[发明专利]基于边值多值决策图的多状态系统可靠性评估方法

说明书

本发明公开了一种基于边值多值决策图模型的多状态系统可靠性评估方法。该方法不需要由多值决策图缩减可直接构造边值多值决策图模型，能够有效简化建模过程和降低计算时间成本，适用于系统节点多、状态多的复杂多状态系统可靠性评估。步骤如下：1、根据系统的多状态性能水平，构建系统结构函数；2、基于系统结构函数，直接构造系统的边值多值决策图模型；3、应用简化规则缩减模型规模，提高计算效率；4、根据建立的边值多值决策图模型进行多状态系统的可靠性评估。

所属技术领域

本发明涉及多状态系统的可靠性评估领域。提供了一种用于多状态系统可靠性评估的边值多值决策图模型(Edge-Value Multiple-Valued Decision Diagrams，EVMDDs)构造方法，该方法不需要由多值决策图(Multiple-Valued Decision Diagrams，MDDs)转换可直接生成EVMDDs模型。它适用于系统节点多、状态多的复杂多状态系统可靠性评估。

背景技术

随着现代社会对产品可靠性要求的提高，很多系统通过增加系统单元备份来提高可靠性水平，如计算机服务器系统，通信系统，水、气和电力分配系统。对于这样的系统，当一个单元故障发生时，系统仍可在可接受的或者降级的状态继续工作，体现出多性能状态特性。因此如何表征系统的多性能状态特性逐渐成为可靠性理论研究的重点，表征多状态系统的可靠性模型也层出不穷。

针对多状态系统的可靠性评估，研究人员已经提出了多种多状态系统的可靠性建模和评估方法。其中MDDs模型是从传统的二元决策图(Binary Decision Diagram，BDD)扩展而来的解决多状态系统的有效方法，已经得到了广泛地研究。但是，当系统状态数量较多时，MDDs模型的规模会急剧增长。针对这种情况有学者提出了EVMDDs模型，该模型能够降低MDDs模型的复杂度。

但是目前的EVMDDs模型都是由MDDs模型转换而来，实际应用中仍然需要先构建MDDs模型，对于节点多、状态多的系统构建MDDs模型的过程将特别复杂，这也限制了EVMDDs在实际工程中的应用。本发明研究一种直接构造EVMDDs的方法，不需要先构建MDDs模型直接生成EVMDDs模型，对具有节点数量多、系统状态多的复杂多状态系统分析更加高效。

发明内容

本发明提供了一种不需要从MDDs转换，直接构造EVMDDs进行多状态系统可靠性评估的方法。本发明的目的和解决的问题是：根据系统的结构函数，直接构建多状态系统的EVMDDs模型，评估系统可靠性。该方法首先分析系统结构特征，构建系统的结构函数，并以表格形式表示。之后，根据本发明提出的直接构造EVMDDs的方法，得到多状态系统的可靠性评估模型。构造EVMDDs的核心思想是如何计算EVMDDs边值，系统的状态由从根节点到终端节点的边值之和表示。因此，使用深度优先搜索并假定初始值来获得完整的EVMDDs。当完成一条路径的遍历时，边值之和应等于系统的状态。如果值不相等，则反向更新边值。最后，利用本发明提出的构建方法，对于多状态系统可靠性进行评估。

本发明提出的直接构造EVMDDs的多状态系统可靠性评估方法包含以下四个部分：

第一部分：根据系统的多性能水平状态，构建系统的多值结构函数。

构造多状态系统的结构函数就是构造组件状态与系统状态之间的各种映射。结构函数的表示形式有表格、解析式或算法。为了显示直观，用表格表示多状态系统的结构函数。下面说明结构函数的具体构建步骤：