[发明专利]一种基于对比完备与不完备信息的系统功能结构分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及安全系统工程，特别是涉及分析完备或不完备背景关系下的系统功能结构分析。

背景技术

系统结构分析是一个复杂的数学过程，就安全系统工程的系统可靠性分析领域，最简单情况的元件失效与有效二值逻辑与系统整体失效和有效的影响分析就是复杂的，其问题实质是元件可靠性的改变如何影响系统可靠性的改变，系统中所有元件失效或有效状态的组合都对应着系统的失效或有效状态，那么系统的可靠性结构确定就是通过所有元件的不同失效或有效状态组合与系统失效或有效状态的对应关系确定的，通过元件可靠性状态改变与系统可靠性状态改变来推理系统可靠性结构，类似的，可靠性是系统或元件功能的一个特例，功能即为对元件和系统的一种期望行为，系统中存在的元件都是为了实现系统功能而发挥自身功能的，所以对于任何系统功能都可以确定系统功能结构，这相当于是根据表象对内部结构进行反分析。

对于系统结构分析，目前已进行了一些研究并取得了成果，但这些分析方法一般都针对于某一特定领域，缺乏严格意义的系统数学定义和分析推理过程，不适宜普遍应用，为此在空间故障树研究的三项基本内容中，对确定系统结构的方法进行了改进，运用因素空间理论的因素逻辑构建了系统功能结构分析方法，并对完备和不完备背景集合情况下的确定性系统进行了系统功能结构分析。

1空间故障树。

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，空间故障树(Space Fault Tree，SFT)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，SFT包括：连续型空间故障树(Continuous Space Fault Tree，CSFT)、离散型空间故障树(Discrete Space Fault Tree，DSFT)、系统结构反分析(Inward analysis of structural systems，IASS)，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)，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IASS，包括：系统元件结构反分析和系统因素结构反分析，主要方法为：逐条分析法(item by item analyses,IIA)和分类推理法(classification reasoning method,CRM)。

从另一个角度划分空间故障树理论，包括：空间故障树所分析系统的结构、基础数据的处理、具体的系统可靠性分析方法，其中系统结构分析即为方法所要研究的内容，空间故障树理论的分析基础之一就是系统结构的确定，所谓系统结构就是系统中元件或子系统与系统整体在某一功能上的响应关系，比如系统可靠性结构，元件功能的失效和有效变化影响着子系统可靠性变化，子系统的失效与有效影响着系统的可靠性变化，这说明一组特定的各元件失效和有效状态组合就可以唯一确定系统可靠性状态，如果使用最简单的元件可靠性状态，即失效和有效，那么可以得到一个二值的元件状态与系统状态的对应关系，这就是空间故障树中系统结构确定的思想，其实现首先要具有充足的对应关系集合，最朴素的思想，每个元件具有两种可靠性状态，那么n个元件的状态关系共有2ⁿ条，如果从实际可得来元件与系统的2ⁿ条可靠性对应关系，且没有错误和冗余，那么就可以唯一确定元件之间连接拓扑结构，即系统可靠性的功能结构，这是最理想的信息完备情况下系统结构分析，如果不考虑信息错误，实际可能出现下列几种情况，1)所得信息条数少于2ⁿ条(不完备信息)，这种情况也分为两类，一是所有信息条无线性关系，这样缺乏信息条目是不确定性分析；二是存在线性关系，即某元件可以被其他元件代替，可得到一族确定的系统结构，是确定性分析，2)所得信息条数为2ⁿ条，一是无线性关系，可得到唯一确定的系统结构(完备信息)；二是有线性关系，可得到一族确定的系统结构(不完备信息)，是确定性分析，3)所得信息条数大于2ⁿ条，那么其中2ⁿ条为无线性关系，其余为冗余关系，可得到唯一确定的系统结构(完备信息)，是确定性分析。