[发明专利]一种船舶消防系统连锁失效的评估方法

说明书

技术领域

本发明属于复杂系统的分析与决策领域，具体涉及一种基于元胞自动机理论和Agent行为模型的船舶消防系统连锁失效的评估方法。

背景技术

随着科技的发展，现代船舶功能越来越强，环境越来越复杂，船舶的可靠性和安全性越来越受到重视。船舶火灾是影响船舶安全性的危险事故之一，为了实现火灾的早期确认、自动报警、联动控制及减灾灭火功能，现代船舶综合控制系统中都会配有消防系统，它是一个复杂系统。然而，一旦由于船舶内部环境的变化或人为因素导致了消防系统的子系统失效，相应的船舶环境会由于防御不够或失去了防御而恶化，从而反作用于其他消防子系统，并结合消防系统内部的动力学特征产生连锁反应，使得消防系统的性能降低，甚至影响整个船舶系统功能崩溃，船舶失去生命力。因此船舶消防系统的定量连锁失效评估对提高船舶安全性和船舶生命力具有重要意义。

传统的系统可靠性评估方法，如可靠性框图法、故障树法等，存在如下缺点：一方面这些方法都是在假设系统独立失效的情况下进行可靠性评估，忽略了系统失效的相关性；另一方面，传统的可靠性评估偏重系统硬件的评估。然而，相关性是复杂系统失效的普遍特征，忽略失效的相关性得到的结果过于保守，甚至是错误的，并且复杂系统的连锁失效不仅与系统网络拓扑结构有关，而且与系统的物质、信息、能量的交换和传递息息相关，对系统功能失效的综合评估更重要。由于以上原因，复杂系统的连锁失效评估的相关文献很少，且尚未有关于船舶消防系统连锁失效定量评估的相关理论成果。

元胞自动机是一种时间、空间和状态都离散的动力系统，在每个离散时间步，每个元胞根据其相邻元胞的上一时刻的状态以局部规则进行同步演化，是一种非常适合描述故障传播行为的评估方法，Agent行为则可描述子系统的不同演化。鉴于此，本发明提出了基于元胞自动机和Agent行为的船舶消防系统连锁失效的评估方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种量化评估连锁性失效参数、普适性更高的基于元胞自动机和Agent行为模型的船舶消防系统连锁性失效评估方法。

本发明的目的是这样实现的：

（1）构造元胞空间、元胞、邻居、边界：

将甲板消防系统所在舱室抽象为二维元胞自动机，其中，元胞空间为该甲板全部舱室抽象成的二维四边形网格结构，按照船舶长度和宽度构造30×6的网格，在元胞空间的四边形网格结构中，每一个网格为一个元胞，每个元胞容纳一个消防单元，每一元胞具有一个坐标位置(x,y)，每个消防单元在t时刻具有状态状态集{0,1,2,3}中1代表消防单元处于正常状态、2代表消防单元处于异常状态、3代表消防单元处于临界状态、4代表消防单元处于失效状态；一个元胞的东、南、西、北、东北、西北、东南、西南相邻的八个元胞为该元胞的邻居元胞，其中相邻邻居元胞为：

(x,y-1),(x,y+1),(x-1,y),(x+1,y)；

对角邻居元胞为：(x-1,y-1),(x-1,y+1),(x+1,y+1),(x+1,y-1)；

（2）给每个元胞赋初始运行状态参数值赋初值N(x,y)=0，确定时间步t；

（3）设代表舱室消防单元的每个元胞的舱室火灾危险度状态分布，并随机选取某一个元胞，其坐标为(x,y)，加入初始干扰D，如果满足执行步骤4进行演化；如果不满足则结束；

（4）元胞演化：

当元胞受到扰动D∈{D₁,D₂,D₃,D₄}，其中{D₁,D₂,D₃,D₄}为船舶舱室火灾危险度的四个等级，D₁火灾危险度[0,0.5]，状态负荷分配0；D₂火灾危险度[0.5,0.65]，状态负荷分配1；D₃火灾危险度[0.65,0.9]，状态负荷分配2；D₄，火灾危险度[0.9,1]，状态负荷分配3；

如果满足即该元胞代表的消防单元失效，元胞崩溃，退出系统运行，同时该元胞将向邻居元胞分配一个额外的状态负荷，使邻居元胞的状态发生变化，则有