[发明专利]一种基于事故动态推演仿真的故障模式与影响分析方法

摘要

本发明是一种基于事故动态推演仿真的故障模式与影响分析方法，该方法针对被分析对象的特点，构建最低约定层次的每一个模块的功能方框，构建功能框图，与传统的在功能模块上添加失效率并进行可靠性分析不同，本发明方法对每一个功能方框，对其内部行为构建包含状态、事件等元素的事故动态推演仿真模型，并为模型中的事件添加延迟、失效率等属性，逼真的描述了功能模块内部的运行机理。然后通过构建功能方框之间的逻辑、时间关系，将所有功能方框连接成一个整体。最后通过离散事件动态仿真的方法，模拟系统的动态运行过程，找出系统的失效事件及其发生的概率，并做进一步的失效影响及危害分析。解决了传统故障模式与影响分析方法无法进行时态逻辑分析以及组合功能失效分析的问题。

主权项

1.一种基于事故动态推演仿真的故障模式与影响分析方法，其特征在于：该方法的步骤如下：

步骤一、根据被分析对象的产品协议书、产品需求及设计文档，描述被分析对象的组成和功能，按照整机、系统、子系统、外场可更换单元、内场可更换单元的层次将被分析对象层层分解，根据故障模式与影响分析的需要分解到最低约定层次；

步骤二、针对最低约定层次的每一个模块，建立一个功能方框，构建功能框图，在功能框图中，一个功能方框代表一个功能，功能可以包含子功能，根据功能方框之间的相互依赖及层次关系，功能方框之间用无箭头的线连接，表示各功能方框之间的物理关系，功能方框的描述格式为：“function功能名称

功能内容定义

end function”；

步骤三、针对功能框图中的每一个功能方框，对其内部行为构建事故动态推演仿真模型，该仿真模型是一个包含以下10种元素的详细描述，包括子功能(C)、输入变量(I)、状态变量(S)、输出变量(O)、初始状态(R)、失效状态(F)、事件(E)、状态转换(T)、传递函数(L)、事件关联关系(ER)，简化为<C,I,S,O,R,F,E,T,L,ER>十元组，具体描述方法如下：

(1)十元组中C代表子功能，对于包含子功能的功能方框需要描述此项，否则无需描述。描述时依次写出功能方框包含的子功能。子功能的描述格式为：“功能名称：功能类型”。

例如：function func1

C

E1:subfunc1；E2:subfunc1；E3:subfunc1；

end function

其中func1包含了三个subfunc1类型的功能E1、E2和E3；

(2)十元组中I代表输入变量，每个功能方框都需要描述此项。每个功能模块包含一个或多个输入变量。具体格式为“变量名称:变量类型:in”，例如：input1:float:in。如果变量具有固定的初始值，则变量类型可以替换为变量值，例如input2:[0,1]:in；

(3)十元组中S代表状态变量，对于不包含子功能的方框需要描述此项，否则无需描述。状态变量指在功能的生命周期中的某个条件或者状况，状态是功能执行了一系列活动的结果，每个功能模块内包含一个或多个状态变量，当满足相应条件时，可以进行状态转换。状态变量的格式为“变量名称:[变量值]:s”，例如：state1:[working,failed,repair]:s；

(4)十元组中R代表初始状态，对于不包含子功能的方框需要描述此项，否则无需描述。每个功能框图中只有一个初始状态，初始状态R是S中的一种，R∈S，是仿真开始时该功能所处的状态。初始状态的格式为：“状态名称:＝状态值”，例如state1:＝working；

(5)十元组中的F代表失效状态，对于不包含子功能的方框需要描述此项，否则无需描述。每个功能框图中有一个或多个失效状态，失效状态是S中的一种，F∈S，在仿真过程中，如果到达该状态，需要记录进入该状态的时间并计算失效发生概率。失效状态的格式为：“状态名称:＝状态值”，例如state1:＝failed；

(6)十元组中O代表输出变量，每个功能方框都需要描述此项。每个功能模块包含一个或多个输出变量。输出变量的格式为：“变量名称:变量类型:out”，例如：output1:float:out；

(7)十元组中E代表事件，对于不包含子功能的方框需要描述此项，否则无需描述。事件可以触发状态转换，状态转换必须满足相应的转换条件，当条件满足时，事件触发才可以驱动状态转换。事件的作用相当于为状态转换增加了延迟时间。此发明中事件主要分为两大类：分别是时间延迟事件和瞬时事件，其中时间延迟事件又包含两类，分别是随机事件(带有参数的概率分布函数)以及固定时间延迟事件。瞬时事件也包含两类，分别是立刻发生事件和预置条件事件。延迟事件中的随机事件的格式为：“事件名称(delay:＝概率分布函数(失效概率lambda))”，例如：failure1(delay:＝exponential(1E‑10))。延迟事件中的固定时间延迟事件的格式为:“事件名称(delay:＝Dirac(延迟时间))”，例如：failure2(delay:＝Dirac(2))。瞬时事件只需指定事件名称即可，预置条件事件的条件将在状态转换中描述，因此瞬时事件的格式为：“事件名称”。例如：failure3；

(8)十元组中T代表状态转换，对于不包含子功能的方框需要描述此项，否则无需描述。状态转换是两个状态变量之间的一种关系，表示对象将在源状态中执行一定的动作，并在某个特定事件发生或某些特定的条件满足时进入目标状态。状态转换的格式为：“状态名称：源状态值[转换条件为真]|‑事件名称‑>状态名称:＝目标状态”，其中转换条件可选，当转换条件为空时，事件发生即可驱动状态转换。例如：(state1＝working)|‑failure‑>state1:＝failed表示failure事件发生时，state1的状态由working转换为failed；

(9)十元组中L代表传递函数，每个功能方框都需要描述此项。传递函数描述三种逻辑关系：分别是：

(9.1)功能内部的输出与输入及状态变量之间的逻辑关系，如图1中(a)所示。传递函数等式左边是输出变量，右侧是输入变量与状态变量的逻辑表达式。例如：output1:＝if(state1＝＝working)then min(input1,capacity)else 0；

(9.2)描述系统中同层级功能模块之间的关联关系，如图1中(b)所示。首先找到连接线两端两个功能模块的输入变量和输出变量。构建输出变量与输入变量的逻辑关系。例如：Func2.input1:＝Func1.output；

(9.3)描述系统中功能与子功能的输入输出变量之间的逻辑关系，如图1中(c)所示，例如：

function func1

C

E1:subfunc1；E2:subfunc1；E3:subfunc1；

I

input:float:in；

L

E1.input1:＝input,

end function

其中，E1.input1:＝input,描述了子功能E1的输入input1与父功能func1的输入是相等关系；

(10)十元组中ER代表传递函数，对于包含子功能的功能方框需要描述此项，否则无需描述。传递函数表示功能和子功能中的事件的关联关系。事件的关联关系包括三种类型：同步关联、广播关联以及共同原因关联；

(10.1)构建父模块与其包含的子模块中事件的同步关联关系，如图2中(a)所示，同步

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