[发明专利]基于改进故障模式与影响分析的系统弹性仿真评估方法

说明书

本发明公开了一种基于改进故障模式与影响分析的系统弹性仿真评估方法，属于系统可靠性和弹性技术领域。所述方法包括：步骤一，建立以弹性为目的的改进FMEA，具体包括确定系统关键性能参数和性能归一化方法、实施改进FMEA；所述改进FMEA包含代码、产品名称、功能、故障模式、故障原因、任务阶段与工作方式、模式故障率、受影响的性能参数以及归一化性能降级和恢复曲线；步骤二，系统弹性行为仿真与数据收集；步骤三，系统弹性评估。本发明提出的改进FMEA，将原FMEA的故障影响描述从定性扩展到定量，为系统弹性仿真评估提供了模式故障率、故障导致的性能降级和恢复行为等数据信息。本发明可用于了解与评价系统弹性水平，并为寻找薄弱环节提供信息。

技术领域

本发明属于系统可靠性和弹性技术领域，具体涉及一种基于改进故障模式与影响分析(Failure mode and effects analysis，简称FMEA)的系统弹性仿真评估方法。

背景技术

随着生产技术的提高，系统的功能越来越完善，与此同时，越来越多的使用者更加关注系统在寿命周期内的性能表现。“弹性”描述的是系统承受扰动以及扰动后的恢复能力，弹性高的系统在扰动作用下，能尽可能产生较小的性能降级并快速恢复到原工作状态或新的可接受状态，如图1所示。

系统可能遭受两种扰动行为：外部扰动和系统性扰动(即内部故障)。FMEA是识别系统故障的基本方法，通过自底向上地分析系统潜在的故障模式、确定故障影响。由于故障行为的多样性，仿真评估是量化系统弹性的重要手段。FMEA得到的故障模式和对系统性能的影响均可作为系统弹性评估的基础信息。

然而，现有的FMEA并不是专门针对弹性分析设计的，已有的FMEA研究大多针对故障模式RPN(risk priority number)优先级排序的改进(参考文献[1]：Safari H,FarajiZ,Majidian S.Identifying and evaluating enterprise architecture risks usingFMEA and fuzzy VIKOR[J].Journal of Intelligent Manufacturing,2016,27(2):475-486.)和FMEA软件化。虽然有相关文献将FMEA法应用于弹性评估改进方面(参考文献[2]：Marousek R,Novotny P.The FMEA Exploitation in Supply Chain ResilienceEvaluation[C].METAL,Brno,Czech Republic,May 21^st-23^rd,2014)，但并没有对弹性进行量化评估，这是由于现有的FMEA缺乏弹性评估所需要的一些定量信息，如缺乏故障后产生的性能降级和性能恢复的相关信息，不利于系统弹性仿真评估工作的进一步开展。

发明内容

本发明关注系统内部故障引起的性能降级和恢复，目的是为了解决系统弹性仿真评估的数据来源问题，现有的FMEA框架为弹性评估提供了部分数据，但不能完全直接应用。因此本发明结合弹性应用目标对现有FMEA内容加以补充改进，提出了一种基于改进FMEA的系统弹性仿真评估方法。

所述的系统是为了实现集成创新和建构等功能，由各种“技术要素”和诸多“非技术要素”按照特定目标及功能要求所形成的完整的集成系统。例如，工业系统、工程系统、农业系统、社会系统、信息系统、计量系统、环境系统、军事系统、企业系统、经济系统等。

本发明提供的一种基于改进FMEA的系统弹性仿真评估方法，包括如下步骤：

步骤一：建立以弹性为目的的改进FMEA。具体包括：

步骤1.1，确定系统KPI和性能归一化方法；

所述改进FMEA包含代码、产品名称、功能、故障模式、故障原因、任务阶段与工作方式、模式故障率、受影响的性能参数以及归一化性能降级和恢复曲线；其中FMEA为故障模式与影响分析，KPI为关键性能参数；