一種基于故障樹(shù)分析的共因失效可靠性分配系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于故障樹(shù)分析的共因失效可靠性分配系統(tǒng)，本發(fā)明的一次可靠性分配主要為三步：在第一步根據(jù)專家知識(shí)庫(kù)對(duì)系統(tǒng)中需要改進(jìn)可靠性的關(guān)鍵設(shè)備和部件進(jìn)行初步的可靠性分配；第二步根據(jù)用戶輸入修改系統(tǒng)模型和專家知識(shí)庫(kù)，形成最終系統(tǒng)模型和最終的關(guān)鍵設(shè)備和部件列表；第三步對(duì)最終的關(guān)鍵設(shè)備和部件的可靠性進(jìn)行循環(huán)微調(diào)，直到系統(tǒng)可靠性完全滿足用戶要求。本系統(tǒng)以含共因失效的故障樹(shù)分析方法為主，結(jié)合了專家知識(shí)庫(kù)方法，從而能對(duì)含共因失效的復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行有約束的可靠性分配。
【專利說(shuō)明】一種基于故障樹(shù)分析的共因失效可靠性分配系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于故障樹(shù)分析的共因失效可靠性分配系統(tǒng)，屬于考慮共因失效 的復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性分配領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 通過(guò)可靠性設(shè)計(jì)可以獲得產(chǎn)品的高可靠性，其主要由可靠性預(yù)計(jì)和可靠性分配兩 個(gè)重要環(huán)節(jié)組成。可靠性分配是根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)書(shū)中規(guī)定的系統(tǒng)可靠性指標(biāo)，按照一定的法 則把目標(biāo)可靠性分配給組成系統(tǒng)的分系統(tǒng)、子系統(tǒng)或元器件。
[0003] 系統(tǒng)的可靠性分配不僅僅是一種簡(jiǎn)單的數(shù)量上的分配，而在再分配過(guò)程中要考慮 諸多影響因素。系統(tǒng)的可靠性是一個(gè)隨著功能部件所要完成的功能類型、系統(tǒng)的復(fù)雜程度 等方面而變化的量，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)初期，由于缺少對(duì)影響系統(tǒng)可靠性的各類因素的考慮，使可 靠性分配問(wèn)題變得非常困難。此時(shí)，對(duì)系統(tǒng)可靠性的分配工作通常依據(jù)前期的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或 者專家經(jīng)驗(yàn)，可靠性技術(shù)人員會(huì)對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，使整機(jī)的可靠性等于子系統(tǒng)的可 靠性之積。得對(duì)整機(jī)和各個(gè)子系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行協(xié)調(diào)，從而達(dá)到規(guī)定的系統(tǒng)可靠性。對(duì)那 些可靠性較高，并且通過(guò)花費(fèi)巨額的代價(jià)也不能使其可靠性有明顯提高的子系統(tǒng),對(duì)其提 出較低的可靠性要求；對(duì)于那些可靠性較低，并且通過(guò)一些具體的手段，在代價(jià)不是很大的 情況下可以對(duì)其可靠性有明顯提高的子系統(tǒng)，可以給予較高的可靠性要求，這樣可以有效 降低整機(jī)的研發(fā)費(fèi)用。
[0004] 可靠性分配方法主要分為兩大類：有約束的可靠性分配方法和無(wú)約束的可靠性分 配方法。對(duì)于大型復(fù)雜系統(tǒng)，現(xiàn)有的可靠性分配方式有著各自不同的缺點(diǎn)和局限性，如無(wú)法 考慮共因失效，主觀性太強(qiáng)，分配過(guò)于簡(jiǎn)單等等所導(dǎo)致的分配不夠合理。
[0005] 例如：通用生成函數(shù)法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃法和遺傳算法可以對(duì)有約束的包含共因失效的 串并聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分配，但是其計(jì)算量大，無(wú)法處理大型系統(tǒng)，也不能處理包含冷儲(chǔ)備 情況的復(fù)雜系統(tǒng)。
[0006] 而傳統(tǒng)的基于故障樹(shù)的分配方法是一種無(wú)約束的可靠性分配方法，可以對(duì)大型系 統(tǒng)和復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行包含共因失效的分析，但無(wú)法對(duì)約束條件進(jìn)行考慮。
[0007] 本發(fā)明所使用的方法基于故障樹(shù)分析，并考慮專家的約束意見(jiàn)對(duì)故障樹(shù)模型的改 變和分配策略的調(diào)整。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于故障樹(shù)和專家知識(shí)相結(jié) 合的可靠性分配系統(tǒng)，讓專家知識(shí)的條件約束與故障樹(shù)的快速計(jì)算相結(jié)合，使得可靠性分 配更加的科學(xué)合理，同時(shí)減少可靠性分配的計(jì)算量。
[0009] 本發(fā)明技術(shù)方案如下：一種基于故障樹(shù)分析的共因失效可靠性分配系統(tǒng)，其特征 在于包括3個(gè)模塊：（1)數(shù)據(jù)收集器、（2)專家知識(shí)庫(kù)、（3)故障樹(shù)分析器；
[0010] 數(shù)據(jù)收集器：對(duì)給定系統(tǒng)獲得由分析人員根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)信息建造的含共因失效的 系統(tǒng)故障樹(shù)模型；同時(shí)存儲(chǔ)基本事件可靠性模型、共因失效模型、可靠性分配的中間結(jié)果和 最終結(jié)果，以及修改后的系統(tǒng)故障樹(shù)模型；供其它2個(gè)模塊使用； 專家知識(shí)庫(kù)：存儲(chǔ)通用的基本串聯(lián)系統(tǒng)、并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性分配策略，并存儲(chǔ)用戶 輸入的可靠性分配策略和系統(tǒng)故障樹(shù)模型的修改策略；其中用戶輸入的策略具有優(yōu)先權(quán)； 供故障樹(shù)分析器模塊使用；
[0012] 故障樹(shù)分析器：從數(shù)據(jù)收集器獲取給定系統(tǒng)的故障樹(shù)模型，對(duì)其進(jìn)行分析，得到給 定系統(tǒng)的可靠性分析結(jié)果；并根據(jù)專家知識(shí)庫(kù)的策略，修改系統(tǒng)故障樹(shù)模型，計(jì)算出修改后 的系統(tǒng)可靠性結(jié)果，將所有結(jié)果存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)收集器。
[0013] 根據(jù)上面所述的一種基于故障樹(shù)分析的共因失效可靠性分配系統(tǒng)，其特征在于此 系統(tǒng)采用的可靠性分配方法分為三大步：
[0014] 第一步是由故障樹(shù)分析器對(duì)給定系統(tǒng)模型進(jìn)行分析，得到定性和定量的分析結(jié) 果：最小割集、重要度、敏感性和不確定性等信息；然后根據(jù)從專家知識(shí)庫(kù)獲取的可靠性分 配策略，選出系統(tǒng)中需要改進(jìn)可靠性的關(guān)鍵設(shè)備和部件的列表，并根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)的目標(biāo)可 靠性對(duì)列表中的關(guān)鍵設(shè)備和部件的目標(biāo)可靠性進(jìn)行初步的分配；
[0015] 第二步是由用戶對(duì)第一步的結(jié)果進(jìn)行判斷，如果符合用戶的基本需求則直接進(jìn)行 第三步的微調(diào)；如果不符合需求，則用戶對(duì)系統(tǒng)故障樹(shù)模型進(jìn)行修改并補(bǔ)充新的可靠性分 配策略到專家知識(shí)庫(kù)中，然后重新進(jìn)行第一步和第二步；如此循環(huán)，直到第一步的結(jié)果符合 用戶的基本需求為止，形成最終的系統(tǒng)故障樹(shù)模型，并確定了需要改進(jìn)可靠性的關(guān)鍵設(shè)備 和部件的最終列表，再進(jìn)行第三步；
[0016] 第三步是根據(jù)專家知識(shí)庫(kù)存儲(chǔ)的可靠性分配策略對(duì)最終列表里面的關(guān)鍵設(shè)備和 部件的可靠性進(jìn)行循環(huán)的細(xì)微優(yōu)化，并對(duì)用戶展示這些關(guān)鍵設(shè)備和部件的可靠性的變化趨 勢(shì)；由用戶判斷其是否合理,如果不合理則補(bǔ)充新的可靠性分配策略到專家知識(shí)庫(kù)中，如果 合理則繼續(xù)；如此循環(huán)，直到系統(tǒng)的可靠性完全滿足目標(biāo)可靠性。
[0017] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0018] (1)把故障樹(shù)分析法引入到包含共因失效的可靠性分配中，極大地簡(jiǎn)化了系統(tǒng)計(jì) 算量，提茼了可靠性分配的準(zhǔn)確性，使含共因失效因素的大型復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性分配成為 可能。
[0019] ⑵在可靠性分配的過(guò)程中，創(chuàng)新性地利用故障樹(shù)和專家知識(shí)相結(jié)合的方法，綜合 了專家判斷的條件約束和故障樹(shù)的快速定量分析，使得可靠性分配更加的科學(xué)合理，同時(shí) 減少可靠性分配的迭代次數(shù)和計(jì)算量。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020] 圖1為可靠性分配系統(tǒng)總圖；
[0021] 圖2為第一步流程圖；
[0022] 圖3為第二步流程圖；
[0023] 圖4為第三步流程圖；
[0024] 圖5為一個(gè)涉及共因失效的冗余分流系統(tǒng)；
[0025] 圖6為圖5系統(tǒng)的故障樹(shù)模型。

【具體實(shí)施方式】
[0026] 本發(fā)明的系統(tǒng)總圖如圖1所示，以圖5所示的一個(gè)涉及共因失效的冗余分流系統(tǒng) 為實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明，其中入口到出口共有3條大通路，只要其中任意2條通路暢通則系統(tǒng)處于 正常運(yùn)作狀態(tài)；此實(shí)例的系統(tǒng)當(dāng)前可靠度是：99· 65%，目標(biāo)可靠度是99. 85%。本發(fā)明的可 靠性分配系統(tǒng)運(yùn)作方式如下：
[0027]第一步是由數(shù)據(jù)收集器從給定系統(tǒng)收集系統(tǒng)故障樹(shù)模型（此分流系統(tǒng)的故障樹(shù) 結(jié)構(gòu)如圖6所示，其中包括系統(tǒng)的可靠性數(shù)據(jù)：部件A的可靠度是0. 99,1B和2B的可靠度 都是0· 98,1C和％的可靠度都是0· 97),然后由故障樹(shù)分析器對(duì)給定系統(tǒng)模型進(jìn)行分析，得 到最小割集、重要度、敏感性等信息。此實(shí)例的結(jié)果如表1和表2所示，其中敏感性計(jì)算采 用（Simple Sensitivity Analysis) SSA 方法，重要度采用（Fussell-Vesely)FV 部件重要 度，具體計(jì)算公式為可靠性/概率安全分析行業(yè)內(nèi)所公知，這里不再列出。
[0028]表1割集結(jié)果
[0029]
[0030]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于故障樹(shù)分析的共因失效可靠性分配系統(tǒng)，其特征在于：包括3個(gè)模塊：（1) 數(shù)據(jù)收集器、（2)專家知識(shí)庫(kù)、（3)故障樹(shù)分析器；其中： 數(shù)據(jù)收集器：對(duì)給定系統(tǒng)獲得由分析人員根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)信息建造的含共因失效的系統(tǒng) 故障樹(shù)模型；同時(shí)存儲(chǔ)基本事件可靠性模型、共因失效模型、可靠性分配的中間結(jié)果和最終 結(jié)果，以及修改后的系統(tǒng)故障樹(shù)模型；供其它2個(gè)模塊使用； 專家知識(shí)庫(kù)：存儲(chǔ)通用的基本串聯(lián)系統(tǒng)、并聯(lián)系統(tǒng)的可靠性分配策略，并存儲(chǔ)用戶輸入 的可靠性分配策略和系統(tǒng)故障樹(shù)模型的修改策略；其中用戶輸入的策略具有優(yōu)先權(quán)；供故 障樹(shù)分析器模塊使用； 故障樹(shù)分析器：從數(shù)據(jù)收集器獲取給定系統(tǒng)的故障樹(shù)模型，對(duì)其進(jìn)行分析，得到給定系 統(tǒng)的可靠性分析結(jié)果；并根據(jù)專家知識(shí)庫(kù)的策略，修改系統(tǒng)故障樹(shù)模型，計(jì)算出修改后的系 統(tǒng)可靠性結(jié)果，將所有結(jié)果存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)收集器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于故障樹(shù)分析的共因失效可靠性分配系統(tǒng)，其特征在 于，此系統(tǒng)采用的可靠性分配方法分為三大步： 第一步是由故障樹(shù)分析器對(duì)給定系統(tǒng)模型進(jìn)行分析，得到定性和定量的分析結(jié)果；然 后根據(jù)從專家知識(shí)庫(kù)獲取的可靠性分配策略，選出系統(tǒng)中需要改進(jìn)可靠性的關(guān)鍵設(shè)備和部 件的列表，并根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)的目標(biāo)可靠性對(duì)列表中的關(guān)鍵設(shè)備和部件的目標(biāo)可靠性進(jìn)行初 步的分配； 第二步是由用戶對(duì)第一步的結(jié)果進(jìn)行判斷，如果符合用戶的基本需求則直接進(jìn)行第三 步的微調(diào)；如果不符合需求，則用戶對(duì)系統(tǒng)故障樹(shù)模型進(jìn)行修改并補(bǔ)充新的可靠性分配策 略到專家知識(shí)庫(kù)中，然后重新進(jìn)行第一步和第二步；如此循環(huán)，直到第一步的結(jié)果符合用戶 的基本需求為止，形成最終的系統(tǒng)故障樹(shù)模型，并確定了需要改進(jìn)可靠性的關(guān)鍵設(shè)備和部 件的最終列表，再進(jìn)行第三步； 第三步是根據(jù)專家知識(shí)庫(kù)存儲(chǔ)的可靠性分配策略對(duì)最終列表里面的關(guān)鍵設(shè)備和部件 的可靠性進(jìn)行循環(huán)的細(xì)微優(yōu)化，并對(duì)用戶展示這些關(guān)鍵設(shè)備和部件的可靠性的變化趨勢(shì)； 由用戶判斷其是否合理，如果不合理則補(bǔ)充新的可靠性分配策略到專家知識(shí)庫(kù)中，如果合 理則繼續(xù)；如此循環(huán)，直到系統(tǒng)的可靠性完全滿足目標(biāo)可靠性。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK104268432SQ201410549677
【公開(kāi)日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月16日
【發(fā)明者】陳珊琦, 汪進(jìn), 王芳, 袁潤(rùn), 吳宜燦 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院