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一種電氣系統(tǒng)故障概率與影響因素因果關(guān)系確定方法與流程

文檔序號(hào):11584296閱讀:345來源:國知局

本發(fā)明涉及電氣安全系統(tǒng)工程,特別是涉及分析分析電氣系統(tǒng)故障概率與影響因素因果關(guān)系。



背景技術(shù):

安全系統(tǒng)工程是一門研究安全的系統(tǒng)科學(xué),其中最主要的研究議題就是系統(tǒng)如何失效,如何發(fā)生故障,什么引起了故障,經(jīng)過多年的發(fā)展,就故障與發(fā)生故障原因之間的關(guān)系進(jìn)行了多角度研究,并取得了一系列成果,這些成果較多的反映了故障發(fā)生概率與影響因素之間的關(guān)系,且這些關(guān)系多數(shù)以定量形式的函數(shù)表示,另一些則較多的反映了故障原因與故障本身的因果關(guān)系。

主要問題在于故障發(fā)生受較多因素影響,顯性和隱性因素并存,且難以區(qū)分因素間的關(guān)聯(lián)性,另一方面從實(shí)際而來的現(xiàn)場故障數(shù)據(jù)一般數(shù)據(jù)量較大,且存在數(shù)據(jù)的冗余和缺失,現(xiàn)有安全系統(tǒng)工程方法難以解決,特別是針對(duì)大數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)推理因果分析在安全系統(tǒng)工程領(lǐng)域尚未出現(xiàn),上述問題阻礙了安全系統(tǒng)科學(xué)向智能科學(xué)方向的發(fā)展,所以急需建立基于智能科學(xué)理論的安全系統(tǒng)工程問題分析方法。

為促進(jìn)該問題的解決,提出狀態(tài)吸收法和狀態(tài)復(fù)現(xiàn)法來分析故障概率與影響因素之間的因果關(guān)系,為使空間故障樹理論具備邏輯推理能力提供基礎(chǔ)。

1因素空間理論與分辨度。

因素空間理論是我國著名智能科學(xué)領(lǐng)域?qū)<彝襞嗲f先生提出的,根據(jù)需要摘取了一些定義、概念和論述,如下介紹因素空間與分辨度概念。

設(shè)f={f1,…,fn}是定義在u上的因素集,即fj:u→x(fj)(j=1,...,n)。

定義1設(shè)是一個(gè)布爾代數(shù),記x(f)={x(f)}(f∈f),稱ψ=(u,x(f))為u上的一個(gè)因素空間,如果滿足條件:

(1)

(2)對(duì)任意及s,t∈t,若s∧t=0(s與t叫做不可約),則

x(∨{f|f∈t})=пf∈tx(f)(∏是笛卡爾乘積)(1)

其中,f={f1,…,fn}={f1∨…∨fn}=1叫做全因素,0叫做空因素,∨和∧分別叫做因素的合成和分解運(yùn)算。

對(duì)任意用同一符號(hào)來記f=f(1)∨…∨f(k),因素集可以直接視為各因素的合成因素,不可約的因素不一定獨(dú)立,從絕對(duì)的意義上說,兩個(gè)因素獨(dú)立就是指它們的質(zhì)根沒有共同成分,但問題是,布爾代數(shù)在實(shí)際應(yīng)用中具有不同的粒度,在一個(gè)粗粒度的結(jié)構(gòu)中,兩個(gè)可約的因素會(huì)變成不可約,所以因素的獨(dú)立性還是要像隨機(jī)變量的獨(dú)立性那樣從外在表現(xiàn)上來刻畫。

因素空間的根本目的是要把笛卡爾坐標(biāo)系拓展到定性的相空間,定性相空間沒有基底,但定性因素決定劃分,由劃分的粗細(xì)來定義因素之間的一個(gè)偏序,進(jìn)而定義因素運(yùn)算,因素f和g的最小上因素(上確界)叫做它們的合成因素,記作f∨g=sup{f,g};兩個(gè)因素f和g的最大下因素(下確界),記作f∧g=inf{f,g},叫做它們的分解因素,兩個(gè)因素的合成就是劃分的疊加,但分解卻是很難的問題,這是一個(gè)尚未解決的問題,但卻是最有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的問題,工藝精細(xì)化、設(shè)計(jì)精細(xì)化、服務(wù)精細(xì)化和管理精細(xì)化都離不開因素的分解。

因素空間的定義有條件地規(guī)定:合成因素的相空間等于各因素相空間的笛卡爾乘積,條件是各因素必須是兩兩不可約的,問題在于可約因素的合成相空間如何確定,提出的思路是:不管兩個(gè)因素是否可約,都把它們的笛卡爾乘積空間寫出來,如果兩個(gè)因素是獨(dú)立的,則兩因素的任何組態(tài)都是可能搭配的;若存在著不能搭配的組態(tài),則這兩個(gè)因素必不獨(dú)立,因素空間的興趣就是要處理不獨(dú)立因素之間的關(guān)聯(lián)的問題。

定義2給定u上的因素集f={f1,…,fn},已知fj具有相空間x(fj)(j=1,...,n)),取x=x(f1)×...×x(fn),對(duì)任意a=(a1,...,an)∈x,記:

[a]=f-1(a)={u∈u|f(u)=a},(2)

[a]可能是空集,若則稱a是一個(gè)原子內(nèi)涵,否則稱a是一個(gè)虛組態(tài),全體實(shí)相的集合記為:

叫做因素f={f1,…,fn}的背景關(guān)系,也叫做f1,…,fn的實(shí)際笛卡爾乘積空間,f是從h(u,f)到r的同構(gòu)映射。

因素對(duì)劃分的貢獻(xiàn)可以用分辨度來刻畫,把u中任意兩個(gè)不同的對(duì)象序列叫做一個(gè)對(duì)子,能分辨的對(duì)子數(shù)目越多,分辨度就越大,設(shè)u有m個(gè)對(duì)象,就有m(m-1)個(gè)對(duì)子,給定一個(gè)劃分,用n(k)表示其中第k類對(duì)象的個(gè)數(shù),劃分出來的每個(gè)類中都有n(k)(n(k)-1)個(gè)對(duì)子,這些對(duì)子是因素f所不能分辨的,從所有對(duì)子中除掉不能分辨的對(duì)子,就是可以分辨的對(duì)子,再歸一化,就得到分辨度:

定義3設(shè)h(u,f)={ck=(uk,1,...,uk,n(k))}(k=1,...,k),,

df=1-[n(1)(n(1)-1)+…+n(k)(n(k)-1)]/m(m-1),(4)

叫做因素f對(duì)u中對(duì)象的分辨度。

2sft中故障數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)特點(diǎn)。

空間故障樹(spacefaulttree,sft)理論可分為連續(xù)型空間故障樹(continuousspacefaulttree,csft)和離散型空間故障樹(discretespacefaulttree,dsft),前者對(duì)應(yīng)于從系統(tǒng)內(nèi)部研究整個(gè)系統(tǒng)可靠性的方法;后者是從系統(tǒng)外部了解系統(tǒng)可靠性的方法。

sft理論認(rèn)為系統(tǒng)工作于環(huán)境之中,由于組成系統(tǒng)的基本事件或物理元件的性質(zhì)決定了其在不同條件下工作的故障發(fā)生概率不同,即系統(tǒng)完成功能的可靠性不同,基于sft基本思想,對(duì)系統(tǒng)可靠性的分析不再糾結(jié)于系統(tǒng)中元件或子系統(tǒng)的基本事件發(fā)生概率,以及他們通過什么方式組成的系統(tǒng),而是著重于研究元件或子系統(tǒng)基本事件的發(fā)生概率與系統(tǒng)工作環(huán)境因素變化之間的關(guān)系,然后根據(jù)系統(tǒng)構(gòu)造進(jìn)行有機(jī)疊加,從而了解系統(tǒng)可靠性與系統(tǒng)工作環(huán)境因素之間的關(guān)系。

經(jīng)過進(jìn)一步研究,發(fā)現(xiàn)對(duì)故障數(shù)據(jù)的表示是構(gòu)建整個(gè)理論體系的關(guān)鍵,特別是從實(shí)際故障數(shù)據(jù)中提取可供分析的數(shù)據(jù),在研究過程中為了表示這些故障數(shù)據(jù),提出特征函數(shù)的概念,并依次發(fā)展了一般擬合方法、因素投影擬合法、模糊結(jié)構(gòu)元化特征函數(shù)、云化特征函數(shù)等,但仍無法解決一些關(guān)鍵問題,即故障概率數(shù)據(jù)受哪些影響因素影響;這些影響因素之間是否存在聯(lián)系;如何確定顯性因素與故障概率關(guān)系,及隱性影響因素如何挖掘等。

實(shí)際的故障概率數(shù)據(jù)有一定的特點(diǎn),整體上變化有一定的規(guī)律,但又具有較大的隨機(jī)性、離散性,即不確定性,根據(jù)因素空間理論,確定性和不確定性的相互轉(zhuǎn)化源于對(duì)作用因素的不可知和不可測,當(dāng)故障概率的所有影響因素均為可知并可測時(shí),故障概率的確定是確定性問題;當(dāng)影響因素中至少一個(gè)因素不可知或不可測時(shí),故障概率的確定則是不確定性問題。

構(gòu)建合理的空間故障樹理論基礎(chǔ)當(dāng)然希望與故障概率相關(guān)的因素均為可知且可測的,但實(shí)際情況相距甚遠(yuǎn),所以急需一種可表示故障概率與影響因素之間因果關(guān)系的挖掘方法,且這種方法應(yīng)適合大數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)處理模式,因素空間理論的發(fā)展為這種挖掘方法提供了理論基礎(chǔ),下面來介紹兩種可用于因果關(guān)系挖掘的方法,即狀態(tài)吸收法和狀態(tài)復(fù)現(xiàn)法。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

1.一種電氣系統(tǒng)故障概率與影響因素因果關(guān)系確定方法,其特征在于,為了得到元件故障發(fā)生概率與影響故障因素之間的因果關(guān)系,提出了影響因素和目標(biāo)因素因果邏輯關(guān)系的兩種方法,即狀態(tài)吸收法和狀態(tài)復(fù)現(xiàn)法,前者盡量使最終推理結(jié)果包含所有狀態(tài)信息,是廣度優(yōu)先方法;后者盡量使出現(xiàn)頻率大的狀態(tài)信息起主導(dǎo)作用,是深度優(yōu)先方法,可用于分析電氣系統(tǒng)故障概率與影響因素因果關(guān)系。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種電氣系統(tǒng)故障概率與影響因素因果關(guān)系確定方法,其特征在于設(shè)數(shù)據(jù)的論域?yàn)閡={u1,u2,...,um},指故障數(shù)據(jù)條目的集合,在u上有n個(gè)因素的定性相空間x=x(f1)×...×x(fn),因素指兩個(gè)影響因素為使用時(shí)間f1和使用溫度f2,一個(gè)目標(biāo)因素為元件故障概率f3,方法中狀態(tài)指a=(a1,...,an)∈x,從數(shù)據(jù)中提取20個(gè)電氣系統(tǒng)故障狀態(tài)組成論域u={a,b,...,t},在故障狀態(tài)中包含三個(gè)因素,其中兩個(gè)影響因素為使用時(shí)間f1和使用溫度f2,一個(gè)目標(biāo)因素為元件故障概率f3,他們組成了在u上的三個(gè)因素的定性相空間,x=x(f1)×...×x(f3),劃分每個(gè)因素的定性相,及對(duì)應(yīng)的數(shù)值表示范圍,x(使用時(shí)間)={短,中,長}={(0,15]天,(15,30]天,(30,50]天},x(使用溫度)={低,中,高}={(0,15]℃,(15,25]℃,(25,40]℃},x(故障概率)={低,中,高}={(0,30]%,(30,60]%,(60,100]%}。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種電氣系統(tǒng)故障概率與影響因素因果關(guān)系確定方法,其特征在于狀態(tài)吸收法,首先給出狀態(tài)吸收法的思想和步驟:

思想:盡量使最終推理結(jié)果包含所有狀態(tài)信息,從單一影響因素與目標(biāo)因素對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行推理,即廣度優(yōu)先;

第一步:確定原始狀態(tài)表中各因素分辨度,設(shè)h(u,f)={ck=(uk,1,...,uk,n(k))}(k=1,...,k),,df=1-[n(1)(n(1)-1)+…+n(k)(n(k)-1)]/m(m-1),并對(duì)不同因素分辨度進(jìn)行排序;

第二步:進(jìn)行狀態(tài)吸收,從目標(biāo)因素出發(fā),吸收相同的狀態(tài),相同狀態(tài)只保留一項(xiàng)(一般為首次出現(xiàn)的項(xiàng)),f1(u1)=f1(u2)=…=f1(uq),f2(u1)=f2(u2)=…=f2(uq),fn(u1)=fn(u2)=…=fn(uq),u1=u1∪u2∪…∪uq,確定吸收后狀態(tài)表中各因素分辨度;

第三步:分析影響因素與目標(biāo)因素之間的關(guān)系,分別保留單一影響因素,即狀態(tài)表中有兩行因素,一行為影響因素,第二行為目標(biāo)因素,按照步驟2)進(jìn)行狀態(tài)吸收,計(jì)算分辨度,分析單一影響因素與目標(biāo)因素邏輯關(guān)系;

第四步:依次輪換影響因素與目標(biāo)因素組成狀態(tài)表,根據(jù)步驟3)進(jìn)行邏輯關(guān)系分析,直至所有影響因素輪換完畢,

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種電氣系統(tǒng)故障概率與影響因素因果關(guān)系確定方法,其特征在于狀態(tài)復(fù)現(xiàn)法,

思路:盡量使出現(xiàn)頻率大的狀態(tài)信息起主導(dǎo)作用,先確定出現(xiàn)頻率大的狀態(tài)信息中影響因素與目標(biāo)因素之間邏輯關(guān)系,然后逐級(jí)向上層狀態(tài)信息表分析,即深度優(yōu)先;

第一步:去掉全部狀態(tài)組合一次,保留出現(xiàn)兩次及以上的狀態(tài),這時(shí)原有兩次的狀態(tài)變?yōu)橐淮?一般去掉首次出現(xiàn)的項(xiàng)),循環(huán)上述過程直至無相同狀態(tài),形成一個(gè)l次狀態(tài)表,分析該狀態(tài)表影響因素與目標(biāo)因素邏輯關(guān)系;

第二步:去掉l-1次狀態(tài)表中與l次狀態(tài)表形同的狀態(tài),得到另一個(gè)l次狀態(tài)表,分析該狀態(tài)表影響因素與目標(biāo)因素邏輯關(guān)系;

第三步:如果這兩個(gè)l次狀態(tài)表仍不能包含l-1次狀態(tài)表的所有狀態(tài),則繼續(xù)執(zhí)行步驟2),如果已包含全部狀態(tài),則執(zhí)行步驟4);

第四步:去掉l-2次狀態(tài)表中與l-1次狀態(tài)表相同的狀態(tài),得到另一個(gè)l-1次狀態(tài)表,分析該狀態(tài)表影響因素與目標(biāo)因素邏輯關(guān)系;

第五步:如果這兩個(gè)l-1次狀態(tài)表仍不能包含l-2次狀態(tài)表的狀態(tài),則繼續(xù)執(zhí)行步驟4),如果以全部包含,則根據(jù)上述思路繼續(xù)向上分析,直至分析到1次(原始)狀態(tài)表。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種電氣系統(tǒng)故障概率與影響因素因果關(guān)系確定方法,其特征在于樣本數(shù)據(jù)較多,而影響因素較少時(shí)狀態(tài)吸收法較為簡單;當(dāng)樣本數(shù)據(jù)不多,影響因素較多時(shí)狀態(tài)復(fù)現(xiàn)法較為簡單。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種電氣系統(tǒng)故障概率與影響因素因果關(guān)系確定方法,其特征在于狀態(tài)吸收法的推理過程:

1)根據(jù)第一步計(jì)算分辨度:m=20,f1=使用時(shí)間,f2=使用溫度,f3=故障概率,有cf1>cf2>cf3;

2)根據(jù)第二步進(jìn)行狀態(tài)吸收,f1(t)=f1(s),f2(t)=f2(s),f3(t)=f3(s),s=s∪t;f1(q)=f1(r),f2(q)=f2(r),f3(q)=f3(r),q=q∪r;f1(n)=f1(o)=f1(p),f2(n)=f2(o)=f1(p),f3(n)=f3(o)=f1(p),n=n∪o∪p;f1(l)=f1(m),f2(l)=f2(m),f3(l)=f3(m),l=l∪m;f1(g)=f1(n)=f1(i),f2(g)=f2(n)=f1(i),f3(g)=f3(n)=f1(i),g=g∪n∪i,吸收后的狀態(tài)信息表;計(jì)算分辨度:m=13,有cf1>cf2>cf3;

3)根據(jù)第三步分析使用時(shí)間與故障概率的關(guān)系,將使用時(shí)間因素和故障概率因素組成狀態(tài)表,從目標(biāo)因素(故障概率)出發(fā)進(jìn)行狀態(tài)吸收,a=a∪e;g=g∪j∪l;n=n∪q∪s;b=b∪d∪f,得吸收后的狀態(tài)信息表,計(jì)算分辨度:m=6:

4)根據(jù)第三步分析使用溫度與故障概率的關(guān)系,將使用溫度因素和故障概率因素組成狀態(tài)表,從目標(biāo)因素(故障概率)出發(fā)進(jìn)行狀態(tài)吸收,a=a∪g∪n;d=d∪k;e=e∪l∪s;j=j(luò)∪q,得吸收后的狀態(tài)信息表,計(jì)算分辨度:m=7。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種電氣系統(tǒng)故障概率與影響因素因果關(guān)系確定方法,其特征在于狀態(tài)復(fù)現(xiàn)法的推理過程。

因素的因果關(guān)系分析與推理。

設(shè)數(shù)據(jù)的論域?yàn)閡={u1,u2,...,um},是概念的外延,在u上有n個(gè)因素的定性相空間x=x(f1)×...×x(fn),方法中狀態(tài)指a=(a1,...,an)∈x,是概念的內(nèi)涵。

實(shí)例化定義,設(shè)從故障數(shù)據(jù)中提取20個(gè)故障狀態(tài)組成論域u={a,b,...,t},在故障狀態(tài)中包含三個(gè)因素,其中兩個(gè)影響因素為使用時(shí)間f1和使用溫度f2,一個(gè)目標(biāo)因素為元件故障概率f3,他們組成了在u上的三個(gè)因素的定性相空間,x=x(f1)×...×x(f3),如下劃分每個(gè)因素的定性相,及對(duì)應(yīng)的數(shù)值表示范圍,x(使用時(shí)間)={短,中,長}={(0,15]天,(15,30]天,(30,50]天},x(使用溫度)={低,中,高}={(0,15]℃,(15,25]℃,(25,40]℃},x(故障概率)={低,中,高}={(0,30]%,(30,60]%,(60,100]%},根據(jù)得到的故障信息,選取20個(gè)故障狀態(tài)信息如表1所示。

表1基本狀態(tài)信息表

下面通過狀態(tài)吸收法和狀態(tài)復(fù)現(xiàn)法分析影響因素和目標(biāo)因素之間的因果邏輯關(guān)系。

1狀態(tài)吸收法。

首先給出狀態(tài)吸收法的思想和步驟,

思想:盡量使最終推理結(jié)果包含所有狀態(tài)信息,從單一影響因素與目標(biāo)因素對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行推理,即廣度優(yōu)先,

第一步:確定原始狀態(tài)表中各因素分辨度,設(shè)h(u,f)={ck=(uk,1,...,uk,n(k))}(k=1,...,k),,df=1-[n(1)(n(1)-1)+…+n(k)(n(k)-1)]/m(m-1),并對(duì)不同因素分辨度進(jìn)行排序,

第二步:進(jìn)行狀態(tài)吸收,從目標(biāo)因素出發(fā),吸收相同的狀態(tài),相同狀態(tài)只保留一項(xiàng)(一般為首次出現(xiàn)的項(xiàng)),f1(u1)=f1(u2)=…=f1(uq),f2(u1)=f2(u2)=…=f2(uq),fn(u1)=fn(u2)=…=fn(uq),u1=u1∪u2∪…∪uq,確定吸收后狀態(tài)表中各因素分辨度,

第三步:分析影響因素與目標(biāo)因素之間的關(guān)系,分別保留單一影響因素,即狀態(tài)表中有兩行因素,一行為影響因素,第二行為目標(biāo)因素,按照步驟2)進(jìn)行狀態(tài)吸收,計(jì)算分辨度,分析單一影響因素與目標(biāo)因素邏輯關(guān)系,

第四步:依次輪換影響因素與目標(biāo)因素組成狀態(tài)表,根據(jù)步驟3)進(jìn)行邏輯關(guān)系分析,直至所有影響因素輪換完畢。

2狀態(tài)復(fù)現(xiàn)法。

與3.1節(jié)所使用的論域定義和實(shí)例相同,給出狀態(tài)復(fù)現(xiàn)法基本思路和步驟,

思路:盡量使出現(xiàn)頻率大的狀態(tài)信息起主導(dǎo)作用,先確定出現(xiàn)頻率大的狀態(tài)信息中影響因素與目標(biāo)因素之間邏輯關(guān)系,然后逐級(jí)向上層狀態(tài)信息表分析,即深度優(yōu)先,

第一步:去掉全部狀態(tài)組合一次,保留出現(xiàn)兩次及以上的狀態(tài),這時(shí)原有兩次的狀態(tài)變?yōu)橐淮?一般去掉首次出現(xiàn)的項(xiàng)),循環(huán)上述過程直至無相同狀態(tài),形成一個(gè)l次狀態(tài)表,分析該狀態(tài)表影響因素與目標(biāo)因素邏輯關(guān)系,

第二步:去掉l-1次狀態(tài)表中與l次狀態(tài)表形同的狀態(tài),得到另一個(gè)l次狀態(tài)表,分析該狀態(tài)表影響因素與目標(biāo)因素邏輯關(guān)系,

第三步:如果這兩個(gè)l次狀態(tài)表仍不能包含l-1次狀態(tài)表的所有狀態(tài),則繼續(xù)執(zhí)行步驟2),如果已包含全部狀態(tài),則執(zhí)行步驟4)

第四步:去掉l-2次狀態(tài)表中與l-1次狀態(tài)表相同的狀態(tài),得到另一個(gè)l-1次狀態(tài)表,分析該狀態(tài)表影響因素與目標(biāo)因素邏輯關(guān)系,

第五步:如果這兩個(gè)l-1次狀態(tài)表仍不能包含l-2次狀態(tài)表的狀態(tài),則繼續(xù)執(zhí)行步驟4),如果以全部包含,則根據(jù)上述思路繼續(xù)向上分析,直至分析到1次(原始)狀態(tài)表。

附圖說明

圖1x1的故障概率空間分布。

具體實(shí)施方式

設(shè)數(shù)據(jù)的論域?yàn)閡={u1,u2,...,um},是概念的外延,在u上有n個(gè)因素的定性相空間x=x(f1)×...×x(fn),方法中狀態(tài)指a=(a1,...,an)∈x,是概念的內(nèi)涵。

實(shí)例化定義,設(shè)從某電氣系統(tǒng)故障數(shù)據(jù)中提取20個(gè)故障狀態(tài)組成論域u={a,b,...,t},在故障狀態(tài)中包含三個(gè)因素,其中兩個(gè)影響因素為使用時(shí)間f1和使用溫度f2,一個(gè)目標(biāo)因素為元件故障概率f3,他們組成了在u上的三個(gè)因素的定性相空間,x=x(f1)×...×x(f3),如下劃分每個(gè)因素的定性相,及對(duì)應(yīng)的數(shù)值表示范圍,x(使用時(shí)間)={短,中,長}={(0,15]天,(15,30]天,(30,50]天},x(使用溫度)={低,中,高}={(0,15]℃,(15,25]℃,(25,40]℃},x(故障概率)={低,中,高}={(0,30]%,(30,60]%,(60,100]%},根據(jù)得到的故障信息,選取20個(gè)故障狀態(tài)信息如表1所示。

表1基本狀態(tài)信息表

下面通過狀態(tài)吸收法和狀態(tài)復(fù)現(xiàn)法分析影響因素和目標(biāo)因素之間的因果邏輯關(guān)系。

1.狀態(tài)吸收法。

首先給出狀態(tài)吸收法的思想和步驟,

思想:盡量使最終推理結(jié)果包含所有狀態(tài)信息,從單一影響因素與目標(biāo)因素對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行推理,即廣度優(yōu)先,

第一步:確定原始狀態(tài)表中各因素分辨度,設(shè)h(u,f)={ck=(uk,1,...,uk,n(k))}(k=1,...,k),,df=1-[n(1)(n(1)-1)+…+n(k)(n(k)-1)]/m(m-1),并對(duì)不同因素分辨度進(jìn)行排序,

第二步:進(jìn)行狀態(tài)吸收,從目標(biāo)因素出發(fā),吸收相同的狀態(tài),相同狀態(tài)只保留一項(xiàng)(一般為首次出現(xiàn)的項(xiàng)),f1(u1)=f1(u2)=…=f1(uq),f2(u1)=f2(u2)=…=f2(uq),fn(u1)=fn(u2)=…=fn(uq),u1=u1∪u2∪…∪uq,確定吸收后狀態(tài)表中各因素分辨度,

第三步:分析影響因素與目標(biāo)因素之間的關(guān)系,分別保留單一影響因素,即狀態(tài)表中有兩行因素,一行為影響因素,第二行為目標(biāo)因素,按照步驟2)進(jìn)行狀態(tài)吸收,計(jì)算分辨度,分析單一影響因素與目標(biāo)因素邏輯關(guān)系,

第四步:依次輪換影響因素與目標(biāo)因素組成狀態(tài)表,根據(jù)步驟3)進(jìn)行邏輯關(guān)系分析,直至所有影響因素輪換完畢。

實(shí)例計(jì)算如例1所示。

例1狀態(tài)吸收法的推理過程。

1)根據(jù)第一步計(jì)算分辨度:m=20

f1=使用時(shí)間,n(1)=6,n(2)=7,n(3)=7,cf1=1-(6×5+7×6+7×6)/(20×19)=0.7,

f2=使用溫度,n(1)=8,n(2)=6,n(3)=6,cf2=1-(8×7+6×5+6×5)/(20×19)=0.6947,

f3=故障概率,n(1)=1,n(2)=4,n(3)=15,cf3=1-(1×0+4×3+15×14)/(20×19)=0.4158,

有cf1>cf2>cf3。

2)根據(jù)第二步進(jìn)行狀態(tài)吸收,

f1(t)=f1(s),f2(t)=f2(s),f3(t)=f3(s),s=s∪t;

f1(q)=f1(r),f2(q)=f2(r),f3(q)=f3(r),q=q∪r;

f1(n)=f1(o)=f1(p),f2(n)=f2(o)=f1(p),f3(n)=f3(o)=f1(p),n=n∪o∪p;

f1(l)=f1(m),f2(l)=f2(m),f3(l)=f3(m),l=l∪m;

f1(g)=f1(n)=f1(i),f2(g)=f2(n)=f1(i),f3(g)=f3(n)=f1(i),g=g∪n∪i,

吸收后的狀態(tài)信息表如表2所示,

表2吸收后的狀態(tài)信息表

計(jì)算分辨度:m=13:

f1=使用時(shí)間,n(1)=6,n(2)=4,n(3)=3,cf1=1-(6×5+4×3+3×2)/(13×12)=0.6923;

f2=使用溫度,n(1)=4,n(2)=5,n(3)=4,cf2=1-(4×3+5×4+4×3)/(13×12)=0.7179;

f3=故障概率,n(1)=1,n(2)=4,n(3)=8,cf3=1-(1×0+4×3+8×7)/(13×12)=0.5641;

有cf1>cf2>cf3。

3)根據(jù)第三步分析使用時(shí)間與故障概率的關(guān)系,

將使用時(shí)間因素和故障概率因素組成狀態(tài)表,如表3所示,

表3使用時(shí)間因素和故障概率因素組成的狀態(tài)表

從目標(biāo)因素(故障概率)出發(fā)進(jìn)行狀態(tài)吸收,a=a∪e;g=g∪j∪l;n=n∪q∪s;b=b∪d∪f,結(jié)果如表4所示,

表4吸收后的狀態(tài)信息表

計(jì)算分辨度:m=6:

f1=使用時(shí)間,n(1)=3,n(2)=2,n(3)=1,cf1=1-(3×2+2×1+1×0)/(6×5)=0.7333;

f3=故障概率,n(1)=1,n(2)=2,n(3)=3,cf3=1-(3×2+2×1+1×0)/(6×5)=0.7333。

分析影響因素和目標(biāo)因素邏輯關(guān)系,兩因素分辨度相同,在使用時(shí)間較短情況下,故障概率存在高、中、低三個(gè)狀態(tài);使用時(shí)間中時(shí),故障概率存在高、中兩種狀態(tài);使用時(shí)間長時(shí),故障概率狀態(tài)為高,這說明元件使用時(shí)間較長時(shí)故障概率與使用溫度無關(guān);元件使用時(shí)間短時(shí),故障概率受使用溫度影響較大。

4)根據(jù)第三步分析使用溫度與故障概率的關(guān)系。

將使用溫度因素和故障概率因素組成狀態(tài)表,如表5所示,

表5使用溫度因素和故障概率因素組成的狀態(tài)表

從目標(biāo)因素(故障概率)出發(fā)進(jìn)行狀態(tài)吸收,a=a∪g∪n;d=d∪k;e=e∪l∪s;j=j(luò)∪q,結(jié)果如表6所示,

表6吸收后的狀態(tài)信息表

計(jì)算分辨度:m=7:

f1=使用溫度,n(1)=2,n(2)=3,n(3)=2,cf1=1-(2×1+3×2+2×1)/(7×6)=0.7619;

f3=故障概率,n(1)=1,n(2)=3,n(3)=3,cf3=1-(1×0+3×2+3×2)/(7×6)=0.7143。

分析影響因素和目標(biāo)因素邏輯關(guān)系,在使用溫度較低情況下,故障概率存在高、中兩個(gè)狀態(tài);使用溫度中時(shí),故障概率存在高、中、低三種狀態(tài);使用溫度高時(shí),故障概率狀態(tài)為高、中兩個(gè)狀態(tài),這說明使用溫度影響故障概率較為廣泛,使用溫度高和低兩種狀態(tài)均會(huì)導(dǎo)致故障概率中和高兩種狀態(tài),只有使用溫度中的情況下會(huì)使故障概率低。

綜上,隨著分析的進(jìn)行,因素分辨率逐漸提高,所得邏輯關(guān)系為:使用溫度對(duì)元件故障概率影響是遞增的,即故障概率隨使用時(shí)間增長而變大,而使用溫度影響故障概率是有波動(dòng)的,使用溫度適中才能保證故障概率較低。

2.狀態(tài)復(fù)現(xiàn)法。

與3.1節(jié)所使用的論域定義和實(shí)例相同,給出狀態(tài)復(fù)現(xiàn)法基本思路和步驟,

思路:盡量使出現(xiàn)頻率大的狀態(tài)信息起主導(dǎo)作用,先確定出現(xiàn)頻率大的狀態(tài)信息中影響因素與目標(biāo)因素之間邏輯關(guān)系,然后逐級(jí)向上層狀態(tài)信息表分析,即深度優(yōu)先,

第一步:去掉全部狀態(tài)組合一次,保留出現(xiàn)兩次及以上的狀態(tài),這時(shí)原有兩次的狀態(tài)變?yōu)橐淮?一般去掉首次出現(xiàn)的項(xiàng)),循環(huán)上述過程直至無相同狀態(tài),形成一個(gè)l次狀態(tài)表,分析該狀態(tài)表影響因素與目標(biāo)因素邏輯關(guān)系,

第二步:去掉l-1次狀態(tài)表中與l次狀態(tài)表形同的狀態(tài),得到另一個(gè)l次狀態(tài)表,分析該狀態(tài)表影響因素與目標(biāo)因素邏輯關(guān)系,

第三步:如果這兩個(gè)l次狀態(tài)表仍不能包含l-1次狀態(tài)表的所有狀態(tài),則繼續(xù)執(zhí)行步驟2),如果已包含全部狀態(tài),則執(zhí)行步驟4)

第四步:去掉l-2次狀態(tài)表中與l-1次狀態(tài)表相同的狀態(tài),得到另一個(gè)l-1次狀態(tài)表,分析該狀態(tài)表影響因素與目標(biāo)因素邏輯關(guān)系,

第五步:如果這兩個(gè)l-1次狀態(tài)表仍不能包含l-2次狀態(tài)表的狀態(tài),則繼續(xù)執(zhí)行步驟4),如果以全部包含,則根據(jù)上述思路繼續(xù)向上分析,直至分析到1次(原始)狀態(tài)表。

例2狀態(tài)復(fù)現(xiàn)法的推理過程

根據(jù)表1的基本狀態(tài)表(1次),去掉首次出現(xiàn)的全部狀態(tài)項(xiàng),得2次狀態(tài)表,如表7所示,

表72次狀態(tài)表

將表7中首次出現(xiàn)的狀態(tài)項(xiàng)去掉,得3次狀態(tài)表,如表8所示,

表83次狀態(tài)表

表8中無相同狀態(tài),形成一個(gè)3次狀態(tài)表,分析該狀態(tài)表影響因素與目標(biāo)因素邏輯關(guān)系,可知使用溫度低導(dǎo)致了故障概率高,而與使用時(shí)間無關(guān)。

將表7中去掉與表8中相同的狀態(tài)項(xiàng),此時(shí)剩余無相同狀態(tài)項(xiàng),所以形成了另一個(gè)3次狀態(tài)表,如表9所示,

表93次狀態(tài)表

從表9中可知,使用溫度高或中與使用時(shí)間中或長都導(dǎo)致故障概率高,但無明顯的確定對(duì)應(yīng)關(guān)系。

表8和表9的兩個(gè)3次狀態(tài)表分析結(jié)束,即2次狀態(tài)表表7分析完成,去掉表1中與表7相同的狀態(tài)項(xiàng),得到另一個(gè)2次狀態(tài)表,如表10所示,

表102次狀態(tài)表

表10中無相同狀態(tài)項(xiàng),所以不能分解為3次狀態(tài)表,分析表10中體現(xiàn)的邏輯關(guān)系,使用時(shí)間短時(shí),使用溫度低或高對(duì)應(yīng)故障概率中高,使用時(shí)間中對(duì)應(yīng)故障概率低或中,可見使用時(shí)間短時(shí),故障概率受使用溫度影響較大,使用溫度中對(duì)減小故障概率最有利。

綜上所得邏輯關(guān)系為:使用溫度低導(dǎo)致了故障概率高,而與使用時(shí)間無關(guān);使用溫度高或中與使用時(shí)間中或長都導(dǎo)致故障概率高,但無明顯的確定對(duì)應(yīng)關(guān)系;使用時(shí)間短時(shí),故障概率受使用溫度影響較大,使用溫度中對(duì)減小故障概率最有利。

圖1是該系統(tǒng)中元件x1的故障概率在使用時(shí)間和使用溫度上的分布,這個(gè)分布是通過大量實(shí)際數(shù)據(jù)和算法得到的,可以反映一定的實(shí)際情況。

利用狀態(tài)復(fù)現(xiàn)法和狀態(tài)吸收法可以分析影響因素與目標(biāo)因素之間的邏輯關(guān)系,當(dāng)樣本數(shù)據(jù)較多,而影響因素較少時(shí)狀態(tài)吸收法較為簡單,當(dāng)樣本數(shù)據(jù)不多,影響因素較多時(shí)狀態(tài)復(fù)現(xiàn)法較為簡單,值得注意的是,并不是樣本越多分析效果越好,因?yàn)闃颖驹蕉?,可能涉及到的影響因素越多,如果找不到更多合理的影響因素可能?huì)導(dǎo)致分析結(jié)果矛盾,反之,如果樣本是正確定的,分析的影響因素與目標(biāo)因素邏輯關(guān)系矛盾,那么必將存在未考慮到的重要影響因素,可根據(jù)關(guān)系矛盾特點(diǎn)來反分析得到這個(gè)重要的影響因素。

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