專利名稱：一種復(fù)雜表決系統(tǒng)的可靠性建模與解算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)雜表決系統(tǒng)的可靠性建模與解算方法，具體說(shuō)，涉及一種基于可擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)可靠性框圖的復(fù)雜表決系統(tǒng)的可靠性建模與解算的方法，屬于系統(tǒng)可靠性建模 與仿真技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
可靠性是指產(chǎn)品或系統(tǒng)在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。產(chǎn)品或系統(tǒng)可靠帶來(lái)的成功經(jīng)驗(yàn)，產(chǎn)品或系統(tǒng)不可靠帶來(lái)的失敗和教訓(xùn)，使人們逐漸加深了對(duì)可靠性問(wèn)題的認(rèn)識(shí)。目前，可靠性已經(jīng)成為產(chǎn)品或系統(tǒng)質(zhì)量的重要指標(biāo)，產(chǎn)品或系統(tǒng)的可靠性水平成為一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志，受到世界各國(guó)的高度重視。在對(duì)產(chǎn)品或系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析和設(shè)計(jì)時(shí)，為了預(yù)計(jì)、估算和評(píng)定其可靠性，首先就是要建立合適的系統(tǒng)可靠性模型，所以模型的好壞直接影響著產(chǎn)品或系統(tǒng)的可靠性分析和設(shè)計(jì)的效率和準(zhǔn)確性，在產(chǎn)品或系統(tǒng)可靠性工程中起著非常重要的作用。隨著社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)系統(tǒng)正向著功能綜合化、設(shè)備多樣化、信息集成化方向發(fā)展，導(dǎo)致系統(tǒng)規(guī)模越來(lái)越大，結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，其在可靠性模型特征上表現(xiàn)為要求描述復(fù)雜關(guān)聯(lián)、結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)化等。但傳統(tǒng)的系統(tǒng)可靠性模型難以同時(shí)方便靈活地描述和表達(dá)復(fù)雜系統(tǒng)的這些特點(diǎn)，正因?yàn)槿绱?，?duì)使用更好的建模及解算方法的工程需求也就愈來(lái)愈強(qiáng)烈。近年來(lái)，國(guó)外在復(fù)雜系統(tǒng)可靠性建模及分析領(lǐng)域有了長(zhǎng)足的發(fā)展，并在國(guó)際范圍內(nèi)的工程應(yīng)用也日趨廣泛。反觀國(guó)內(nèi)工業(yè)領(lǐng)域，尤其在軍工領(lǐng)域，一方面，隨著其產(chǎn)品水平不斷向國(guó)際水平邁進(jìn)，對(duì)質(zhì)量可靠性的要求越來(lái)越高，同時(shí)，隨著科技的迅速發(fā)展，產(chǎn)品功能、結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)可靠性建模和解算方法的需求日益迫切；另一方面，國(guó)內(nèi)復(fù)雜系統(tǒng)可靠性建模的技術(shù)還相對(duì)落后，相關(guān)建模工具的自主研發(fā)能力比較有限，很難解決實(shí)際可靠性工程應(yīng)用中的一些問(wèn)題。其中復(fù)雜系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化構(gòu)造、復(fù)雜表決系統(tǒng)、復(fù)雜貯備系統(tǒng)等的可靠性建模與解算/仿真是國(guó)內(nèi)可靠性建模與仿真學(xué)科發(fā)展中遇到的一些難題，影響著可靠性工程技術(shù)的發(fā)展。本發(fā)明在國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有建模和仿真技術(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)復(fù)雜表決系統(tǒng)結(jié)構(gòu)自身的特點(diǎn)——每個(gè)表決模塊追本溯源總能找到他們共同的源點(diǎn)，給出了適用于復(fù)雜表決系統(tǒng)的可靠性建模與解算方法，為含復(fù)雜表決系統(tǒng)的產(chǎn)品可靠性預(yù)計(jì)、估算和評(píng)定提供了一種高效的方法；同時(shí)，為今后可靠性建模仿真工具的開(kāi)發(fā)提供了資源。

發(fā)明內(nèi)容
I 目的本發(fā)明的目的是提供了一種復(fù)雜表決系統(tǒng)的可靠性建模與解算方法，它克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，能夠準(zhǔn)確高效的預(yù)計(jì)和估算含有復(fù)雜表決系統(tǒng)的產(chǎn)品的可靠性。2技術(shù)方案
首先引入幾個(gè)基本定義定義I :表決器判斷k/n (G)系統(tǒng)部件工作情況及決定整個(gè)k/n (G)系統(tǒng)是否工作的裝置或功能模塊。定義2 :表決模塊即k/n (G)系統(tǒng)中的η個(gè)起表決作用的部件或模塊。exRBD中的k/n(G)因其表決模塊的具體特征可分為兩類，簡(jiǎn)單k/n(G)和復(fù)雜k/n (G)。定義3 :當(dāng)表決系統(tǒng)中所有表決模塊的源節(jié)點(diǎn)和匯節(jié)點(diǎn)分別一致時(shí)，我們稱這種k/n(G)系統(tǒng)為簡(jiǎn)單k/n(G)系統(tǒng)(如圖I所示)。定乂 4 :當(dāng)表決系統(tǒng)中存在表決I旲塊的源節(jié)點(diǎn)或匯節(jié)點(diǎn)不一致時(shí)，該k/n(G)系統(tǒng)為復(fù)雜k/n(G)系統(tǒng)(如圖2所示)。 本發(fā)明一種復(fù)雜表決系統(tǒng)的可靠性建模與解算方法，其步驟如下步驟1，搜索可靠性框圖中的全部最小路集，生成全系統(tǒng)結(jié)構(gòu)函數(shù)Φ = α+β，β為包含表決器VM的最小路集項(xiàng)；步驟2，將β子圖獨(dú)立出來(lái)，并以表決器VM為節(jié)點(diǎn)分為兩個(gè)子圖，β = η+θ, η稱為廣義表決結(jié)構(gòu)；步驟3，搜索η中起的S到各表決模塊的最小路集，生成各表決模塊的等效布爾結(jié)構(gòu)函數(shù)入i ；步驟4，根據(jù)每個(gè)表決模塊的λ i，將廣義表決結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為等效簡(jiǎn)單表決結(jié)構(gòu)；步驟5，采用表決系統(tǒng)結(jié)構(gòu)函數(shù)法求解等效簡(jiǎn)單表決結(jié)構(gòu)，即求解廣義表決系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)函數(shù)n；步驟6，用最小路集法求解VM到終點(diǎn)T的結(jié)構(gòu)函數(shù)Θ ；步驟7，分別求得β和φ，對(duì)φ進(jìn)行BDD不交化求得不交化結(jié)構(gòu)函數(shù)，進(jìn)而求出系統(tǒng)可靠度Ι (Φ)。其中，步驟I中所述的可靠性框圖為所分析產(chǎn)品相應(yīng)層次的可靠性框圖網(wǎng)絡(luò)，最小路集搜索方法為節(jié)點(diǎn)遍歷法，結(jié)構(gòu)函數(shù)為布爾結(jié)構(gòu)函數(shù)。其中，步驟2中所述的廣義表決結(jié)構(gòu)η為傳統(tǒng)表決結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，由β中起點(diǎn)S到表決器VM中的模塊和表決器VM構(gòu)成，Θ由β中表決器VM及其之后的模塊組成。其中，步驟3中所述的λ i為與表決器直接相連的表決模塊i的等效布爾結(jié)構(gòu)函數(shù)，表決模塊i的等效布爾結(jié)構(gòu)函數(shù)為β中起點(diǎn)S到模塊i的布爾結(jié)構(gòu)函數(shù)。其中，步驟4中所述的等效簡(jiǎn)單表決結(jié)構(gòu)為由全部λ i和表決器VM組成的簡(jiǎn)單表決結(jié)構(gòu)。其中，步驟5中所述的結(jié)構(gòu)函數(shù)η為布爾結(jié)構(gòu)函數(shù)。其中，步驟6中所述的結(jié)構(gòu)函數(shù)Θ為布爾結(jié)構(gòu)函數(shù)。其中，步驟7中所述的BDD不交化為二元決策樹(shù)不交化，該結(jié)構(gòu)函數(shù)為布爾結(jié)構(gòu)函數(shù)。3本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點(diǎn)第一，該方法能夠準(zhǔn)確高效的解決復(fù)雜表決系統(tǒng)的可靠性預(yù)計(jì)和估算問(wèn)題，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)在復(fù)雜表決系統(tǒng)可靠性解算方面的空白。第二，本方法從建模入手簡(jiǎn)化模型，并使用了替換的思想，從而使其具有很高的效率，便于工程應(yīng)用。
第三，模型能夠很方便的轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，便于軟件程序的開(kāi)發(fā)。


圖I為簡(jiǎn)單表決系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；圖2為復(fù)雜表決系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；圖3(a)為表決結(jié)構(gòu)圖；圖3(b)為網(wǎng)絡(luò)等效圖；圖4為復(fù)雜表決系統(tǒng)整體處理方法流程圖；圖5(a)為β子圖分解出的廣義表決結(jié)構(gòu)圖；圖5(b)為β子圖分解剩余結(jié)構(gòu)圖；圖6(a)為廣義表決結(jié)構(gòu)的等效簡(jiǎn)單表決結(jié)構(gòu)圖；圖6(b)為等效簡(jiǎn)單表決結(jié)構(gòu)的等效網(wǎng)絡(luò)圖；圖7為合并被包容路集項(xiàng)算法圖8為結(jié)構(gòu)函數(shù)Φ "的BDD樹(shù)圖
具體實(shí)施例方式本發(fā)明一種復(fù)雜表決系統(tǒng)的可靠性建模與解算方法，其流程如圖4所示，結(jié)合如圖2中的實(shí)例，闡述求解復(fù)雜表決系統(tǒng)可靠度的表決系統(tǒng)結(jié)構(gòu)函數(shù)法。其步驟如下步驟1，搜索整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的最小路集，生成系統(tǒng)的布爾結(jié)構(gòu)函數(shù)Φ，消去所有包含表決器VM的項(xiàng)，并用β替代，其他項(xiàng)用α替代，則有Φ = α+β。實(shí)例中結(jié)果如下φ = α +β(I)α = AHJK+ABJGK+ACGJK(2)步驟2，將β子圖獨(dú)立出來(lái)，并以表決器VM為分割點(diǎn)，將β子圖分為兩部分。從起點(diǎn)A到VM(含)部分子圖稱之為廣義表決結(jié)構(gòu)，用η替代(如圖5-a所示)；從VM至終點(diǎn)K的部分用Θ替代(如圖5-b所示)。步驟3，搜索η (圖5_a)中起點(diǎn)到每個(gè)表決模塊的最小路集，生成廣義表決結(jié)構(gòu)各表決模塊的等效布爾邏輯函數(shù)λ 。實(shí)例中各模塊等效結(jié)構(gòu)函數(shù)如下λ G = ABG+ACG(3)Xc = AC(4)λ Ε = ACE+ADE(5)λ F = ADF(6)步驟4，依據(jù)步驟3中生成的個(gè)表決模塊的等效邏輯函數(shù)λ i，將廣義表決結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為等效簡(jiǎn)單表決結(jié)構(gòu)(圖3-a為簡(jiǎn)單表決系統(tǒng)(圖I)中的簡(jiǎn)單表決結(jié)構(gòu))，實(shí)例中如圖6-a所示。步驟5，采用表決系統(tǒng)結(jié)構(gòu)函數(shù)法求解等效簡(jiǎn)單表決結(jié)構(gòu)，即求解廣義表決系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)函數(shù)H ;簡(jiǎn)單表決結(jié)構(gòu)(如圖3-a)可以等效為網(wǎng)絡(luò)等效結(jié)構(gòu)(如圖3-b)，同理，廣義 表決結(jié)構(gòu)的等效簡(jiǎn)單表決結(jié)構(gòu)(如圖6-a)可以等效為廣義網(wǎng)絡(luò)等效結(jié)構(gòu)(如圖6-b)。表決系統(tǒng)結(jié)構(gòu)函數(shù)法如果簡(jiǎn)單K/N(G)中的表決模塊是相同的，即各模塊可靠度均為R，則K/N(G)可靠度表達(dá)式為
權(quán)利要求
1.一種復(fù)雜表決系統(tǒng)的可靠性建模與解算方法，其特征在于該方法具體步驟如下 步驟1，搜索可靠性框圖中的全部最小路集，生成全系統(tǒng)結(jié)構(gòu)函數(shù)Φ = α+β，β為包含表決器VM的最小路集項(xiàng)； 步驟2，將β子圖獨(dú)立出來(lái)，并以表決器VM為節(jié)點(diǎn)分為兩個(gè)子圖，β = η+θ, η稱為廣義表決結(jié)構(gòu)； 步驟3,搜索η中起的S到各表決|吳塊的最小路集,生成各表決|吳塊的等效布爾結(jié)構(gòu)函數(shù)入i ; 步驟4，根據(jù)每個(gè)表決模塊的λ i，將廣義表決結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為等效簡(jiǎn)單表決結(jié)構(gòu)； 步驟5，采用表決系統(tǒng)結(jié)構(gòu)函數(shù)法求解等效簡(jiǎn)單表決結(jié)構(gòu)，即求解廣義表決系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)函數(shù)n ； 步驟6，用最小路集法求解VM到終點(diǎn)T的結(jié)構(gòu)函數(shù)Θ ； 步驟7，分別求得β和Φ，對(duì)Φ進(jìn)行BDD不交化求得不交化結(jié)構(gòu)函數(shù)，進(jìn)而求出系統(tǒng)可靠度Ι (Φ)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種復(fù)雜表決系統(tǒng)的可靠性建模與解算方法，其特征在于步驟I中所述的可靠性框圖為所分析產(chǎn)品相應(yīng)層次的可靠性框圖網(wǎng)絡(luò)，最小路集搜索方法為節(jié)點(diǎn)遍歷法，結(jié)構(gòu)函數(shù)為布爾結(jié)構(gòu)函數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種復(fù)雜表決系統(tǒng)的可靠性建模與解算方法，其特征在于步驟2中所述的廣義表決結(jié)構(gòu)η為傳統(tǒng)表決結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，由β中起點(diǎn)S到表決器VM中的模塊和表決器VM構(gòu)成，Θ由β中表決器VM及其之后的模塊組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種復(fù)雜表決系統(tǒng)的可靠性建模與解算方法，其特征在于步驟3中所述的λ i為與表決器直接相連的表決模塊i的等效布爾結(jié)構(gòu)函數(shù)，表決模塊i的等效布爾結(jié)構(gòu)函數(shù)為β中起點(diǎn)S到模塊i的布爾結(jié)構(gòu)函數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種復(fù)雜表決系統(tǒng)的可靠性建模與解算方法，其特征在于步驟4中所述的等效簡(jiǎn)單表決結(jié)構(gòu)為由全部λ i和表決器VM組成的簡(jiǎn)單表決結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種復(fù)雜表決系統(tǒng)的可靠性建模與解算方法，其特征在于步驟5中所述的結(jié)構(gòu)函數(shù)η為布爾結(jié)構(gòu)函數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種復(fù)雜表決系統(tǒng)的可靠性建模與解算方法，其特征在于步驟6中所述的結(jié)構(gòu)函數(shù)Θ為布爾結(jié)構(gòu)函數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種復(fù)雜表決系統(tǒng)的可靠性建模與解算方法，其特征在于步驟7中所述的BDD不交化為二元決策樹(shù)不交化,該結(jié)構(gòu)函數(shù)為布爾結(jié)構(gòu)函數(shù)。
全文摘要
一種復(fù)雜表決系統(tǒng)的可靠性建模與解算方法，其步驟如下1，搜索可靠性框圖中的全部最小路集，生成全系統(tǒng)結(jié)構(gòu)函數(shù)φ＝α+β，β為包含表決器VM的最小路集項(xiàng)；2，將β子圖獨(dú)立出來(lái)，并以表決器VM為節(jié)點(diǎn)分為兩個(gè)子圖，β＝η+θ，η稱為廣義表決結(jié)構(gòu)；3，搜索η中起的S到各表決模塊的最小路集，生成各表決模塊的等效布爾結(jié)構(gòu)函數(shù)λi；4，根據(jù)每個(gè)表決模塊的λi，將廣義表決結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為等效簡(jiǎn)單表決結(jié)構(gòu)；5，采用表決系統(tǒng)結(jié)構(gòu)函數(shù)法求解等效簡(jiǎn)單表決結(jié)構(gòu)，即求解廣義表決系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)函數(shù)η；6，用最小路集法求解VM到終點(diǎn)T的結(jié)構(gòu)函數(shù)θ；7，分別求得β和φ，對(duì)φ進(jìn)行BDD不交化求得不交化結(jié)構(gòu)函數(shù)，進(jìn)而求出系統(tǒng)可靠度R(φ)。本發(fā)明在系統(tǒng)可靠性建模與仿真技術(shù)領(lǐng)域里有良好的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)G06F19/00GK102663227SQ201210058508
公開(kāi)日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月7日
發(fā)明者孫宇鋒, 常增柱, 許健, 趙廣燕 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)