[發(fā)明專利]一種基于事故動態(tài)推演仿真的故障模式與影響分析方法

有效

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• 申請日: 2017-11-30
• 公開（公告）號: CN108170892B
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周漢清;呂海熊;王智浩;黃燕冰;江志煒;李瑜
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航空綜合技術(shù)研究所
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 陳宏林

1.一種基于事故動態(tài)推演仿真的故障模式與影響分析方法，其特征在于：該方法的步驟如下：

步驟一、根據(jù)被分析對象的產(chǎn)品協(xié)議書、產(chǎn)品需求及設(shè)計文檔，描述被分析對象的組成和功能，按照整機、系統(tǒng)、子系統(tǒng)、外場可更換單元、內(nèi)場可更換單元的層次將被分析對象層層分解，根據(jù)故障模式與影響分析的需要分解到最低約定層次；

步驟二、針對最低約定層次的每一個模塊，建立一個功能方框，構(gòu)建功能框圖，在功能框圖中，一個功能方框代表一個功能，功能可以包含子功能，根據(jù)功能方框之間的相互依賴及層次關(guān)系，功能方框之間用無箭頭的線連接，表示各功能方框之間的物理關(guān)系，功能方框的描述格式為：

“function功能名稱

功能內(nèi)容定義

end function”；

步驟三、針對功能框圖中的每一個功能方框，對其內(nèi)部行為構(gòu)建事故動態(tài)推演仿真模型該仿真模型是一個包含以下10種元素的詳細描述，包括子功能C、輸入變量I、狀態(tài)變量S、輸出變量O、初始狀態(tài)R、失效狀態(tài)F、事件E、狀態(tài)轉(zhuǎn)換T、傳遞函數(shù)L、事件關(guān)聯(lián)關(guān)系ER，簡化為C,I,S,O,R,F,E,T,L,ER十元組，具體描述方法如下：

1.十元組中C代表子功能，對于包含子功能的功能方框需要描述此項，否則無需描述，描述時依次寫出功能方框包含的子功能，子功能的描述格式為：“功能名稱：功能類型”；

2.十元組中I代表輸入變量，每個功能方框都需要描述此項，每個功能包含一個或多個輸入變量，具體格式為“變量名稱:變量類型:in”，如果變量具有固定的初始值，則變量類型可以替換為變量值，具體格式為“變量名稱:[變量值1，變量值2……變量值n]:in”；

3.十元組中S代表狀態(tài)變量，對于不包含子功能的方框需要描述此項，否則無需描述，狀態(tài)變量指在功能的生命周期中的某個條件或者狀況，狀態(tài)是功能執(zhí)行了一系列活動的結(jié)果，每個功能內(nèi)包含一個或多個狀態(tài)變量，當滿足相應(yīng)條件時，可以進行狀態(tài)轉(zhuǎn)換，狀態(tài)變量的格式為“變量名稱:[變量值]:s”；

4.十元組中R代表初始狀態(tài)，對于不包含子功能的方框需要描述此項，否則無需描述，每個功能框圖中只有一個初始狀態(tài)，初始狀態(tài)R是S中的一種，R∈S，是仿真開始時該功能所處的狀態(tài)，初始狀態(tài)的格式為：“狀態(tài)名稱:＝狀態(tài)值”；

5.十元組中的F代表失效狀態(tài)，對于不包含子功能的方框需要描述此項，否則無需描述，每個功能框圖中有一個或多個失效狀態(tài)，失效狀態(tài)是S中的一種，F(xiàn)∈S，在仿真過程中，如果到達該狀態(tài)，需要記錄進入該狀態(tài)的時間并計算失效發(fā)生概率，失效狀態(tài)的格式為：“狀態(tài)名稱:＝狀態(tài)值”；

6.十元組中O代表輸出變量，每個功能方框都需要描述此項，每個功能包含一個或多個輸出變量，輸出變量的格式為：“變量名稱:變量類型:out”；

7.十元組中E代表事件，對于不包含子功能的方框需要描述此項，否則無需描述，事件可以觸發(fā)狀態(tài)轉(zhuǎn)換，狀態(tài)轉(zhuǎn)換必須滿足相應(yīng)的轉(zhuǎn)換條件，當條件滿足時，事件觸發(fā)才可以驅(qū)動狀態(tài)轉(zhuǎn)換，事件的作用相當于為狀態(tài)轉(zhuǎn)換增加了延遲時間，事件分為兩大類：分別是時間延遲事件和瞬時事件，其中時間延遲事件又包含兩類，分別是隨機事件以及固定時間延遲事件，瞬時事件也包含兩類，分別是立刻發(fā)生事件和預(yù)置條件事件，延遲事件中的隨機事件的格式為：delay:＝概率分布函數(shù)(失效概率)，延遲事件中的固定時間延遲事件的格式為:delay:＝Dirac(延遲時間)，瞬時事件只需指定事件名稱即可，預(yù)置條件事件的條件將在狀態(tài)轉(zhuǎn)換中描述，因此瞬時事件的格式為：“事件名稱”；

8.十元組中T代表狀態(tài)轉(zhuǎn)換，對于不包含子功能的方框需要描述此項，否則無需描述，狀態(tài)轉(zhuǎn)換是兩個狀態(tài)變量之間的一種關(guān)系，表示對象將在源狀態(tài)中執(zhí)行一定的動作，并在某個特定事件發(fā)生或某些特定的條件滿足時進入目標狀態(tài)，狀態(tài)轉(zhuǎn)換的格式為：“狀態(tài)名稱：源狀態(tài)值[轉(zhuǎn)換條件為真]|-事件名稱-狀態(tài)名稱:＝目標狀態(tài)”，其中轉(zhuǎn)換條件可選，當轉(zhuǎn)換條件為空時，事件發(fā)生即可驅(qū)動狀態(tài)轉(zhuǎn)換；

9.十元組中L代表傳遞函數(shù)，每個功能方框都需要描述此項，傳遞函數(shù)描述三種邏輯關(guān)系：分別是：

9.1功能內(nèi)部的輸出與輸入及狀態(tài)變量之間的邏輯關(guān)系，傳遞函數(shù)等式左邊是輸出變量，右側(cè)是輸入變量與狀態(tài)變量的邏輯表達式；

9.2描述系統(tǒng)中同層級功能模塊之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，首先找到連接線兩端兩個功能的輸入變量和輸出變量，構(gòu)建輸出變量與輸入變量的邏輯關(guān)系；

9.3描述系統(tǒng)中功能與子功能的輸入輸出變量之間的邏輯關(guān)系；

10.十元組中ER代表事件的關(guān)聯(lián)關(guān)系，對于包含子功能的功能方框需要描述此項，否則無需描述，ER表示功能和子功能中的事件的關(guān)聯(lián)關(guān)系，事件的關(guān)聯(lián)關(guān)系包括三種類型：同步關(guān)聯(lián)、廣播關(guān)聯(lián)以及共同原因關(guān)聯(lián)；

10.1構(gòu)建父模塊與其包含的子模塊中事件的同步關(guān)聯(lián)關(guān)系，同步關(guān)聯(lián)表示事件必須同時發(fā)生，且由事件驅(qū)動的狀態(tài)轉(zhuǎn)換必須同時執(zhí)行，表示形式為ER{event1event2……eventn}；

10.2構(gòu)建父模塊與其包含的子模塊中事件的廣播關(guān)聯(lián)關(guān)系，廣播關(guān)聯(lián)表示某個事件發(fā)生時，通知其他與之具有廣播關(guān)聯(lián)關(guān)系的事件，如果這些事件驅(qū)動的狀態(tài)的轉(zhuǎn)換條件為真，則執(zhí)行，否則不執(zhí)行，表示形式為ER{event1|event2……eventn}；

10.3構(gòu)建父模塊與其包含的子模塊中事件的共同原因關(guān)聯(lián)事件，共同原因事件包含廣播關(guān)聯(lián)關(guān)系，除此之外，具有共同關(guān)聯(lián)關(guān)系的多個事件可以像普通事件一樣獨立發(fā)生，共同原因事件通常用于父模塊中的多個子模塊，它們既可能由于自身內(nèi)部錯誤導(dǎo)致失效，也可能因為某個共同原因失導(dǎo)致效的情形，表示形式為ER{event1,event2……eventn}；

步驟四、采用離散事件動態(tài)仿真的方法進行事故推演，并記錄失效事件發(fā)生的失效概率；

所述失效概率是通過多次仿真，并將每次仿真結(jié)果加和求平均獲得，失效概率是一個近似值，隨著仿真次數(shù)的增加，近似值會逐步逼近真實值，單次仿真方法的執(zhí)行過程如下：

4.1初始化

4.1.1設(shè)置仿真的開始時間t0和結(jié)束時間tf；

4.1.2設(shè)置每個功能框圖所代表功能的初始狀態(tài)，按事故動態(tài)推演仿真模型十元組中R指定的值進行初始化；

4.2設(shè)置仿真時鐘TIME＝t0

4.3動態(tài)更新事件列表，找出此刻事故動態(tài)推演仿真模型中滿足觸發(fā)條件的事件E，所述滿足觸發(fā)條件是指事件E所對應(yīng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換T的轉(zhuǎn)換條件為空或者為真，然后進行以下兩步操作：

4.3.1從事件列表中刪除此刻不滿足觸發(fā)條件的事件；

4.3.2對于找出的此刻滿足觸發(fā)條件的事件E，針對其中的每一個事件，如果事件表中不存在，則將該事件添加到事件列表中，并標記為新增事件；

所述事件列表用于存放滿足觸發(fā)條件的事件，在仿真初始時為空，隨著仿真的運行進行動態(tài)更新，事件列表中的事件按照發(fā)生時間由早到晚進行排序，當仿真時間到達事件列表中的第一個事件的發(fā)生時間時，該事件觸發(fā)并驅(qū)動狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換，進而推動仿真流程的推進；

4.4如果仿真時間TIME≥tf或事件表為空，轉(zhuǎn)至4.9，否則，執(zhí)行4.5；

4.5計算事件列表中新增事件的發(fā)生時間，事件的發(fā)生時間等于仿真時間與事件延遲時間的求和值，具體計算方式為：對于瞬時事件，當轉(zhuǎn)換條件滿足時立刻發(fā)生，事件延遲時間為0，發(fā)生時間就是仿真時間；對于時間延遲事件中的固定時間延遲事件，發(fā)生時間是仿真時間與延遲時間的求和，對于時間延遲事件中的隨機事件，需要對發(fā)生概率進行抽樣，抽樣時假設(shè)事件的發(fā)生概率服從[0,1]的均勻分布，通過隨機抽樣獲取p的具體數(shù)值，p∈[0,1]，然后針對不同的分布求得事件的延遲時間，以指數(shù)分布為例，指數(shù)分布的分布函數(shù)為p＝1-e^-λt,得到p以后，可以反推出t的數(shù)值，具體公式為：同理，對于威布爾分布，公式為：其他分布以此類推，仿真時間與t相加就獲得事件的執(zhí)行時間；

4.6將事件列表中的事件按照發(fā)生時間由早到晚排列，從事件表中取出發(fā)生時間最早的事件Event，仿真時間推進到此事件的發(fā)生時間，即置TIME＝tEvent；

4.7事件發(fā)生并驅(qū)動狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)換，判斷轉(zhuǎn)換后的狀態(tài)是否為失效狀態(tài)，如果是失效狀態(tài)，根據(jù)仿真時間，計算失效概率為1/TIME；

4.8根據(jù)模型十元組中的傳遞函數(shù)L，計算狀態(tài)轉(zhuǎn)換引發(fā)的系統(tǒng)的輸入、輸出變量的變化及狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件真假值的變化，返回執(zhí)行4.3；

4.9仿真結(jié)束；

步驟五、基于事故動態(tài)推演仿真獲得的失效狀態(tài)和失效概率，進行故障模式及影響分析，填寫故障模式與影響分析表格，詳細過程為：針對仿真過程中發(fā)現(xiàn)的功能內(nèi)部的失效狀態(tài)，進行故障識別，描述失效狀態(tài)所對應(yīng)的故障模式,若該失效狀態(tài)能夠?qū)е鹿收夏Ｊ桨l(fā)生，則在故障模式與影響分析表中新增一條記錄，填寫故障模式與影響分析表格中的代碼、產(chǎn)品或功能標志、功能、故障模式，并執(zhí)行以下步驟填寫故障模式與影響分析表格中的其他項，否則處理下一個失效狀態(tài)，直到所有失效狀態(tài)處理完成為止，其中，填寫單條記錄時：

5.1針對故障模式，結(jié)合任務(wù)剖面和功能內(nèi)部的失效狀態(tài)，確定系統(tǒng)當前所處的任務(wù)階段與工作方式，并填寫到故障模式與影響分析表格中；

5.2針對故障模式，分析故障原因，并填寫到故障模式與影響分析表格中；

5.3針對故障模式，分析故障影響，包括對局部影響、高一層影響以及最終影響，并填寫到故障模式與影響分析表格中；

5.4根據(jù)故障影響分析結(jié)果，確定故障模式的嚴酷度類別，并填寫到故障模式與影響分析表格中；

5.5根據(jù)故障模式原因、故障影響分析結(jié)果，依次填寫故障檢測方法，并填寫到故障模式與影響分析表格中；

5.6根據(jù)故障影響、故障檢測結(jié)果分析改進補償措施，并填寫到故障模式與影響分析表格中；

5.7獲取仿真過程中計算得到的與失效狀態(tài)對應(yīng)的概率值，并填寫到故障模式與影響分析表格的故障率這一列中。