CN105069317A - 一种两态故障树的结构化表示方法 - Google Patents

Abstract

<b>本发明公开了</b>一种两态故障树的结构化表示方法，<b>其特征在于，</b>该方法是01型空间故障树框架内用以系统物理结构反分析的一种结构化表示方法；<b>其包括如下步骤：</b>确定系统的空间故障树结构，划分0,1故障状态的表示范围，绘制图法表示的系统结构化表示方法；<b>本发明可用于</b>表示某个系统的故障状态图。

Description

一种两态故障树的结构化表示方法

技术领域

本发明涉及安全系统工程，特别是涉及表示某个系统的故障状态图。

背景技术

如何能在了解系统组成元件或子系统性能特征，及在这些元件或子系统性能特征下的系统表现出的性能特征，来窥探这些元件或子系统以何种结构组成原系统。或者已知对系统性能有影响的环境因素，如何得到这些因素的状态组合，而使系统工作其中的性能最佳。

上述问题的解决，其实质是如何通过系统对外界一些激励所做出的反映来猜测系统内部的相关结构。这个结构基于目前的研究成果可分成两种。一种是物理（元件）结构，即组成系统的元件或子系统通过何种方式连接；另一种是系统的环境因素结构，即系统工作环境的多个因素的状态或取值范围如何组合，可保证系统处于理想的性能状态。所以解决上述问题是对系统结构的一种反分析。

为了完成这样的系统反分析，借助一定的推理方法来从系统对外界一些激励所做出的反映得到系统的物理结构和因素结构。但这些工作开始之前，应解决如何对系统状态变化与外界激励因素关系的表示方法。

为实现这种表示，提出了01型空间故障树来表示系统的物理结构和因素结构。而01型空间故障树是树状结构难以用于推理，所以提出了两种01型空间故障树的表示方法，即图法。

发明内容

101型空间故障树

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，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。目前SFT产生了两个分支：连续型空间故障树（ContinuousSpaceFaultTree，CSFT）和离散型空间故障树(DiscreteSpaceFaultTree，DSFT)。CSFT更接近于经典故障树，完成了与经典故障树中概念和方法相似的功能，并发展了其特有方法。CSFT是一种知道系统内部结构和元件性质，然后研究系统在外界作用下响应行为的一种“白盒”方法。即从系统内部开始研究，再研究系统对外部响应的方法。相对应，DSFT不需要了解系统内部结构和元件性质，研究基础是系统对外界环境变化所进行的响应特征，相当于“黑盒”方法，数据来源是实际的监测数据（如安全检查，设备维护记录，事故调查）。所以DSFT从系统对外部响应的监测数据入手分析系统可靠性，是从外至内的研究方法。

CSFT从系统内部出发，了解系统在不同环境因素变化过程中，其可靠性变化的特征。从而发现不利于系统可靠性的工作环境范围，进而达到指导生产的目的。DSFT从监测数据中找出工作环境因素与系统可靠性的关系。在不清楚系统内部的具体结构情况下，通过系统对于外界环境因素变化的响应来剖析和窥探系统内部结构。CSFT和DSFT的应用实际上是一个循环，相互提供了数据和结果。

上述研究虽取得了一定的成果，但是对于理想中的从系统外部响应现象得到系统内部结构的途径尚不得而知。这部分研究应属于DSFT范畴内，但就系统反分析而言，其本身就极其复杂。所以单独列出，与CSFT和DSFT并行成为SFT的第三个分支，即系统结构反分析（Inwardanalysisofstructuralsystems，IASS）。这里的“反(Inward)”指从系统外部向系统内部进行的分析。

定义01SFT：空间故障树SFT的基本事件和顶事件的状态只有两种，一种定义为0，另一种则为1。他们可以表示相同对象(元件，因素)的两种状态，状态空间有且对立且只有这两种状态。01SFT介于CSFT和DSFT之间，状态由少数有限多个（指特征函数有有限个间断点）则退化为CSFT，状态有无穷多个（指状态是离散的，无法用特征函数表示）则退化为DSFT。

提出两种01SFT的结构化表示方法，即图法(graphmethod,GM)。GM基于平面图对其进行表示，利用基本的“与，或”关系图进行叠加，描述两个对象之间的关系，不断扩展进而表示整个系统。主要用于对已有的DSFT形成的故障概率空间进行IACSS分析。

201SFT的结构化表示方法

系统结构反分析方法是系统反分析人机认知体的核心，是认知体中数据库向知识库转化的途径。在这种转化之前，构造适合表示系统数据库，并能表示转化推理至知识库的方法是重要的，这里提出了图法

3图法

图法的表示源于考虑到DSFT中各种在多因素影响下形成的空间离散点和曲面。DSFT形成的最终结果在多维因素空间的存在形式都是第1维至第n-1维表示因素维，而最后一维（第N维是系统维）表示所要得到的结果。那么第N维的结果受到第1维至第n-1维因素的影响。

在01SFT中，无论是元件还是因素均只有两个状态，即0,1状态。而第N维的状态0,1受到第1维至第n-1维的n-1个0,1组成的状态集共同影响。那么如何表示上述n-1个因素状态对第n个系统维状态的影响，这里提出图法。

图法是基于二维平面的01SFT表示法。之所以可采用二维平面，是因为01SFT结构可用布尔代数中“与，或”连接表示。而这两个运算均是二元运算，即使有多个参数同时进行与或运算也可拆分成两两运算进行。所以可将运算符两侧的参数至于二维平面内，这样不但表示逻辑运算的方法简单，而且可以无限扩展。

作为最基本的逻辑与或运算，可作为图法中的两个特征图使用，如图1所示。

图1中，X_n和X_n’表示参加运算的两个参数。为了表现故障树的特性，这里用“+”代替“”，用“·”代替“”。“·”表示逻辑与概念，即表示运算符左右两事件同时发生才能达到状态1。“+”表示逻辑或概念，即表示运算符左右两事件只要其一发生才能达到状态1。图中最左边和最下边分别表示参与运算的两个参数。最右边和最上边的交汇处表示该图完成的运算。图中格内数值表示被运算式最终的状态值，这些状态值均源于参加运算的两个参数的状态数值的相应逻辑运算。

附图说明

图1特征图

图2和的图法表示

图3的图法表示

图4的图法表示

图5系统T的图法表示。

具体实施方式

针对系统使用图法进行表示。和是最简单的与运算，其运算结果使用图法表示与图1(a)相同，如图2所示。

图3表示，先计算的表示图，再与进行与运算。这里要注意，由于这时形成的图形已不再是正方形，哪边表示或均可，但是应注意图的清晰和美观。的图法表示如图4所示。的图法表示如图5所示。

综上所述，图法可以表示01SFT的任意结构系统。其图中数值便是DSFT中第N维系统维的状态值。虽然在01SFT中无论是第1维至第n-1维的因素状态值或是系统维状态值均只能为0,1，但是在多状态值情况下，图法表示的基本方式是一样的，只不过其图的扩展速度增加了。所以图法对SFT的表示是可行的，方便的。

Claims (7)

1.一种两态故障树的结构化表示方法，其特征在于，该方法是01型空间故障树框架内用以系统物理结构反分析的一种结构化表示方法；其包括如下步骤：确定系统的空间故障树结构，划分0,1故障状态的表示范围，绘制图法表示的系统结构化表示方法；本发明可用于表示某个系统的故障状态图。

2.空间故障树SFT的基本事件和顶事件的状态只有两种，一种定义为0，另一种则为1，他们可以表示相同元件或因素的两种状态，状态空间有且对立且只有这两种状态。

3.01SFT介于CSFT和DSFT之间，状态由少数有限多个则退化为CSFT，状态有无穷多个则退化为DSFT。

4.根据权利要求1所述的一种结构化表示方法，其特征在于，图法是基于二维平面的01SFT表示法，之所以可采用二维平面，是因为01SFT结构可用布尔代数中“与，或”连接表示；而这两个运算均是二元运算，即使有多个参数同时进行与或运算也可拆分成两两运算进行；所以可将运算符两侧的参数至于二维平面内，这样不但表示逻辑运算的方法简单，而且可以无限扩展。

5.根据权利要求1所述的一种结构化表示方法，其特征在于，图法的表示源于考虑到DSFT中各种在多因素影响下形成的空间离散点和曲面，DSFT形成的最终结果在多维因素空间的存在形式都是第1维至第n-1维表示因素维，而最后一维（第N维是系统维）表示所要得到的结果，那么第N维的结果受到第1维至第n-1维因素的影响。

6.根据权利要求1所述的一种结构化表示方法，其特征在于，在01SFT中，无论是元件还是因素均只有两个状态，即0,1状态，而第N维的状态0,1受到第1维至第n-1维的n-1个0,1组成的状态集共同影响，那么如何表示上述n-1个因素状态对第n个系统维状态的影响，据此提出图法。

7.根据权利要求1所述的一种结构化表示方法，其特征在于，作为最基本的逻辑与或运算，可作为图法中的两个特征图使用，X_n和X_n’表示参加运算的两个参数，为了表现故障树的特性，这里用“+”代替“”，用“·”代替“”；“·”表示逻辑与概念，即表示运算符左右两事件同时发生才能达到状态1；“+”表示逻辑或概念，即表示运算符左右两事件只要其一发生才能达到状态1；图最左边和最下边分别表示参与运算的两个参数；最右边和最上边的交汇处表示该图完成的运算；图中格内数值表示被运算式最终的状态值，这些状态值均源于参加运算的两个参数的状态数值的相应逻辑运算。