專利名稱：具有模糊多態(tài)特性的可靠性模型的建立及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明針對工程實(shí)際中特定的模糊多態(tài)問題，提供了一種可描述和可求解該問題的可靠性分析方法，它屬于系統(tǒng)可靠性分析領(lǐng)域中的一種方法，解決了一類復(fù)雜系統(tǒng) 問題的可靠性模型表達(dá)及其使用方法。
背景技術(shù)：
系統(tǒng)可靠性分析技術(shù)是系統(tǒng)可靠性工程的關(guān)鍵，也是轉(zhuǎn)變設(shè)計觀念、進(jìn)行系統(tǒng) 效能與壽命周期費(fèi)用優(yōu)化權(quán)衡所必須掌握的技術(shù)內(nèi)容。而系統(tǒng)可靠性模型求解是可靠性 分析技術(shù)的組成部分，是一種基于可靠性模型利用解析或仿真的手段求算可靠性參數(shù)指 標(biāo)的過程。通過可靠性模型求解可以得到系統(tǒng)相關(guān)的可靠性指標(biāo)，為設(shè)計人員提供可靠 性分析數(shù)據(jù)，然后根據(jù)系統(tǒng)的功能和要求對系統(tǒng)進(jìn)行評價，為盡早發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計缺陷 和優(yōu)化設(shè)計方法提供一種有效手段。系統(tǒng)可靠性模型求解作為可靠性分析方法的關(guān)鍵環(huán) 節(jié)之一，如何提高求解效率以及易于工程應(yīng)用受到可靠性分析設(shè)計人員的重視。在現(xiàn)有的可靠性模型求解方法中，通常假設(shè)元部件和系統(tǒng)只有正常和故障兩種 狀態(tài)，且基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是確定和充分的。而事實(shí)上，在工程實(shí)際中這種理想狀態(tài)是很少存在 的，很多研究人員也意識到此問題，提出了很多的解決方法，比如Dong Yuhua(2005)提 出把模糊理論和專家誘導(dǎo)結(jié)合估計故障樹底事件的概率，ZhuqiMiao (2009)利用直觀模糊 集計算元部件故障間隔時間。另有一些專家從多態(tài)角度出發(fā)，AlanRWood在1985年拓 展了常見的可靠性框圖，將串聯(lián)、并聯(lián)及表決等概念引入到多態(tài)系統(tǒng)中，并提出用多狀 態(tài)可靠性框圖對多狀態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模，然后用最小上限集合求解。Xue將離散函數(shù)理論 應(yīng)用于多態(tài)系統(tǒng)分析，給出了一般的多態(tài)故障樹建模方法，但僅給出了多態(tài)單調(diào)關(guān)聯(lián)故 障樹最大下相關(guān)向量的求解算法以及兩種頂事件概率計算方法，而且求解異常困難。以 上這些方法只是分別從模糊和多態(tài)兩個角度出發(fā)提出解決方法，并且都處于理論階段， 很難應(yīng)用于工程中。針對以上的問題，本發(fā)明提出一種能同時解決模糊和多態(tài)的方法， 且求解方法面向工程應(yīng)用，有推廣應(yīng)用的價值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供具有模糊多態(tài)特性的可靠性模型的建立及其使用方法，得 到系統(tǒng)故障的可能性，且用圖形化的方法反映元部件和系統(tǒng)之間的故障程度關(guān)系，同時 提高求解效率、適合工程應(yīng)用。本發(fā)明是具有模糊多態(tài)特性的可靠性模型的建立及其使用方法，該方法首先根 據(jù)模糊多態(tài)的特性對系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)學(xué)描述，即可靠性模型的建立；然后通過構(gòu)建模糊專家 系統(tǒng)求出系統(tǒng)故障的可能性；最后根據(jù)規(guī)則三維圖分析系統(tǒng)的性能。該方法通過圖形化 的方式給設(shè)計人員直觀的展現(xiàn)了元部件和系統(tǒng)故障程度之間的關(guān)系，同時極大地提高了 求解效率，并有效解決了在缺乏足夠數(shù)據(jù)及多狀態(tài)情況下的可靠性表達(dá)和求解問題，更 適合運(yùn)用于工程實(shí)際中。(一)本發(fā)明一種具有模糊多態(tài)特性的可靠性模型的建立方法，該方法依次按照下述三個階段進(jìn)行，如

圖1所示。1)提出假設(shè)建立模糊多態(tài)系統(tǒng)的可靠性模型需要對該系統(tǒng)進(jìn)行一定的假設(shè)，具體的假設(shè)包 括以下4點(diǎn)①假設(shè)元部件總共有k種狀態(tài)，在任何給定的時間內(nèi)只處于一種狀態(tài)i，l k。 狀態(tài)1代表完全正常工作狀態(tài)，狀態(tài)k表示完全失效狀態(tài)，其他中間狀態(tài)則介于完全正常 工作狀態(tài)和完全失效狀態(tài)之間；②元部件的行為是相互獨(dú)立的，也就是說一個元部件的事件觸發(fā)并不影響其他 元部件；③元部件屬于相應(yīng)狀態(tài)模糊集的程度是由領(lǐng)域?qū)＜医o出；④每個元部件的各狀態(tài)之間是相互獨(dú)立的。2)定義狀態(tài)變量假設(shè)系統(tǒng)S有η個元部件且有m種狀態(tài)，記S1為系統(tǒng)處于狀態(tài)1的狀態(tài)變量，1 = 1，2，…，m。表示元部件i在狀態(tài)j的狀態(tài)變量，i = l，2，…，n, j = 1，2，…， Ic1^1(X)則表示系統(tǒng)處于狀態(tài)1的結(jié)構(gòu)函數(shù)，X= (Xl，x2,…，xn)為元部件狀態(tài)向量。 由于元部件和系統(tǒng)處于何種狀態(tài)是模糊的，因此和O1(X)的定義如下
權(quán)利要求
1. 一種具有模糊多態(tài)特性的可靠性模型的建立方法，其特征在于該方法依次按照 下述三個階段進(jìn)行1)提出假設(shè)建立模糊多態(tài)系統(tǒng)的可靠性模型需要對該系統(tǒng)進(jìn)行一定的假設(shè)，具體的假設(shè)包括以 下4點(diǎn)①假設(shè)元部件總共有1種狀態(tài)，在任何給定的時間內(nèi)只處于一種狀態(tài)/，；狀態(tài)1代表完全正常工作狀態(tài)，狀態(tài)1表示完全失效狀態(tài)，其他中間狀態(tài)則介 于完全正常工作狀態(tài)和完全失效狀態(tài)之間；②元部件的行為是相互獨(dú)立的，也就是說一個元部件的事件觸發(fā)并不影響其他元部件；③元部件屬于相應(yīng)狀態(tài)模糊集的程度是由領(lǐng)域?qū)＜医o出；④每個元部件的各狀態(tài)之間是相互獨(dú)立的；2)定義狀態(tài)變量假設(shè)系統(tǒng)S有η個元部件且有m種狀態(tài)，記巧為系統(tǒng)處于狀態(tài)/的狀態(tài)變量，/=1, 2,…兩； 表示元部件i在狀態(tài)j的狀態(tài)變量，/=1,2,·· 凡戶 1,2,…無.Oi(X)則表示系統(tǒng) 處于狀態(tài)/的結(jié)構(gòu)函數(shù)，I = O1Ak i^J為元部件狀態(tài)向量；由于元部件和系統(tǒng)處于何 種狀態(tài)是模糊的，因此 和W(JT)的定義如下
2. —種具有模糊多態(tài)特性的可靠性模型的使用方法，其特征在于該方法依次按照 下述兩個階段進(jìn)行(1)預(yù)測估計具有模糊多態(tài)特性的系統(tǒng)故障可能性基于系統(tǒng)的可靠性模型以及相關(guān)工具的支持，構(gòu)建模糊專家系統(tǒng)得到系統(tǒng)故障的可 能性；為了計算系統(tǒng)故障的可能性，通過構(gòu)建模糊專家系統(tǒng)，在專家系統(tǒng)中執(zhí)行模糊推 理，最后得到系統(tǒng)故障的可能性；1)指定問題及定義語言變量首先確定問題的輸入和輸出變量及范圍，在具有模糊多態(tài)特性系統(tǒng)中，要解決的問 題就是計算系統(tǒng)故障的可靠性；那么針對這樣的系統(tǒng)，其語言變量為系統(tǒng)本身和系統(tǒng)中 的所有元部件，輸入變量為系統(tǒng)中的所有元部件，輸出變量為系統(tǒng)本身；語言值和語言 變量的范圍將根據(jù)領(lǐng)域?qū)＜业囊庖娊o出；2)確定模糊集模糊集通常有不同的形狀，采用三角形和四邊形表達(dá)專家的知識；為了便于模糊專 家系統(tǒng)能夠平滑地響應(yīng)，一個關(guān)鍵點(diǎn)就是在相鄰的模糊集間保持足夠的交疊，領(lǐng)域?qū)＜?根據(jù)自身的經(jīng)驗(yàn)給出各元部件的狀態(tài)隸屬函數(shù)和系統(tǒng)故障隸屬函數(shù)；3)構(gòu)建模糊規(guī)則為了構(gòu)建模糊規(guī)則，需要向?qū)＜易稍內(nèi)绾问褂们懊娑x過的模糊語言變量來解決問 題；同樣的，這些模糊規(guī)則也是由領(lǐng)域?qū)＜覜Q定，同時領(lǐng)域?qū)＜乙o出這些規(guī)則的權(quán) 重；4)執(zhí)行模糊推理定義模糊集和模糊規(guī)則后，要對它們進(jìn)行編碼，建立實(shí)際的專家系統(tǒng)，利用數(shù)學(xué)工 具中的模糊邏輯開發(fā)工具(Matlab Fuzzy Logic Toolbox)來建立系統(tǒng)；在該工具中需首先定義每個語言變量的范圍及隸屬函數(shù)，接著輸入模糊規(guī)則以及規(guī) 則的權(quán)重，然后確定每個輸入變量屬于每個合適模糊集的程度，最后得到系統(tǒng)故障的可 能性；5)評估并調(diào)試系統(tǒng)通過建立的專家系統(tǒng)，評估模糊系統(tǒng)是否滿足指定的要求；通過輸入輸出系統(tǒng)的三維圖觀察系統(tǒng)的性能，若專家對系統(tǒng)的性能不滿意，通過調(diào)節(jié)規(guī)則執(zhí)行的權(quán)重或增加規(guī) 則對專家系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試； (2)分析系統(tǒng)性能通過第二階段得到系統(tǒng)和元部件之間的故障程度三維圖，通過分析這些三維圖達(dá)到 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性能分析的目的·，通過預(yù)測估計系統(tǒng)故障的可能性和分析系統(tǒng)性能，證明具有模糊多態(tài)特性的可靠性 模型的使用方法是可行的。
全文摘要
本發(fā)明具有模糊多態(tài)特性的可靠性模型的建立及其使用方法，分為兩部分具有模糊多態(tài)特性的可靠性模型的建立方法和具有模糊多態(tài)特性的可靠性模型的使用方法。其中第一部分為具有模糊多態(tài)特性的可靠性模型的建立方法包括四個階段針對模糊多態(tài)特性提出4點(diǎn)假設(shè)，定義系統(tǒng)和元部件的狀態(tài)變量，接著定義邏輯門，最后描述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)函數(shù)。第二部分為具有模糊多態(tài)特性的可靠性模型的使用方法，包括三個階段具有模糊多態(tài)特性的系統(tǒng)故障可能性，它包括5個步驟指定問題及定義語言變量，確定模糊集，構(gòu)建模糊規(guī)則，執(zhí)行模糊推理，最后評估并調(diào)試系統(tǒng)；分析系統(tǒng)性能；使用方法總結(jié)。本方法有效解決了模糊多態(tài)、求解效率低的問題，更加適用于工程應(yīng)用中。
文檔編號G06F17/50GK102024084SQ20101059144
公開日2011年4月20日 申請日期2010年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月16日
發(fā)明者任羿, 馮強(qiáng), 孔雷星, 孫博, 曾聲奎, 郭健彬, 馬紀(jì)明 申請人:北京航空航天大學(xué)