一種用于系統(tǒng)因素結(jié)構(gòu)反分析的分類推理法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及安全系統(tǒng)工程，特別是涉及了解系統(tǒng)運(yùn)行過程中與可靠性相關(guān)的數(shù) 據(jù)，進(jìn)而分析得到在何種因素組合下將導(dǎo)致系統(tǒng)故障發(fā)生。
【背景技術(shù)】
[0002] 系統(tǒng)工作于環(huán)境之中，環(huán)境因素的變化可能影響到系統(tǒng)的某些工作狀態(tài)。那么哪 些環(huán)境因素條件對(duì)系統(tǒng)有影響作用，環(huán)境因素在什么范圍內(nèi)變化時(shí)對(duì)系統(tǒng)有影響，有什么 樣的影響，這些都是要研究的問題。即如何找到這些因素的某種特定值組合，使系統(tǒng)在這種 環(huán)境因素組合條件下保持一個(gè)理想的狀態(tài)。
[0003] 提出的空間故障樹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)在影響系統(tǒng)狀 態(tài)的工作環(huán)境因素值的不同組合下，其系統(tǒng)狀態(tài)是不一樣的。例如系統(tǒng)工作在不同的溫度， 濕度，氣壓等環(huán)境下，其可靠性可能是不同的。這也是實(shí)際存在的事實(shí)。對(duì)于上述提出的問 題，其實(shí)是在已知環(huán)境因素變化和系統(tǒng)特征響應(yīng)的基礎(chǔ)上對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)結(jié)構(gòu)的一種分析，即 系統(tǒng)因素結(jié)構(gòu)反分析。
[0004] 由于對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的未知，只能從系統(tǒng)對(duì)外界環(huán)境因素變化的相應(yīng)來進(jìn)行研 究。目前對(duì)于相關(guān)研究不多見，卜文紹等的考慮電流動(dòng)態(tài)的無軸承異步電機(jī)解禍控制策略； 李葉林等的雙緩沖腔環(huán)形間隙對(duì)鑿巖機(jī)緩沖系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響;李明輝等的一種新的含 可達(dá)影響因子的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析算法;李明輝等的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析;王輝等的基于多 分辨率分析的模糊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)辨識(shí)算法。但從系統(tǒng)工作環(huán)境因素對(duì)系統(tǒng)等效響應(yīng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分 析尚未出現(xiàn)。
[0005] 提出了在SFT下的系統(tǒng)因素結(jié)構(gòu)反分析框架。其目的在于得到與被分析系統(tǒng)對(duì)工 作環(huán)境因素變化響應(yīng)一致的等效響應(yīng)結(jié)構(gòu)。
[0006] 1連續(xù)型空間故障樹的基本概念 CSFT目前基本構(gòu)架已經(jīng)建立。CSFT所處理的數(shù)據(jù)，即系統(tǒng)中發(fā)生基本事件的元件對(duì)于 工作環(huán)境變化導(dǎo)致元件故障變化的規(guī)律是已知的，是可以用函數(shù)表示的，可以是初等函數(shù)， 也可以是分段函數(shù)。如下簡(jiǎn)要介紹CSFT形成過程中的相關(guān)概念。
[0007] 給出CSFT建立過程中的例子。該系統(tǒng)由多個(gè)二極管組成，二極管的額定工作狀態(tài) 受很多因素影響，其中，主要的是工作時(shí)間t和工作溫度c。
[0008] 已定義的概念如下： 1)多維故障樹:基本事件的發(fā)生概率不是固定的，是由η個(gè)因素決定的，這樣的故障樹 稱為多維故障樹，用Τ表示。由圖1的故障樹化簡(jiǎn)
[0009] 2)基本事件的影響因素:使基本事件發(fā)生概率產(chǎn)生變化的因素。例中，t表示時(shí)間 因素，c表示溫度因素。
[0010] 3)基本事件發(fā)生概率的特征函數(shù)(簡(jiǎn)稱特征函數(shù)）：基本事件在單一因素影響下， 隨影響因素的變化表現(xiàn)出來的發(fā)生概率變化特征的表示函數(shù)?？梢允浅醯群瘮?shù)，分段函數(shù) 等，用:ifif)表示，i表示第i個(gè)元件，表示影響因素。如例中第i個(gè)元件的時(shí)間特征 函數(shù)，溫度特征函數(shù).其中，1為單元故障率;A為溫度變化 范圍。
[0011 ] 4)基本事件的發(fā)生概率空間分布:基本事件在η個(gè)影響因素影響下，隨他們的變化 在多維空間內(nèi)表現(xiàn)出來的發(fā)生概率的變化。η個(gè)影響因素作為相互獨(dú)立的自變量，基本事件
發(fā)生概率作為函數(shù)值。用表示
[0012] 5)頂上事件發(fā)生概率空間分布:經(jīng)過故障樹結(jié)構(gòu)化簡(jiǎn)后得到的頂上事件發(fā)生概率 的表達(dá)式，在η維影響因素變化的情況下，在n + 1維空間中表現(xiàn)出來的空間分布。用 …U表示，例中為
6)概率重要度空間分布:第i個(gè)基本事件發(fā)生概率的變化引起頂上事件發(fā)生概率變化的程度， 在η維影響因素變化的情況下，在n+難空間中表現(xiàn)出來的空間分布。
第1個(gè)元件的概率重要度空間分布為
[0013] 7)關(guān)鍵重要度空間分布:第i個(gè)基本事件發(fā)生概率的變化引起頂上事件發(fā)生概率 的變化率，在η維影響因素變化變化的情況下，在 n+l維空間中表現(xiàn)出來的空間分布。用
表示，如文中第1個(gè)元件的關(guān)鍵重要度空間分布為：
8 )頂上事件發(fā)生概率空間分布趨勢(shì)：就頂上事件發(fā)生概率空間分布 …對(duì)某一影響因素d求導(dǎo)后得到的針對(duì)d的n+l維的空間分布。文中用
，對(duì)頂上事件發(fā)生概率空間分布的時(shí)間趨勢(shì)設(shè)定為
[0014] 9)事件更換周期：為保證某基本事件在指定影響因素范圍內(nèi)，其基本事件發(fā)生概 率在其他因素上連續(xù)小于某發(fā)生概率值，按固定周期更換該基本事件，這個(gè)周期即是基本 事件更換周期，用表示。?為要求的發(fā)生概率值。
[0015] 10)系統(tǒng)更換周期為系統(tǒng)要求的運(yùn)行時(shí)頂上事件發(fā)生概率。系統(tǒng)更換周期是 一套更換方案，該方案保證某系統(tǒng)在指定影響因素范圍內(nèi)，其頂上事件發(fā)生概率在所有因 素上連續(xù)小于某發(fā)生概率值％，而按照一定周期更換基本事件的方案。用.71 s = 表 示。當(dāng)2?5值求和最大時(shí)您即為最優(yōu)更換方案。
[0016] 11)單一基本事件的徑集域與割集域:割集域是單一基本事件發(fā)生(故障）的可能 性大于預(yù)定的或必要的概率的空間區(qū)域(在研究區(qū)域中）。徑集域是單一基本事件發(fā)生(故 障）的可能性小于預(yù)定的或必要的概率的空間區(qū)域(在研究區(qū)域中）。
[0017] 12)系統(tǒng)的徑集域與割集域概念:割集域是頂上事件（系統(tǒng)）發(fā)生(故障）的可能性 大于預(yù)定的或必要的概率的空間區(qū)域(在研究區(qū)域中）。徑集域是頂上事件（系統(tǒng))發(fā)生(故 障）的可能性小于預(yù)定的或必要的概率的空間區(qū)域(在研究區(qū)域中）。域邊界Pb是上述定義 中所述的預(yù)定的或必要的概率等值線或面或更高維形式。
[0018] 上述構(gòu)建了基本的CSFT理論框架，用于分析系統(tǒng)也是在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰的情況下進(jìn) 行的，而分析的角度不是基于系統(tǒng)元件，而是系統(tǒng)工作的外部環(huán)境條件的變化與系統(tǒng)可靠 性的關(guān)系。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019] 1.系統(tǒng)因素結(jié)構(gòu)反分析 首先對(duì)空間故障樹作簡(jiǎn)要論述。為了解系統(tǒng)工作環(huán)境因素對(duì)系統(tǒng)可靠性的影響程度和 趨勢(shì)，提出了一套空間故障樹(Space Fault Tree，SFT)理論，該理論是經(jīng)典故障樹的繼承 和發(fā)展。目前SFT產(chǎn)生了兩個(gè)分支:連續(xù)型空間故障樹(Continuous Space Fault Tree， CSFT)和離散型空間故障樹(Discrete Space Fault Tree，DSFT)<XSFT更接近于經(jīng)典故障 樹，完成了與經(jīng)典故障樹中概念和方法相似的功能，并發(fā)展了其特有方法。CSFT是一種知道 系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和元件性質(zhì)，然后研究系統(tǒng)在外界作用下響應(yīng)行為的一種"白盒"方法。即從 系統(tǒng)內(nèi)部開始研究，再研究系統(tǒng)對(duì)外部響應(yīng)的方法。相對(duì)應(yīng)，DSFT不需要了解系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 和元件性質(zhì)，研究基礎(chǔ)是系統(tǒng)對(duì)外界環(huán)境變化所進(jìn)行的響應(yīng)特征，相當(dāng)于"黑盒"方法，數(shù)據(jù) 來源是實(shí)際的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)(如安全檢查，設(shè)備維護(hù)記錄，事故調(diào)查）。所以DSFT從系統(tǒng)對(duì)外部響 應(yīng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)入手分析系統(tǒng)可靠性，是從外至內(nèi)的研究方法。
[0020] CSFT從系統(tǒng)內(nèi)部出發(fā)，了解系統(tǒng)在不同環(huán)境因素變化過程中，其可靠性變化的特 征。從而發(fā)現(xiàn)不利于系統(tǒng)可靠性的工作環(huán)境范圍，進(jìn)而達(dá)到指導(dǎo)生產(chǎn)的目的。DSFT從監(jiān)測(cè)數(shù) 據(jù)中找出工作環(huán)境因素與系統(tǒng)可靠性的關(guān)系。在不清楚系統(tǒng)內(nèi)部的具體結(jié)構(gòu)情況下，通過 系統(tǒng)對(duì)于外界環(huán)境因素變化的響應(yīng)來剖析和窺探系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)。CSFT和DSFT的應(yīng)用實(shí)際上 是一個(gè)循環(huán)，相互提供了數(shù)據(jù)和結(jié)果。
[0021] 系統(tǒng)因素結(jié)構(gòu)反分析（Inward analysis of factor structural systems， IAFSS)是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)反分析（Inward analysis of structural systems，IASS)的分支之一， 另一分支系統(tǒng)元件結(jié)構(gòu)反分析（Inward analysis of component structural systems , IACSS)〇
[0022] IASS、CSFT和DSFT共同組成了 SFT理論框架。IASS本質(zhì)上屬于DSFT，但就系統(tǒng)反分 析而言，其本身就極其復(fù)雜，所以單獨(dú)列出。IASS試圖從系統(tǒng)對(duì)外界的相應(yīng)來了解系統(tǒng)內(nèi)部 的結(jié)構(gòu)。IACSS主要用于針對(duì)系統(tǒng)組成元件