[发明专利]一种能表示置信度的结构元化离散型空间故障树方法

说明书

技术领域

本发明涉及安全系统工程，特别是涉及在离散型空间故障树分析时其结果包含离散数据的分布特征和得到特征函数的置信度。

背景技术

为了解系统工作环境因素对系统可靠性的影响程度和趋势，在2012提出了一套空间故障树（SpaceFaultTree，SFT）理论，该理论是经典故障树的继承和发展。包括：连续型空间故障树（ContinuousSpaceFaultTree，CSFT）和离散型空间故障树（DiscreteSpaceFaultTree，DSFT）。

SFT的基本理论认为系统工作于环境之中，由于组成系统的基本事件或物理元件的性质决定了其在不同条件下工作的故障发生概率不同。CSFT形成的现有概念和方法可研究系统自身的特性。从系统的内部构造开始，研究系统对外部工作环境因素变化的响应特征，从而确定随工作环境因素变化的系统可靠性变化。DSFT从系统外部实际监测数据入手，从数据中挖掘出环境变化对系统可靠性的影响。最终构造出可以模仿实际系统响应行为的等效系统或伪系统。DSFT范畴内处理离散数据的方法可分为两类：一是将这些离散数据通过某些方式确定其变化规律，得到相应的特征函数，进而转化成CSFT进行处理。二是直接寻找新的方法进行处理。

目前较方便的方法是第一种DSFT处理方式，将问题转换化到CSFT下处理。关键在于如何在DSFT所处理故障离散数据下，通过某种方法得到连续的特征函数。由于基础数据的离散分布特征，该方法要能反映这些分布特征，并在最终得到的结果中分析这些特征以考察所得结果的置信度。一般的特征函数是连续的，但是无法表示原始数据的分布特征，更无法使这些特征参加运算，保留至最终结果。

针对该问题，在已有的SFT框架下引入模糊结构元理论来结构元化SFT中相关的概念和计算式。使DSFT分析过程具备包含原始离散故障数据分布特征的能力。进而将DSFT问题转化为成熟的CSFT进行处理。

1连续型空间故障树的基本概念

CSFT目前基本构架已经建立。CSFT所处理的数据，即系统中发生基本事件的元件对于工作环境变化导致元件故障变化的规律是已知的，是可以用函数表示的，可以是初等函数，也可以是分段函数。如下简要介绍CSFT形成过程中的相关概念。

给出CSFT建立过程中的例子。该系统由多个二极管组成，二极管的额定工作状态受很多因素影响，其中，主要的是工作时间t和工作温度c。

已定义的概念如下：

1）多维故障树：基本事件的发生概率不是固定的，是由n个因素决定的，这样的故障树称为多维故障树，用表示。由图1的故障树化简得，n=2。

2）基本事件的影响因素：使基本事件发生概率产生变化的因素。例中，t表示时间因素，c表示温度因素。

3）基本事件发生概率的特征函数（简称特征函数）：基本事件在单一因素影响下，随影响因素的变化表现出来的发生概率变化特征的表示函数。可以是初等函数，分段函数等，用表示，i表示第i个元件，表示影响因素。如例中第i个元件的时间特征函数,温度特征函数，其中，为单元故障率；A为温度变化范围。

4）基本事件的发生概率空间分布：基本事件在n个影响因素影响下，随他们的变化在多维空间内表现出来的发生概率的变化。n个影响因素作为相互独立的自变量，基本事件发生概率作为函数值。用表示，即，其中，n为影响因素个数，例中为。

5）顶上事件发生概率空间分布：经过故障树结构化简后得到的顶上事件发生概率的表达式，在n维影响因素变化的情况下，在n+1维空间中表现出来的空间分布。用表示，例中为

6）概率重要度空间分布：第i个基本事件发生概率的变化引起顶上事件发生概率变化的程度,在n维影响因素变化的情况下，在n+1维空间中表现出来的空间分布。用表示，如文中第1个元件的概率重要度空间分布为：。

7）关键重要度空间分布：第i个基本事件发生概率的变化引起顶上事件发生概率的变化率,在n维影响因素变化变化的情况下，在n+1维空间中表现出来的空间分布。用表示，如文中第1个元件的关键重要度空间分布为:

8）顶上事件发生概率空间分布趋势：就顶上事件发生概率空间分布对某一影响因素d求导后得到的针对d的n+1维的空间分布。文中用，对顶上事件发生概率空间分布的时间趋势设定为。

9）事件更换周期：为保证某基本事件在指定影响因素范围内，其基本事件发生概率在其他因素上连续小于某发生概率值，按固定周期更换该基本事件，这个周期即是基本事件更换周期，用表示。为要求的发生概率值。