系統(tǒng)發(fā)生故障的預(yù)測一方面可以從系統(tǒng)內(nèi)部出發(fā)，研究系統(tǒng)內(nèi)在結(jié)構(gòu)從而了解系統(tǒng)可靠性；或者從系統(tǒng)實際運行的故障數(shù)據(jù)來了解其可靠性。但基于這些數(shù)據(jù)，通過傳統(tǒng)的安全系統(tǒng)工程方法分析系統(tǒng)可靠性的變化程度是比較困難的，但是很有意義的。因為無論根據(jù)系統(tǒng)自身結(jié)構(gòu)或?qū)嶋H運行得到的數(shù)據(jù)均無法進行導數(shù)意義上的計算，但導數(shù)計算是分析數(shù)據(jù)變化的最直接，最普遍，也是最簡單的方法。

目前對于系統(tǒng)故障變化的研究主要有：李輝等進行了考慮運行功率變化影響的風電變流器可靠性評估；陳永進等研究了考慮天氣變化的可靠性評估模型與分析；趙洪山等針對考慮元件故障率變化的配電網(wǎng)進行了可靠性評估；歐陽穩(wěn)等對發(fā)電系統(tǒng)可靠性隨可靠性參數(shù)和電氣參數(shù)變化規(guī)律進行了建模；楊珍貴等基于器件的結(jié)溫變化評估風機中參數(shù)差異對網(wǎng)側(cè)變流器可靠性進行了研究；覃慶努等建立了變環(huán)境變工作條件下電子系統(tǒng)的可靠性評價方法。但這些方法第一僅針對某一個特定系統(tǒng)而言，并不是通行方法，第二這些方法的構(gòu)建過程均不能方便的進行導數(shù)計算，所以仍有較大的研究余地。

針對上述問題，在提出的空間故障樹（SpaceFaultTree，SFT）理論框架下，使用云模型重構(gòu)了特征函數(shù)，并使用這種云化特征函數(shù)來求解元件或系統(tǒng)的故障概率分布變化趨勢問題。這種做法的出發(fā)點主要考慮兩種情況，1）對于可靠性數(shù)據(jù)普遍存在的離散性、隨機性和模糊性(下文簡稱“不確定性”)特點，云模型可較好的表現(xiàn)含有這些不確定性的數(shù)據(jù)；2）使用云化特征函數(shù)構(gòu)建的故障概率分布函數(shù)是連續(xù)的，可以就某一個因素對這個函數(shù)求導，進而得到對這個因素的故障概率分布變化趨勢。下面分別介紹了SFT與云化的基礎(chǔ)，故障概率分布變化趨勢的構(gòu)建和計算過程，并以實例進行分析。

發(fā)明內(nèi)容

1SFT基本理論與云化基礎(chǔ)

空間故障樹理論SFT是12年提出的一個理論框架，是為了從因素角度研究系統(tǒng)可靠性隨影響因素變化的特征。該理論認為系統(tǒng)工作于環(huán)境之中，由于組成系統(tǒng)的基本事件或物理元件的性質(zhì)決定了其在不同條件下工作的故障發(fā)生概率不同。現(xiàn)有SFT框架可分為三個分支：1）連續(xù)型空間故障樹（ContinuousSpaceFaultTree，CSFT），其更接近于經(jīng)典故障樹，完成了與經(jīng)典故障樹中概念和方法相似的功能，并發(fā)展了其特有方法。其從系統(tǒng)內(nèi)部開始研究，再研究系統(tǒng)對外部的響應(yīng)。2）離散型空間故障樹(DiscreteSpaceFaultTree，DSFT)，其不需要了解系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)造和元件性質(zhì)，研究基礎(chǔ)是系統(tǒng)對外界環(huán)境變化所進行的響應(yīng)特征。其從系統(tǒng)對外部響應(yīng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)入手分析系統(tǒng)可靠性，是從外至內(nèi)的研究方法。3）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)反分析(Inwardanalysisofstructuralsystems，IASS)，在不清楚系統(tǒng)內(nèi)部具體構(gòu)造情況下，通過系統(tǒng)對外界環(huán)境因素變化的響應(yīng)來剖析和窺探系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

某個因素與元件可靠性關(guān)系的特征函數(shù)是SFT分析的基礎(chǔ)，特征函數(shù)的確定是SFT方法使用的前提。但實際的故障及可靠性監(jiān)測數(shù)據(jù)有不確定性特點，即模糊性、隨機性和離散型，所以需要特征函數(shù)能表現(xiàn)這些特點。元件可靠性數(shù)據(jù)一般認為服從指數(shù)分布，或峰值具有穩(wěn)定區(qū)的指數(shù)分布(如浴盆曲線)。理論上通過實驗或?qū)嶋H運行得到的可靠性數(shù)據(jù)應(yīng)是正態(tài)的分布在這個曲線周圍的。越接近曲線數(shù)據(jù)密度越大，遠離則減小，那么特征函數(shù)應(yīng)能表示這個特征。云模型發(fā)生器生成的云滴正是圍繞著發(fā)生器解析式曲線正態(tài)分布的數(shù)據(jù)點，與可靠性數(shù)據(jù)分布特征相同。云滴隸屬度為[0,1]與可靠性值域[0,1]相同。另外云模型有多種衍生形式，可滿足可靠性數(shù)據(jù)的分析要求，所以利用正向云模型發(fā)生器解析式構(gòu)造特征函數(shù)是可行的。形成云化特征函數(shù)的主要步驟為：首先將根據(jù)某因素得到的元件可靠性數(shù)據(jù)帶入逆向云模型發(fā)生器，得到特征參數(shù)，然后帶入正向云模型發(fā)生器解析式，最終將該解析式被1減作為元件對于該因素的云化特征函數(shù)。正向云模型生成器解析式如式(1)所示。元件對于某因素的可靠性可以用表示，而元件對于該因素的特征函數(shù)可以使用=1-表示，即式(2)。

（1）

（2）

式中：d表示某因素，x表示該因素的數(shù)值，i表示第i個元件。