专利名称：具有模糊多态特性的可靠性模型的建立及其使用方法
技术领域：
本发明针对工程实际中特定的模糊多态问题，提供了一种可描述和可求解该问题的可靠性分析方法，它属于系统可靠性分析领域中的一种方法，解决了一类复杂系统 问题的可靠性模型表达及其使用方法。
背景技术：
系统可靠性分析技术是系统可靠性工程的关键，也是转变设计观念、进行系统 效能与寿命周期费用优化权衡所必须掌握的技术内容。而系统可靠性模型求解是可靠性 分析技术的组成部分，是一种基于可靠性模型利用解析或仿真的手段求算可靠性参数指 标的过程。通过可靠性模型求解可以得到系统相关的可靠性指标，为设计人员提供可靠 性分析数据，然后根据系统的功能和要求对系统进行评价，为尽早发现系统的设计缺陷 和优化设计方法提供一种有效手段。系统可靠性模型求解作为可靠性分析方法的关键环 节之一，如何提高求解效率以及易于工程应用受到可靠性分析设计人员的重视。在现有的可靠性模型求解方法中，通常假设元部件和系统只有正常和故障两种 状态，且基础数据是确定和充分的。而事实上，在工程实际中这种理想状态是很少存在 的，很多研究人员也意识到此问题，提出了很多的解决方法，比如Dong Yuhua(2005)提 出把模糊理论和专家诱导结合估计故障树底事件的概率，ZhuqiMiao (2009)利用直观模糊 集计算元部件故障间隔时间。另有一些专家从多态角度出发，AlanRWood在1985年拓 展了常见的可靠性框图，将串联、并联及表决等概念引入到多态系统中，并提出用多状 态可靠性框图对多状态系统进行建模，然后用最小上限集合求解。Xue将离散函数理论 应用于多态系统分析，给出了一般的多态故障树建模方法，但仅给出了多态单调关联故 障树最大下相关向量的求解算法以及两种顶事件概率计算方法，而且求解异常困难。以 上这些方法只是分别从模糊和多态两个角度出发提出解决方法，并且都处于理论阶段， 很难应用于工程中。针对以上的问题，本发明提出一种能同时解决模糊和多态的方法， 且求解方法面向工程应用，有推广应用的价值。
发明内容
本发明的目的是提供具有模糊多态特性的可靠性模型的建立及其使用方法，得 到系统故障的可能性，且用图形化的方法反映元部件和系统之间的故障程度关系，同时 提高求解效率、适合工程应用。本发明是具有模糊多态特性的可靠性模型的建立及其使用方法，该方法首先根 据模糊多态的特性对系统进行数学描述，即可靠性模型的建立；然后通过构建模糊专家 系统求出系统故障的可能性；最后根据规则三维图分析系统的性能。该方法通过图形化 的方式给设计人员直观的展现了元部件和系统故障程度之间的关系，同时极大地提高了 求解效率，并有效解决了在缺乏足够数据及多状态情况下的可靠性表达和求解问题，更 适合运用于工程实际中。(一)本发明一种具有模糊多态特性的可靠性模型的建立方法，该方法依次按照下述三个阶段进行，如
图1所示。1)提出假设建立模糊多态系统的可靠性模型需要对该系统进行一定的假设，具体的假设包 括以下4点①假设元部件总共有k种状态，在任何给定的时间内只处于一种状态i，l k。 状态1代表完全正常工作状态，状态k表示完全失效状态，其他中间状态则介于完全正常 工作状态和完全失效状态之间；②元部件的行为是相互独立的，也就是说一个元部件的事件触发并不影响其他 元部件；③元部件属于相应状态模糊集的程度是由领域专家给出；④每个元部件的各状态之间是相互独立的。2)定义状态变量假设系统S有η个元部件且有m种状态，记S1为系统处于状态1的状态变量，1 = 1，2，…，m。表示元部件i在状态j的状态变量，i = l，2，…，n, j = 1，2，…， Ic1^1(X)则表示系统处于状态1的结构函数，X= (Xl，x2,…，xn)为元部件状态向量。 由于元部件和系统处于何种状态是模糊的，因此和O1(X)的定义如下
权利要求
1. 一种具有模糊多态特性的可靠性模型的建立方法，其特征在于该方法依次按照 下述三个阶段进行1)提出假设建立模糊多态系统的可靠性模型需要对该系统进行一定的假设，具体的假设包括以 下4点①假设元部件总共有1种状态，在任何给定的时间内只处于一种状态/，；状态1代表完全正常工作状态，状态1表示完全失效状态，其他中间状态则介 于完全正常工作状态和完全失效状态之间；②元部件的行为是相互独立的，也就是说一个元部件的事件触发并不影响其他元部件；③元部件属于相应状态模糊集的程度是由领域专家给出；④每个元部件的各状态之间是相互独立的；2)定义状态变量假设系统S有η个元部件且有m种状态，记巧为系统处于状态/的状态变量，/=1, 2,…两； 表示元部件i在状态j的状态变量，/=1,2,·· 凡户 1,2,…无.Oi(X)则表示系统 处于状态/的结构函数，I = O1Ak i^J为元部件状态向量；由于元部件和系统处于何 种状态是模糊的，因此 和W(JT)的定义如下
2. —种具有模糊多态特性的可靠性模型的使用方法，其特征在于该方法依次按照 下述两个阶段进行(1)预测估计具有模糊多态特性的系统故障可能性基于系统的可靠性模型以及相关工具的支持，构建模糊专家系统得到系统故障的可 能性；为了计算系统故障的可能性，通过构建模糊专家系统，在专家系统中执行模糊推 理，最后得到系统故障的可能性；1)指定问题及定义语言变量首先确定问题的输入和输出变量及范围，在具有模糊多态特性系统中，要解决的问 题就是计算系统故障的可靠性；那么针对这样的系统，其语言变量为系统本身和系统中 的所有元部件，输入变量为系统中的所有元部件，输出变量为系统本身；语言值和语言 变量的范围将根据领域专家的意见给出；2)确定模糊集模糊集通常有不同的形状，采用三角形和四边形表达专家的知识；为了便于模糊专 家系统能够平滑地响应，一个关键点就是在相邻的模糊集间保持足够的交叠，领域专家 根据自身的经验给出各元部件的状态隶属函数和系统故障隶属函数；3)构建模糊规则为了构建模糊规则，需要向专家咨询如何使用前面定义过的模糊语言变量来解决问 题；同样的，这些模糊规则也是由领域专家决定，同时领域专家要给出这些规则的权 重；4)执行模糊推理定义模糊集和模糊规则后，要对它们进行编码，建立实际的专家系统，利用数学工 具中的模糊逻辑开发工具(Matlab Fuzzy Logic Toolbox)来建立系统；在该工具中需首先定义每个语言变量的范围及隶属函数，接着输入模糊规则以及规 则的权重，然后确定每个输入变量属于每个合适模糊集的程度，最后得到系统故障的可 能性；5)评估并调试系统通过建立的专家系统，评估模糊系统是否满足指定的要求；通过输入输出系统的三维图观察系统的性能，若专家对系统的性能不满意，通过调节规则执行的权重或增加规 则对专家系统进行调试； (2)分析系统性能通过第二阶段得到系统和元部件之间的故障程度三维图，通过分析这些三维图达到 实现系统性能分析的目的·，通过预测估计系统故障的可能性和分析系统性能，证明具有模糊多态特性的可靠性 模型的使用方法是可行的。
全文摘要
本发明具有模糊多态特性的可靠性模型的建立及其使用方法，分为两部分具有模糊多态特性的可靠性模型的建立方法和具有模糊多态特性的可靠性模型的使用方法。其中第一部分为具有模糊多态特性的可靠性模型的建立方法包括四个阶段针对模糊多态特性提出4点假设，定义系统和元部件的状态变量，接着定义逻辑门，最后描述系统结构函数。第二部分为具有模糊多态特性的可靠性模型的使用方法，包括三个阶段具有模糊多态特性的系统故障可能性，它包括5个步骤指定问题及定义语言变量，确定模糊集，构建模糊规则，执行模糊推理，最后评估并调试系统；分析系统性能；使用方法总结。本方法有效解决了模糊多态、求解效率低的问题，更加适用于工程应用中。
文档编号G06F17/50GK102024084SQ20101059144
公开日2011年4月20日 申请日期2010年12月16日 优先权日2010年12月16日
发明者任羿, 冯强, 孔雷星, 孙博, 曾声奎, 郭健彬, 马纪明 申请人:北京航空航天大学