[發明專利]一種多狀態多階段任務系統的故障場景樹建模方法

有效

• 申請號: 201811073245.1
• 申請日: 2018-09-14
• 公開（公告）號: CN109344461B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 陳穎;楊松;門偉陽;康銳
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/02
• 代理公司: 北京孚睿灣知識產權代理事務所(普通合伙) 11474
• 代理人: 韓燕

本申請提供一種多狀態多階段任務系統的故障場景樹建模方法，包括：首先，研究故障場景樹中故障機理的相關關系，提出各相關關系在故障場景樹中的表示方法；其次，研究多狀態系統故障場景樹的構建方法，建立時間順序場景樹和故障順序場景樹模型；再次，研究多階段任務系統，由多階段任務系統的二態情況事件順序場景樹類推建立多階段任務系統多狀態情況下的事件順序場景樹模型；最后，利用Matlab對機理模型和故障場景樹模型進行可靠性仿真，并根據需要得到二態系統、多階段二態系統和多階段多態系統的仿真結果。本申請所提出的故障場景樹能夠從邏輯、時間和概率三個維度來表征系統，從而動態的刻畫系統故障發生、發展的全過程。

技術領域

本發明屬于產品可靠性建模領域，特別涉及一種多狀態多階段任務系統的故障場景樹建模方法。

背景技術

在可靠性工程領域，多狀態多階段任務系統普遍存在于現實世界中的重要領域，多狀態系統中系統本身及元器件都可以表現出多個性能水平(或狀態)，多階段任務系統必須按順序完成多個非重疊階段或操作任務，而且事件的發生順序是確定的，如果前一階段出現故障，后一階段的任務將無法實現。多狀態多階段任務系統同時包含多狀態系統和多狀態任務系統的特點，該系統的復雜性，增加了可靠性設計與分析的難度，也造成了可靠性預測不準確的問題。

針對多狀態多階段任務系統，由于其復雜度較高，目前相關研究比較有限。我們曾研究過基于BDD的損傷累積線性法則和分層建模方法，但是BDD是一種靜態建模方法，難以表征機理的發生順序和系統中部件的故障順序。此外，復雜系統的故障場景一般是相當多的，邏輯關聯也較為復雜，采用BDD方法需要兼顧每一個部件的不同狀態，從而使得對系統末態沒有影響的部件會被考慮進去，進而增加模型的復雜度，不便于后續分析。其他的可靠性建模方法，例如動態故障樹、Petri網和貝葉斯網絡，只能從邏輯和概率兩個角度描述系統的故障關系，時間的動態性只能通過在每一個時間點更新模型才能實現。

隨著系統復雜度的提高，系統內部故障機理的耦合傳播變得愈發復雜，從而提高了系統可靠性建模的難度。故障機理是從物理、化學角度描述產品故障的根本原因，是產品故障的最基本元素。故障行為是描述系統深層次的故障機理，通過相關關系、故障傳播等方式，相互影響直至導致系統故障的過程。故障機理相關關系共有五種，包括競爭、觸發、促進、抑制和累加。在先前的多狀態多階段任務系統研究中，僅考慮了累加關系，未能研究其他相關關系在多狀態多階段任務系統中的表示方法。然而，以故障機理為底層事件，故障機理相關關系為邏輯主線建立復雜系統的可靠性模型已然成為目前可靠性建模領域的最新方向。

通過對現有技術進行檢索和查新，國內外尚沒有學者從故障機理相關關系的角度，提出針對多狀態多階段任務系統的可靠性建模方法。

發明內容

本發明的目的在于解決傳統建模方法大都依賴于建模人員對系統的了解程度以及自身的經驗，較難實現程序替代，或者采用了較多的特殊符號，不便于提取故障場景等問題。提出故障場景樹建模方法后能夠從邏輯、時間和概率三個維度來表征系統，從而清晰刻畫系統故障發生、發展的全過程。故障機理樹的建立過程易于程序實現，而且建模本身就是推理故障場景的過程，最終可直接得出系統的故障場景，避免了要從模型中提取故障場景的問題。

本發明公開了一種多狀態多階段任務系統的故障場景樹建模方法，具體步驟敘述如下：

步驟一：分析系統各部件的主要故障機理及故障機理相關關系；

具體為三個步驟：首先，對系統的結構和功能進行分析，明確每個階段的執行順序和持續時間；然后，分析各階段系統所處的工作環境和承受的系統載荷，整理出各部分之間的可靠性結構；最后，列出各部分之間的故障機理及故障機理相關關系；

步驟二：采用時間順序場景樹對故障機理層建模；

分為二態系統機理層時間順序場景樹模型和多狀態系統機理層時間順序場景樹模型；