[发明专利]一种系统弹性极限指标测量方法

说明书

本发明提供一种系统弹性极限指标测量方法，其步骤如下：一、确定测评对象和监控性能指标；二、确定扰动类型、作用时间长度和作用强度范围；三、作用强度为极大值和极小值的扰动，确定弹性极限是否存在；四、施加不同水平扰动，采用二分搜索法，通过恢复时间外推弹性极限，得到弹性极限大小；进而确定测试间隔，生成系统恢复时间随扰动变化关系；通过以上步骤，本发明能够对系统的固有弹性极限进行测量，解决目前弹性测评依赖于扰动大小和类型，而不能发现系统固有所能承受的不可恢复临界扰动强度的问题；本发明有利于系统的设计者和使用者了解系统的使用极限，明确使用需求，便于系统顺利运行。

技术领域

本发明提出一种系统弹性极限指标测量方法，它涉及一种系统弹性极限的定义的测量方法，属于可靠性技术领域。

背景技术

随着工程技术的不断进步，系统可靠性水平日益提高，冗余、容错、重组等技术的发展与应用，使得系统在遭受到外部扰动或发生内部故障时，可以在一定程度上通过自修复回复或接近原有功能和性能水平。这种现象实际就是系统的“弹性”，反映了系统承受扰动以及扰动后恢复的能力，已经逐渐成为系统设计开发者关心的重要指标。

对于弹性的研究，最初用于衡量系统可持续性，吸收变化和扰动并维持种群关系的能力。而后这一概念逐步扩展到工程系统、心理学、组织管理等领域，广泛用于评价个体、集体或者系统承受扰动以及扰动后的恢复能力。对于“弹性”的定义目前并没有形成统一，但是大都是关注于系统抵抗/吸收扰动的能力以及从扰动中恢复的能力。这种扰动包含来自系统外部的干扰和来自系统内部的故障。系统受到扰动后，会因不同系统对扰动的抵抗、吸收、适应能力的不同，产生不同程度的性能降级；之后由于系统不同程度的恢复能力，逐渐回到原始状态或者新的稳定状态并呈现不同恢复速率，或由于系统的恢复能力有限或者所受扰动过高而产生系统无法正常弹性恢复的问题。这也就是系统受扰动后的弹性行为。

与弹性的定义一样，目前还没有形成一致的弹性度量参数。以往系统的弹性参数主要围绕系统性能降级程度与恢复能力展开，对于弹性的测评依赖于扰动进行测量，主要关心的是系统受扰动后的性能降级与恢复过程和正常情况下系统的性能水平的对比。目前弹性度量参数根据不同的参数形式通常可以总结为确定型参数与概率型参数两类。

弹性确定型参数是对给定事件的描述，适用于系统受扰动后对弹性进行事后的评估。2003年，地震工程研究多学科中心(即MCEER研究组)提出了“弹性损失”指标，定义了一个归一化的系统性能曲线并用性能损失曲线的积分表达系统弹性损失。之后美国D.A.Reed在此基础上提出将系统受扰动后性能函数下的面积所占系统未受扰动时性能函数下全部面积的比例作为系统弹性，可称之为“基于恢复时间内性能积分的系统弹性参数”；考虑到不同系统的恢复时间不同，美国C.W.Zobel为了减少对性能指标实时监测的依赖以便对系统弹性进行预测，提出了基于几何关系的简化算法，采用一个长时间区间T*，通过几何面积算法对一次扰动时间进行弹性计算，可称之为“基于几何关系的系统弹性参数”；类似的，中国Ouyang Min等也考虑到时间尺度的一致性问题对MCEER研究组提出的弹性参数进行了改进，其将度量的时间区间从扰动发生到性能恢复扩展到从0到T这样一个较长的时间范围，可称之为“基于0-T时间内性能积分的系统弹性参数”。

弹性概率型参数在确定型参数的基础上，考虑由于系统所受扰动、性能降级、性能恢复时间都属于随机事件，系统弹性本身应具有概率分布，因此提出概率型系统弹性参数。MCEER研究组提到可以根据系统性能降级和恢复时间两个参数是否满足对应的阈值来对弹性进行评估，美国Chang进一步给出了参数表达，将弹性定义为系统受扰动后性能损失和恢复时间均不超过给定的最大性能损耗和恢复时间的概率。这一测度为目前应用最为广泛的弹性概率测度。