[发明专利]一种分析系统可靠性的方法

说明书

技术领域

本发明涉及安全系统工程，特别是涉及系统可靠性分析。

背景技术

系统可靠性的研究一直是安全工程学科的研究重点，也是系统科学和数学领域的热点问题。一般地，系统可靠性的获得首先是通过分析系统结构，即得到系统与子系统，子系统与元件之间的层状树形连接结构；其次通过实验或数理统计方法得到元件自身的可靠性特征，从而得到这些元件构成系统的可靠性。当然这些元件也可以是系统中重复出现的子系统或子结构。

如果说系统生命周期过程中其结构组成是相对固定的，那么系统与子系统，子系统与元件的连接结构在可分析层面上总是清晰的。即在系统可拆解情况下，系统的结构是清晰的。但另一方面，组成系统的元件可靠性的获得则比较困难。不同元件由于其物理材料不同，导致其工作性能受到不同因素影响，且影响程度也是不同的。提出了这样一个问题：如电器系统中的二极管，它的故障概率就与工作时间的长短、工作温度的大小、通过电流及电压等有直接关系。如果对这个系统进行分析，各个元件的工作时间和工作适应的温度等可能都不一样，随着系统整体的工作时间和环境温度的改变，系统的故障概率也是不同的。所以如何准确的得到元件可靠性是一个关键问题。

对于系统或元件的可靠性确定方法已有一些研究。但这些方法普遍存在几个问题。第一，这些方法没了解系统与组成系统的子系统或元件之间的构成关系，而单纯在系统整体层面上采用数理统计或算法分析系统可靠性。这样在系统级别的分析中既是模糊的；而在清楚系统结构后的分析是在元件级别分析是模糊的，虽然对于可靠性的分析两者均模糊，但后者比前者的模糊性小得多。第二，这些方法没有从影响系统可靠性的因素出发来研究。如上例，系统可靠性的变化是由于元件可靠性的变化，而元件可靠性变化是由于工作环境条件因素变化导致的。所以从因素变化研究元件可靠性变化，进而了解系统可靠性变化特征是本质的途径。第三，最基本的元件可靠性的获得也存在问题。一般情况下元件不可再拆分，其可靠性是通过实验得到的。但不同的实验条件得到的可靠性可能不同，即使相同条件下，元件可靠性实验结果也存在着一定的模糊性和随机性。

针对上述三个问题，运用提出的空间故障树理论（SpaceFaultTree，SFT）即可解决前两个问题。对于第三个问题，要通过修改SFT中的特征函数来解决。已经使用模糊结构元理论对特征函数进行了重构，形成了结构元化特征函数和结构元化SFT，但这个方法较为复杂和繁琐。这里将李德义院士提出的云模型引入，将正向云模型发生器解析式作为特征函数，进行云化特征函数和云化SFT的构建。这样做的好处是将根据某因素得到的元件可靠性数据带入逆向云模型发生器，得到特征参数，然后带入正向云模型发生器解析式，便可方便的得到特征函数，进而对系统可靠性进行分析。

发明内容

1SFT的基本理论

为了解系统工作环境因素对系统可靠性的影响程度和趋势，提出了一套空间故障树（SpaceFaultTree，SFT）理论，该理论认为系统工作于环境之中，由于组成系统的基本事件或物理元件的性质决定了其在不同条件下工作的故障发生概率不同。在现有的研究成果下，SFT产生了两个分支：连续型空间故障树（ContinuousSpaceFaultTree，CSFT）和离散型空间故障树(DiscreteSpaceFaultTree，DSFT)。CSFT更接近于经典故障树，完成了与经典故障树中概念和方法相似的功能，并发展了其特有方法。CSFT是一种知道系统内部构造和元件性质，然后研究系统在外界作用下响应行为的一种“白盒”方法。即从系统内部开始研究，再研究系统对外部响应的方法。相对应，DSFT不需要了解系统内部构造和元件性质，研究基础是系统对外界环境变化所进行的响应特征，相当于“黑盒”方法，数据来源是实际的监测数据（如安全检查，设备维护记录，事故调查）。所以DSFT从系统对外部响应的监测数据入手分析系统可靠性，是从外至内的研究方法。

CSFT从系统内部出发，了解系统在不同环境因素变化过程中，其可靠性变化的特征。从而发现不利于系统可靠性的工作环境范围，进而达到指导生产的目的。DSFT从监测数据中找出工作环境因素与系统可靠性的关系。在不清楚系统内部具体构造情况下，通过系统对外界环境因素变化的响应来剖析和窥探系统内部结构，即系统结构反分析(Inwardanalysisofstructuralsystems，IASS)。CSFT和DSFT在框架和实际应用上是一个循环，相互提供了数据和结果。