一種基于現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)的系統(tǒng)可靠性決策規(guī)則發(fā)掘方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及系統(tǒng)工程，特別是涉及以判斷系統(tǒng)工作狀態(tài)屬于哪種系統(tǒng)可靠性的決 策。
【背景技術(shù)】
[0002] 對(duì)系統(tǒng)可靠性的評(píng)價(jià)一直是安全系統(tǒng)工程的重要研究對(duì)象，只有少數(shù)的簡(jiǎn)單系統(tǒng) 可以使用如事故樹(shù)等方法進(jìn)行定量分析。多數(shù)是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工作人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行的評(píng)判。工 作人員因各種原因，其評(píng)判系統(tǒng)可靠性的環(huán)境不同，造成評(píng)判的模糊性及評(píng)判狀態(tài)的不統(tǒng) 一性。描述了這樣一個(gè)例子，在對(duì)某電器系統(tǒng)安全性進(jìn)行調(diào)研時(shí)，對(duì)一位操作者提出系統(tǒng)安 全性問(wèn)題后的回答：系統(tǒng)在12°C以下多出現(xiàn)故障，工作七八十天后故障較多，系統(tǒng)嚴(yán)重不 穩(wěn)定。對(duì)于這樣的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)描述，如何進(jìn)行有效的處理，如何在多位工作人員各不相同的模 糊表述中發(fā)掘出有效的系統(tǒng)可靠性決策準(zhǔn)則，這研究是很有價(jià)值的。
[0003] 目前，對(duì)于系統(tǒng)可靠性決策研究已有較多，謝紹宇等研究了分割多目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)分析 框架下不同風(fēng)速模擬方法對(duì)電力系統(tǒng)可靠性評(píng)估的影響；張志英等做了基于動(dòng)態(tài)故障樹(shù)的 導(dǎo)彈駕駛儀系統(tǒng)可靠性分析；覃慶努等研究了變環(huán)境變工作條件下電子系統(tǒng)的可靠性評(píng)價(jià) 方法；孫見(jiàn)忠等實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)實(shí)時(shí)性能可靠性評(píng)估的貝葉斯方法；朱康等做了基于發(fā)生函數(shù) 法的反應(yīng)堆凈化系統(tǒng)多狀態(tài)可靠性分析；林曉華等研究了基于免疫優(yōu)化的產(chǎn)品系統(tǒng)可靠性 參數(shù)區(qū)間預(yù)測(cè)方法。但針對(duì)所描述的例子顯然難以解決其可靠性的決策問(wèn)題。這個(gè)例子有 一些特點(diǎn)，第一例子是一個(gè)多因素決策系統(tǒng)；第二因素的表達(dá)是一個(gè)域值，即因素是一個(gè)范 圍；第三基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)源于多個(gè)使用者的經(jīng)驗(yàn)，不同的工作時(shí)間和工作環(huán)境使他們對(duì)系統(tǒng)的 評(píng)價(jià)基礎(chǔ)不同；第四基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是人的一種對(duì)事物的描述，具有模糊性。第五如何知曉這些描 述的置信度，這些描述是否可以相互佐證。
[0004] 因素是分析事物屬性與因果關(guān)聯(lián)的要素。因素空間是以因素命名的坐標(biāo)空間，它 是事物描述的普適性的數(shù)學(xué)框架。是人工智能特別是智能數(shù)據(jù)科學(xué)的基本數(shù)學(xué)理論。
[0005] 因素被數(shù)學(xué)地定義為一種映射。它把一個(gè)對(duì)象（具體事物）映射成為一個(gè)屬性值 (用自然語(yǔ)言中的形容詞來(lái)描述），這種映射稱(chēng)為質(zhì)映射；同時(shí)，也映射成為一個(gè)性態(tài)（用有 限維歐式空間中的實(shí)向量來(lái)表不）這種映射稱(chēng)為量映射。例如，身高是一個(gè)映射，它把一個(gè) 對(duì)象張三映射成性態(tài)'很高'，同時(shí)，也映射成一個(gè)量態(tài)1. 8 (米），如圖1所示。任何事物都 同時(shí)存在著質(zhì)與量的兩種規(guī)定性。從量變到質(zhì)變，量決定質(zhì)。
[0006] 基于這一哲理，我們?cè)O(shè)定這兩種映射共存。因素 f的量映射形成一個(gè)（一維或高 維）坐標(biāo)軸Xf，f的質(zhì)映射所得的屬性值是Xf中的普通或模糊子集。有關(guān)模糊子集的形成 方法由模糊集理論早已解決。
[0007] 因素是分析，是抽象，回到具體，便是認(rèn)識(shí)的分析綜合過(guò)程。如圖所示，把諸因素軸 聯(lián)合起來(lái)，就得到以因素命名的坐標(biāo)架，這就是因素空間。任何事物都可以被看成是因素空 間中的點(diǎn)。數(shù)學(xué)的定義便是以因素 F為指標(biāo)集的一個(gè)集合族。這里F是諸因素所形成的一 個(gè)集合，由于因素與因素之間存在著布爾運(yùn)算，F(xiàn)是一個(gè)布爾代數(shù)，故因素空間被定義成以 布爾代數(shù)為指標(biāo)集的集合族。
[0008] 因素庫(kù)是一種新的數(shù)據(jù)庫(kù)，它是因素空間理論的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)，它對(duì)數(shù)據(jù)的處理采用 一系列的基本表格形式。
[0009] 用因素空間來(lái)研究和處理因素庫(kù)，除了能干凈利落地從其概念分析表進(jìn)行屬性劃 分和概念格的提取外，還有很多更加深入的理論和應(yīng)用，主要研究的表型還有：（1)因素分 析表（定量值域生成定性值域，因素相關(guān)分析，事件因果分析）；（2)加入目標(biāo)因素進(jìn)行優(yōu)化 的多目標(biāo)決策表；（3)加入安全因素進(jìn)行評(píng)估的安全警示表；(4)加入控制因素進(jìn)行調(diào)節(jié)的 穩(wěn)定調(diào)節(jié)表；（5)因素詞典及因素表頭庫(kù)的建立。
[0010] 實(shí)際上，就系統(tǒng)中基本事件（元件）發(fā)生概率而言，其影響因素是很多的。比如電 器系統(tǒng)中的二極管，它的故障概率就與工作時(shí)間的長(zhǎng)短、工作溫度的大小、通過(guò)電流及電壓 等有直接關(guān)系。如果對(duì)這個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行分析，各個(gè)元件的工作時(shí)間和工作適應(yīng)的溫度等可能 都不一樣，隨著系統(tǒng)整體的工作時(shí)間和環(huán)境溫度的改變，系統(tǒng)的故障概率也是不同的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 將經(jīng)典事故樹(shù)擴(kuò)展成多維空間事故樹(shù)，進(jìn)而表示為空間曲面，從而運(yùn)用數(shù)學(xué)方法 對(duì)該曲面進(jìn)行研究。本發(fā)明對(duì)系統(tǒng)故障概率的空間分布曲面進(jìn)行了研究，通過(guò)對(duì)t和c影響 因素的求導(dǎo)，研究了系統(tǒng)故障概率受這兩個(gè)因素影響的程度，即系統(tǒng)故障概率的變化趨勢(shì)。 這種研究在經(jīng)典事故樹(shù)中是無(wú)法完成的，這僅僅是多維空間事故樹(shù)的一個(gè)數(shù)學(xué)應(yīng)用。
[0012] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
[0013] -種基于現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)的系統(tǒng)可靠性決策規(guī)則發(fā)掘方法，其特征在于，該方法適用于 條件屬性為域值的多因素影響系統(tǒng)，從方法處理實(shí)際問(wèn)題的結(jié)果看，在只利用條件屬性集 合與對(duì)象集合的條件下，即可判斷經(jīng)驗(yàn)決策的合理性；其包括如下步驟：構(gòu)建基礎(chǔ)信息決 策表Ψ (T)，計(jì)算S (Xl，Xj，aq)和Θ (U，C，S)，化簡(jiǎn)得Θ '（U，C'，S)，構(gòu)建區(qū)分矩陣Γ ( Ω )和 決策歸納表1 (T)，構(gòu)造決策語(yǔ)義表ρ0-);本發(fā)明可用于可以判斷系統(tǒng)工作狀態(tài)屬于哪種系 統(tǒng)可靠性的決策，并確定了這種決策的置信度。
[0014] 定義1設(shè)系統(tǒng)T = (U, A, C, D)為決策表，U = U1, X2,…，xm}為對(duì)象集合，m為對(duì)象 數(shù)量；C = {a!，a2,…，an}為條件屬性集，η 為條件數(shù)量，aq= a q (Xi) = [aqmin (Xi)，aqmax (Xi)] 屬性是一個(gè)連續(xù)的區(qū)間，1，」6{1，"*，111};9，口￡{1，~，11}，后面定義出現(xiàn)的1;，1」，1; 1，1」1 等都表示U中某一個(gè)對(duì)象，由于出現(xiàn)在同一個(gè)定義里加以區(qū)別，橫X1和縱x ,分別表示在表 中行方向和列方向；D = {山，d2，…dk}，k為決策數(shù)量。
[0015] 定義2構(gòu)建基礎(chǔ)信息決策表ψ⑴表示系統(tǒng)T。表頭集合為{U，C，D}，其 中，C中的屬性a q必須歸一化。設(shè)aq(Xl)的真實(shí)范圍[A，B]，對(duì)于因素 aq的研究范圍 [LL，UL]，LL 彡 A, UL 彡 B，aq議（X1) = (A-LL) AUL-LL)，aq_ (X1) = (B-LL) AUL-LL)。
[0016] 定義3在系統(tǒng)T中，Xi, x.jG U，則定義S(x i, x.j, aq)為x# X .j關(guān)于屬性a q的相似 度，S(Xi, x_j, aq)確定方法如下：
[0017] 當(dāng)i = j時(shí)，S(Xi, Xj, aq) = 1，表示兩個(gè)對(duì)象相同。
[0018] 當(dāng) i 乒 j 時(shí)，比較 a? = Eaqnin(X1), Bqnax(X1)]與 aq (Xj) = Eaqnin(Xj), Bqnax(Xj)] 的相對(duì)覆蓋區(qū)域情況。
[0019] 當(dāng)[aq_ (X1)，aqnax (X1)]與[aq_ (X j)，aqnax (X j)]在數(shù)軸上無(wú)重疊時(shí)，S (X1, X j, aq)= 0,表明兩個(gè)對(duì)象的對(duì)于aq因素根本不相關(guān)。
[0020] 當(dāng) Iiaqmin(Xi), Bqmax(Xi)]與[aqmin(x.j)，aqmax Uj)]在數(shù)軸上有重疊時(shí)，根據(jù)并行因素 對(duì)系統(tǒng)的作用得S(Xl，Xj，a q)如式⑴所示。
「 π Π )
[0021]
[0022] SmiOSS(X11Xpaq)SU
[0023] SUi, Xj, aq)的分子表示了 aq對(duì)于X 土與X j的最小屬性范圍，即aq(Xi)門(mén)a? ;分 母表示了 aq對(duì)于X ;與X郝最大屬性范圍，即a ? U aq(x_j)，覆蓋示意圖如圖1所示。
[0024] 定義4設(shè)相似性表Θ (U，C，S)，表中元素表示\與X j關(guān)于aq的相似性S(Xl，Xj，aq)。
[0025] 定義5相似性閥值f，f為劃分11與x j是否定義為相似的閥值。f的確定一般在 [0. 5, 0. 8]，f太小聚類(lèi)的劃分變得不可靠，f太大劃分聚類(lèi)數(shù)量較多，聚類(lèi)內(nèi)包含的對(duì)象較 少，失去了劃分的意義。
[0026] 定義6設(shè)相