[发明专利]一种多状态多阶段任务系统的故障场景树建模方法

说明书

本申请提供一种多状态多阶段任务系统的故障场景树建模方法，包括：首先，研究故障场景树中故障机理的相关关系，提出各相关关系在故障场景树中的表示方法；其次，研究多状态系统故障场景树的构建方法，建立时间顺序场景树和故障顺序场景树模型；再次，研究多阶段任务系统，由多阶段任务系统的二态情况事件顺序场景树类推建立多阶段任务系统多状态情况下的事件顺序场景树模型；最后，利用Matlab对机理模型和故障场景树模型进行可靠性仿真，并根据需要得到二态系统、多阶段二态系统和多阶段多态系统的仿真结果。本申请所提出的故障场景树能够从逻辑、时间和概率三个维度来表征系统，从而动态的刻画系统故障发生、发展的全过程。

技术领域

本发明属于产品可靠性建模领域，特别涉及一种多状态多阶段任务系统的故障场景树建模方法。

背景技术

在可靠性工程领域，多状态多阶段任务系统普遍存在于现实世界中的重要领域，多状态系统中系统本身及元器件都可以表现出多个性能水平(或状态)，多阶段任务系统必须按顺序完成多个非重叠阶段或操作任务，而且事件的发生顺序是确定的，如果前一阶段出现故障，后一阶段的任务将无法实现。多状态多阶段任务系统同时包含多状态系统和多状态任务系统的特点，该系统的复杂性，增加了可靠性设计与分析的难度，也造成了可靠性预测不准确的问题。

针对多状态多阶段任务系统，由于其复杂度较高，目前相关研究比较有限。我们曾研究过基于BDD的损伤累积线性法则和分层建模方法，但是BDD是一种静态建模方法，难以表征机理的发生顺序和系统中部件的故障顺序。此外，复杂系统的故障场景一般是相当多的，逻辑关联也较为复杂，采用BDD方法需要兼顾每一个部件的不同状态，从而使得对系统末态没有影响的部件会被考虑进去，进而增加模型的复杂度，不便于后续分析。其他的可靠性建模方法，例如动态故障树、Petri网和贝叶斯网络，只能从逻辑和概率两个角度描述系统的故障关系，时间的动态性只能通过在每一个时间点更新模型才能实现。

随着系统复杂度的提高，系统内部故障机理的耦合传播变得愈发复杂，从而提高了系统可靠性建模的难度。故障机理是从物理、化学角度描述产品故障的根本原因，是产品故障的最基本元素。故障行为是描述系统深层次的故障机理，通过相关关系、故障传播等方式，相互影响直至导致系统故障的过程。故障机理相关关系共有五种，包括竞争、触发、促进、抑制和累加。在先前的多状态多阶段任务系统研究中，仅考虑了累加关系，未能研究其他相关关系在多状态多阶段任务系统中的表示方法。然而，以故障机理为底层事件，故障机理相关关系为逻辑主线建立复杂系统的可靠性模型已然成为目前可靠性建模领域的最新方向。

通过对现有技术进行检索和查新，国内外尚没有学者从故障机理相关关系的角度，提出针对多状态多阶段任务系统的可靠性建模方法。

发明内容

本发明的目的在于解决传统建模方法大都依赖于建模人员对系统的了解程度以及自身的经验，较难实现程序替代，或者采用了较多的特殊符号，不便于提取故障场景等问题。提出故障场景树建模方法后能够从逻辑、时间和概率三个维度来表征系统，从而清晰刻画系统故障发生、发展的全过程。故障机理树的建立过程易于程序实现，而且建模本身就是推理故障场景的过程，最终可直接得出系统的故障场景，避免了要从模型中提取故障场景的问题。

本发明公开了一种多状态多阶段任务系统的故障场景树建模方法，具体步骤叙述如下：

步骤一：分析系统各部件的主要故障机理及故障机理相关关系；

具体为三个步骤：首先，对系统的结构和功能进行分析，明确每个阶段的执行顺序和持续时间；然后，分析各阶段系统所处的工作环境和承受的系统载荷，整理出各部分之间的可靠性结构；最后，列出各部分之间的故障机理及故障机理相关关系；

步骤二：采用时间顺序场景树对故障机理层建模；

分为二态系统机理层时间顺序场景树模型和多状态系统机理层时间顺序场景树模型；