一種基于動(dòng)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(píng)估領(lǐng)域一種基于動(dòng)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(dòng)態(tài)故障樹建模；(3)根據(jù)動(dòng)態(tài)故障樹模型進(jìn)行可靠性評(píng)估：A、動(dòng)態(tài)故障樹的模塊劃分；B、動(dòng)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(dòng)態(tài)子樹的故障率；D、根據(jù)整體結(jié)構(gòu)函數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)可靠度的計(jì)算。本發(fā)明達(dá)到了識(shí)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(dòng)態(tài)故障特征。
【專利說明】一種基于動(dòng)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(píng)估領(lǐng)域，特別涉及一種基于動(dòng)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(shí)時(shí)更 新的可靠性評(píng)價(jià)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 動(dòng)車組普遍使用的塞拉門系統(tǒng)一般由驅(qū)動(dòng)單元、電控系統(tǒng)、自動(dòng)踏板、鎖閉裝置以 及門扇等基本裝置組成。主要實(shí)現(xiàn)開關(guān)門動(dòng)作、鎖閉密封、防擠壓的功能。此類功能的設(shè)計(jì) 是保證旅客人身安全及列車可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)。為了確保這些功能的正常實(shí)現(xiàn)，設(shè)備集成系 統(tǒng)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上充分考慮了冗余、容錯(cuò)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(jī)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(jì)與功能匹配上的冗 余、容錯(cuò)性以及設(shè)備故障的優(yōu)先級(jí)等動(dòng)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(dòng)態(tài)機(jī)制。而在故障樹基礎(chǔ)上改進(jìn)而來動(dòng)態(tài)故障樹分析法具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
[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(shí)序及冗余等動(dòng)態(tài)特性，尚未對(duì)系統(tǒng)的可靠性做具體 的定量分析。
[0005] 動(dòng)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(gè)動(dòng)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(diǎn)， 它通過構(gòu)建表征故障動(dòng)態(tài)特征的動(dòng)態(tài)邏輯門及其對(duì)應(yīng)的Markov狀態(tài)轉(zhuǎn)移鏈進(jìn)行故障樹的 定性分析和定量計(jì)算，成為解決具有動(dòng)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(dòng)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(jī)的，并且故障發(fā)生后及時(shí)進(jìn)行更換或修復(fù)， 故障率會(huì)保持相對(duì)穩(wěn)定，根據(jù)列車運(yùn)行時(shí)間內(nèi)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，由下式計(jì)算部件故障率，

【權(quán)利要求】
1. 一種基于動(dòng)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(jī)的，并且故障發(fā)生后及時(shí)進(jìn)行更換或修復(fù)，故障 率會(huì)保持相對(duì)穩(wěn)定，根據(jù)列車運(yùn)行時(shí)間內(nèi)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，由下式計(jì)算部件故障率，
式⑴中， Λη為一列或多列動(dòng)車組在所統(tǒng)計(jì)的走行時(shí)間內(nèi)發(fā)生的故障次數(shù)； SL為動(dòng)車組累計(jì)走行公里數(shù)； m為統(tǒng)計(jì)時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的列車數(shù)； M為統(tǒng)計(jì)時(shí)間內(nèi)的列車總數(shù)； 其中，所述公式（1)中，以統(tǒng)計(jì)時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的列車數(shù)與為統(tǒng)計(jì)時(shí)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(duì)部件故障規(guī)律進(jìn)行巴特利特Bartlett檢驗(yàn)
Xi為故障前公里數(shù)的隨機(jī)變量； 統(tǒng)計(jì)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(dòng)態(tài)故障樹建模： A、 對(duì)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(gè)節(jié)點(diǎn)特定的知識(shí)內(nèi)容，包括定義動(dòng)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(kù)，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(gè)系統(tǒng)故障作為頂事件，以此為分析目標(biāo)，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(kù)，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(jìn)行可靠性評(píng)估： A、 動(dòng)態(tài)故障樹的模塊劃分； B、 動(dòng)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(dòng)態(tài)子樹的故障率； D、基于整體結(jié)構(gòu)函數(shù)和動(dòng)態(tài)子樹的故障率，進(jìn)行基于蒙特卡洛方法的計(jì)算。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于動(dòng)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(shí)現(xiàn)復(fù)雜認(rèn)知 知識(shí)的規(guī)范化描述，本體是一個(gè)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(gè) 概念之間存在聯(lián)系，在圖形上表示為一個(gè)由節(jié)點(diǎn)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(dòng)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(jìn)一步包括； B1、從系統(tǒng)初始狀態(tài)出發(fā)，把它作為一個(gè)根節(jié)點(diǎn)，不斷應(yīng)用規(guī)則搜索下一時(shí)刻可能故 障的底事件作為子節(jié)點(diǎn)； B2、把該子事件作為為父節(jié)點(diǎn)，不斷搜索下一個(gè)故障事件擴(kuò)展子節(jié)點(diǎn)，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(dāng)前位置向上搜索，回溯到它的父節(jié)點(diǎn)； B4、向右搜索新的分支，遇到可擴(kuò)展的節(jié)點(diǎn)再向下進(jìn)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(dòng)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(dòng)態(tài)子樹馬爾科夫鏈，描述狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣； C2、對(duì)狀態(tài)方程進(jìn)行拉氏變換； C3、計(jì)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(dòng)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(jìn)行動(dòng)態(tài)故障樹的整體分析。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK104392072SQ201410768984
【公開日】2015年3月4日 申請(qǐng)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(qǐng)人:北京交通大學(xué)