一種基于動態(tài)故障樹的設(shè)備集成系統(tǒng)可靠性分析方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了屬于設(shè)備集成系統(tǒng)的可靠性評估領(lǐng)域一種基于動態(tài)故障樹的設(shè)備集成系統(tǒng)可靠性分析方法，該方包括如下步驟：(1)設(shè)備集成系統(tǒng)故障數(shù)據(jù)的處理；(2)基于本體模型的設(shè)備集成系統(tǒng)動態(tài)故障樹建模；(3)根據(jù)動態(tài)故障樹模型進行可靠性評估：A、動態(tài)故障樹的模塊劃分；B、動態(tài)子樹向馬爾科夫鏈的轉(zhuǎn)化；C、基于馬爾科夫過程求解動態(tài)子樹的故障率；D、根據(jù)整體結(jié)構(gòu)函數(shù)進行系統(tǒng)可靠度的計算。本發(fā)明達到了識別設(shè)備集成系統(tǒng)關(guān)鍵部件、量化設(shè)備集成系統(tǒng)可靠程度的效果，并且能夠適應(yīng)設(shè)備集成系統(tǒng)的動態(tài)故障特征。
【專利說明】一種基于動態(tài)故障樹的設(shè)備集成系統(tǒng)可靠性分析方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于設(shè)備集成系統(tǒng)的可靠性評估領(lǐng)域，特別涉及一種基于動態(tài)故障樹的設(shè) 備集成系統(tǒng)可靠性分析方法，具體說是一種應(yīng)用在高速鐵路車輛（塞拉門系統(tǒng)）的實時更 新的可靠性評價方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 動車組普遍使用的塞拉門系統(tǒng)一般由驅(qū)動單元、電控系統(tǒng)、自動踏板、鎖閉裝置以 及門扇等基本裝置組成。主要實現(xiàn)開關(guān)門動作、鎖閉密封、防擠壓的功能。此類功能的設(shè)計 是保證旅客人身安全及列車可靠運行的基礎(chǔ)。為了確保這些功能的正常實現(xiàn)，設(shè)備集成系 統(tǒng)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計上充分考慮了冗余、容錯性，突出體現(xiàn)在開關(guān)門的安全互鎖回路，門控器 和執(zhí)行機構(gòu)之間功能相關(guān)性，鎖閉裝置主鎖和輔助鎖故障的順序相關(guān)性和防擠壓膠條的熱 備用性。
[0003] 在可靠性分析方法的選擇方面，由于設(shè)備集成系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計與功能匹配上的冗 余、容錯性以及設(shè)備故障的優(yōu)先級等動態(tài)特征，傳統(tǒng)的故障樹分析方法難以描述系統(tǒng)故障 的動態(tài)機制。而在故障樹基礎(chǔ)上改進而來動態(tài)故障樹分析法具有明顯的優(yōu)勢。
[0004] 目前，設(shè)備集成系統(tǒng)系統(tǒng)可靠性建模方法主要有FMEA模型，故障樹等靜態(tài)分析方 法。上述方法均沒有考慮系統(tǒng)的故障時序及冗余等動態(tài)特性，尚未對系統(tǒng)的可靠性做具體 的定量分析。
[0005] 動態(tài)故障樹（DFT :Dynamic Fault Tree)是指建立在傳統(tǒng)故障樹基礎(chǔ)上的至少包 含一個動態(tài)邏輯門的故障樹。DFT法綜合了故障樹分析和馬爾科夫Markov鏈兩者的優(yōu)點， 它通過構(gòu)建表征故障動態(tài)特征的動態(tài)邏輯門及其對應(yīng)的Markov狀態(tài)轉(zhuǎn)移鏈進行故障樹的 定性分析和定量計算，成為解決具有動態(tài)故障特性系統(tǒng)的安全性分析的有效途徑。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的提供一種基于動態(tài)故障樹的設(shè)備集成系統(tǒng)可靠性分析方法，其特征 在于，包括如下步驟：
[0007] (1)設(shè)備集成系統(tǒng)故障數(shù)據(jù)的處理：
[0008] 所述設(shè)備集成系統(tǒng)的故障發(fā)生是隨機的，并且故障發(fā)生后及時進行更換或修復(fù)， 故障率會保持相對穩(wěn)定，根據(jù)列車運行時間內(nèi)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，由下式計算部件故障率，

【權(quán)利要求】
1. 一種基于動態(tài)故障樹的設(shè)備集成系統(tǒng)可靠性分析方法，其特征在于，包括如下步 驟： (1) 設(shè)備集成系統(tǒng)故障數(shù)據(jù)的處理： 所述設(shè)備集成系統(tǒng)的故障發(fā)生是隨機的，并且故障發(fā)生后及時進行更換或修復(fù)，故障 率會保持相對穩(wěn)定，根據(jù)列車運行時間內(nèi)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，由下式計算部件故障率，
式⑴中， Λη為一列或多列動車組在所統(tǒng)計的走行時間內(nèi)發(fā)生的故障次數(shù)； SL為動車組累計走行公里數(shù)； m為統(tǒng)計時間內(nèi)發(fā)生故障的列車數(shù)； M為統(tǒng)計時間內(nèi)的列車總數(shù)； 其中，所述公式（1)中，以統(tǒng)計時間內(nèi)發(fā)生故障的列車數(shù)與為統(tǒng)計時間內(nèi)的列車總數(shù) 之比
作為部件故障率的修正系數(shù)； 對部件故障規(guī)律進行巴特利特Bartlett檢驗
Xi為故障前公里數(shù)的隨機變量； 統(tǒng)計變量是自由度為（r+Ι)的X 2分布； (2) 基于本體的設(shè)備集成系統(tǒng)動態(tài)故障樹建模： A、 對設(shè)備集成系統(tǒng)系統(tǒng)按其組成結(jié)構(gòu)逐層分解，形成樹狀圖，零部件構(gòu)成樹上的節(jié) 占 . B、 賦予每個節(jié)點特定的知識內(nèi)容，包括定義動態(tài)故障樹中組成元素的頂事件、底事件 和中間事件，并設(shè)定各故障模式的屬性； C、 根據(jù)故障之間的相互關(guān)系建立規(guī)則庫，下一層零部件的故障能夠引發(fā)上一層零部件 的故障，并且同層零部件的故障也能夠相互影響； D、 選擇一個系統(tǒng)故障作為頂事件，以此為分析目標，根據(jù)指定的搜索層次，用規(guī)則的 后件找前件，逐層搜索規(guī)則庫，直到找出各自的基本事件為止，這樣綜合起來就形成了一棵 故障樹； (3) 根據(jù)模型進行可靠性評估： A、 動態(tài)故障樹的模塊劃分； B、 動態(tài)子樹向馬爾科夫鏈的轉(zhuǎn)化； C、 基于馬爾科夫過程求解動態(tài)子樹的故障率； D、基于整體結(jié)構(gòu)函數(shù)和動態(tài)子樹的故障率，進行基于蒙特卡洛方法的計算。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于動態(tài)故障樹的設(shè)備集成系統(tǒng)可靠性分析方法，其特征 在于，所述步驟（2)的核心是通過抽象事物類型及其關(guān)系約束的明確定義，實現(xiàn)復(fù)雜認知 知識的規(guī)范化描述，本體是一個三元組，即onto = (C, A, R);其中，C為概念集合；A為屬性 集合；R為概念之間的關(guān)系集合；本體的基本特征為：領(lǐng)域由概念組成，概念具有屬性，各個 概念之間存在聯(lián)系，在圖形上表示為一個由節(jié)點和有向邊組成的網(wǎng)絡(luò)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于動態(tài)故障樹的設(shè)備集成系統(tǒng)可靠性分析方法，其特征 在于，所述步驟（3) B進一步包括； B1、從系統(tǒng)初始狀態(tài)出發(fā)，把它作為一個根節(jié)點，不斷應(yīng)用規(guī)則搜索下一時刻可能故 障的底事件作為子節(jié)點； B2、把該子事件作為為父節(jié)點，不斷搜索下一個故障事件擴展子節(jié)點，直到系統(tǒng)故障或 所有底事件都已用盡，于是就產(chǎn)生了一條馬爾科夫Markov鏈； B3、從當前位置向上搜索，回溯到它的父節(jié)點； B4、向右搜索新的分支，遇到可擴展的節(jié)點再向下進行搜索，找出所有的故障狀態(tài)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于動態(tài)故障樹的設(shè)備集成系統(tǒng)可靠性分析方法，其特征 在于，所述步驟（3) C包括： C1、根據(jù)動態(tài)子樹馬爾科夫鏈，描述狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣； C2、對狀態(tài)方程進行拉氏變換； C3、計算系統(tǒng)處于各狀態(tài)的概率，以故障狀態(tài)的概率作為動態(tài)子樹的故障率； 所述步驟（3) D中包括： D1、利用二元決策圖（BDD)的方法確定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)函數(shù)； D2、采用模塊迭代方法進行動態(tài)故障樹的整體分析。
【文檔編號】G06F17/50GK104392072SQ201410768984
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月12日
【發(fā)明者】王艷輝, 賈利民, 畢利鋒, 林帥, 史浩, 郭磊, 李莉潔, 李曼 申請人:北京交通大學(xué)