一种关键单元确定方法、装置和存储介质与流程

本发明涉及系统设计
技术领域：
，尤其涉及一种关键单元确定方法、装置和存储介质。
背景技术：
：可靠性、维修性、安全性等通用质量特性是产品尤其是复杂系统的关键特性，直接影响着系统的稳定、安全运行。然而在实际工作中，上述通用质量特性工作往往受到周期、成本、人力因素的限制，实际工程中可能需要选择系统中的关键单元，开展有针对性的工作。在确定关键单元时，一般要考虑单元功能重要性、故障概率等因素，在系统设计初期常见的关键单元确定方法包括故障模式影响危害性分析(主要采用风险优先数方法)、故障树分析等，其中风险优先数、故障树分析时最常见的两种定量确定方法。风险优先数是一种半定量的风险评估方法，风险优先数值等于该故障模式的严酷等级和故障模式发生概率等级的乘积，风险优先数值越大，则其危害度越大。通过对产品每个故障模式的风险优先数值进行优先排序，确定关键的产品及其故障模式，从而采取有针对性的措施。故障树是一种特殊的倒立树状逻辑因果关系图，它用事件符号、逻辑门符号和转移符号描述是系统中各种时间之间的因果关系。通过故障树可以判明潜在的系统故障模式和灾难性危险因素，发现可靠性和安全性薄弱环节。风险优先数方法实际上将系统假设成了串联结构，因此更适用于基本可靠性的分析。由于风险优先数方法没有考虑系统的逻辑结构，因此无法与系统的任务可靠度挂钩。其次，故障树分析方法虽然可以反映单元的逻辑结构重要度，但缺少对故障发生概率和危害的评价方法，评价因素不够全面。由此可见，上述两种方法均降低了关键单元确定的准确性。技术实现要素：本发明实施例提供一种关键单元确定方法、装置和存储介质，用以提高关键单元确定的准确性。第一方面，提供一种关键单元确定方法，包括：确定系统的任务类型和各任务的发生概率；对所有任务进行剖面分析，确定任务剖面包含的任务阶段和各任务阶段的顶层功能，并将顶层功能分解成底层功能；确定底层功能的任务严酷度；将所有底层功能的故障作为故障树顶事件，根据系统硬件组成，确定底层功能与底层单元的映射矩阵；根据系统功能逻辑，建立底层功能的故障树；确定底事件发生概率；根据底事件发生概率，确定底事件的概率重要度；根据底层功能的任务严酷度、底事件的发生概率和底事件的概率重要度，确定底事件的任务重要度；根据任务重要度排序确定关键单元。在一种实施方式中，按照以下公式确定底事件发生概率：q(t)＝e-λt其中：q表示底事件发生概率；λ表示单元的失效率；t表示工作时间。在一种实施方式中，按照以下公式确定底事件的概率重要度：其中：q(q1,q2,…,qn)为某个故障树顶事件的发生概率；ic(h)表示概率重要度；qh表示第h个底事件故障概率。在一种实施方式中，按照以下公式确定任务重要度：其中：λh为第h个底事件的故障率，若故障符合指数分布，则λh为定值；th,j,k表示第h个底事件在第k个任务第j个阶段中的最大工作时间；ek,j,i表示第k个任务第j个阶段第i个功能故障的影响；pk表示第k个任务的发生概率。第二方面，提供一种关键单元确定装置，包括：第一确定单元，用于确定系统的任务类型和各任务的发生概率；分解单元，用于对所有任务进行剖面分析，确定任务剖面包含的任务阶段和各任务阶段的顶层功能，并将顶层功能分解成底层功能；第二确定单元，用于确定底层功能的任务严酷度；将所有底层功能的故障作为故障树顶事件，根据系统硬件组成，确定底层功能与底层单元的映射矩阵；构建单元，用于根据系统功能逻辑，建立底层功能的故障树；第三确定单元，用于确定底事件发生概率；以及根据底事件发生概率，确定底事件的概率重要度；第四确定单元，用于根据底层功能的任务严酷度、底事件的发生概率和底事件的概率重要度，确定底事件的任务重要度；第五确定单元，用于根据任务重要度排序确定关键单元。在一种实施方式中，所述第三确定单元，具体用于按照以下公式确定底事件发生概率：q(t)＝e-λt其中：q表示底事件发生概率；λ表示单元的失效率；t表示工作时间。在一种实施方式中，所述第三确定单元，具体用于按照以下公式确定底事件的概率重要度：其中：q(q1,q2,…,qn)为某个故障树顶事件的发生概率；ic(h)表示概率重要度；qh表示第h个底事件故障概率。在一种实施方式中，所述第四确定单元，具体用于按照以下公式确定任务重要度：其中：λh为第h个底事件的故障率，若故障符合指数分布，则λh为定值；th,j,k表示第h个底事件在第k个任务第j个阶段中的最大工作时间；ek,j,i表示第k个任务第j个阶段第i个功能故障的影响；pk表示第k个任务的发生概率。第三方面，还提供一种计算装置，所述计算装置包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现上述任一种关键单元确定方法所述的步骤。第四方面，还提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一种关键单元确定方法所述的步骤。采用上述技术方案，本发明至少具有下列优点：本发明所述的关键单元确定方法、装置和存储介质中，考虑了系统逻辑结果，使确定的关键故障更加准确，同时，还增加了对单元故障概率和故障影响，使得对单一故障顶时间的分析方法扩展到了系统的所有功能，增加了关键故障具有的全局重要性，从而提高了关键单元确定的准确性。附图说明图1为根据本发明实施例的关键单元确定方法流程图；图2为根据本发明实施例的故障树顶时间矩阵示意图；图3为根据本发明实施例的系统故障树t-1-2-1总结构示意图；图4根据本发明实施例的系统故障树t-1-2-1第一种分支结构示意图；图5根据本发明实施例的系统故障树t-1-2-1第二种分支结构示意图；图6根据本发明实施例的系统故障树t-1-2-1第三种分支结构示意图；图7为根据本发明实施例的系统故障树t-1-2-1第四种分支结构示意图；图8为根据本发明实施例的关键单元确定装置结构示意图。具体实施方式为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明进行详细说明如后。需要说明的是，本发明实施例中的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。在本文中提及的“多个或者若干个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。如图1所示，其为本发明实施例提供的关键单元确定方法的实施流程示意图，包括以下步骤：s11、确定系统的任务类型和各任务的发生概率。其中，任务类型指系统为实现不同目标需经历的工作过程。步骤一中的各任务的发生概率指不同的任务类型在系统使用过程中发生的次数百分比。s12、对所有任务进行剖面分析，确定任务剖面包含的任务阶段和各任务阶段的顶层功能，并将顶层功能分解成底层功能。其中，任务剖面(以任务g-k表示)指系统在执行某类型任务时所经历的时序过程，时序过程包括系统自身的活动以及系统外部环境的变化。任务阶段(以任务p-j表示)指任务剖面中互相独立的时序部分，单个任务剖面中系统所处的外部环境和实现的功能较为稳定，且应与其他任务剖面包含的环境和功能不同。顶层功能指系统在各个任务阶段为实现目标所需要的直接功能以及起到系统维持作用的辅助功能。底层功能(以功能m-i表示)指对顶层功能进行逐层分解后达到约定的最细化的功能。可根据分析工作量和关键单元的层级，确定底层功能的细化程度。底层功能与任务阶段可形成矩阵关系，如图2所示，一个功能可能在多个任务或多个任务阶段中多次出现，如图2中的系统供电。s13、确定底层功能的任务严酷度。任务严酷度指功能故障对任务完成和系统自身的影响，包含功能与任务的关联性、功能故障对任务执行的影响、对系统硬件的影响、对人员的危害等方面，任务严酷度的参考判据如表1所示。表1任务严酷度包含4个等级，其中1级影响最低，4级影响最高，参考的影响级别如下表所示。不同任务阶段的底层功能的任务严酷度矩阵如表2所示。表2任务g-1阶段p-1阶段p-2阶段p-3阶段p-4功能m-1×3×3功能m-213××功能m-312×4功能m-4×3×4其中×表示该任务阶段不包含某项功能。同一功能在不同阶段的任务影响程度可能不同，如部分功能在任务执行阶段的影响程度明显大于任务执行前后准备阶段的影响。s14、将所有底层功能的故障作为故障树顶事件，根据系统硬件组成，确定底层功能与底层单元的映射矩阵。故障指底层功能应内部硬件问题功能无法实现的事件，步骤四中的故障树顶事件应明确功能故障发生的任务名称、剖面阶段和底功能名称。不同任务-阶段-底层功能组成的故障树顶事件矩阵如图3～图7所示。对于任务中不包含的阶段-底层功能的交叉项可以在矩阵中以×表示，存在的交叉项故障树顶事件以t-k-j-i形式表示，其中k表示任务编号、j表示阶段编号、i表示底层功能编号。硬件组成，指系统按照功能、物理空间等因素逐级分解的各级产品树状关系。本步骤中的底层单元指产品树的最低级别的产品。系统一般可分为系统-分系统-模块-组件-元器件/零件共5个级别，根据后续可靠性、维修性、测试性工作的需要，可自行约定底层单元所处的级别。步骤五中的底层功能与底层单元的映射矩阵指底层功能与底层单元的双向对应关系，形式如表3所示。其中√表示硬件与底层功能相关，×表示硬件与底层功能无关。表3s15、根据系统功能逻辑，建立底层功能的故障树。其中，本步骤中的系统功能逻辑指系统为完成某项功能在单元之间进行信号、物质、能量输入输出的关系，以及各个单元之间的工作关系(如协同、备份、表决等)，利用系统功能逻辑可确定单元之间的串并联关系，进而建立底层功能故障树。故障树的建立方法可参考gjb/z768a-1998故障树分析指南，故障树的底事件仅包含硬件故障，不包含软件故障、外部输入错误引起的故障以及人为因素导致的故障。s16、确定底事件发生概率。本步骤中的底事件的发生概率指单元发生故障的概率。一般假定单元故障符合指数分布，故障概率计算公式为：q(t)＝e-λt其中，q表示底事件发生概率；λ表示单元的失效率，可以从系统可靠性分析报告或可靠性预计报告获得；t表示工作时间，可以根据任务剖面中底层功能涉及的任务阶段(t-j)时间获得。s17、根据底事件发生概率，确定底事件的概率重要度。本步骤中，可以按照以下公式确定底事件的概率重要度：其中：q(q1,q2,…,qn)为某个故障树顶事件的发生概率；ic(h)表示概率重要度，含义为第h个底事件发生概率微小的相对变化导致顶层事件发生概率的相对变化率越高；qh表示第h个底事件故障概率。s18、根据底层功能的任务严酷度、底事件的发生概率和底事件的概率重要度，确定底事件的任务重要度。本步骤中，可以按照以下公式确定任务重要度：其中：λh为第h个底事件的故障率，若故障符合指数分布，则λh为定值；th,j,k表示第h个底事件在第k个任务第j个阶段中的最大工作时间(工作时间可以在时序上取并集)；ek,j,i表示第k个任务第j个阶段第i个功能故障的影响；pk表示第k个任务的发生概率，即步骤s11中确定出的各任务的发生概率。与传统的风险优先数方法进行比较，可以看出ek,j,i对应严重度；λh对应故障概率；表示底事件在故障树中的结构重要度；pk表示不同任务的概率，对应贝叶斯概率求和公式。s19、根据任务重要度排序确定关键单元。本步骤中，将所有单元的任务重要度从大到小排序，任务重要度数值越大的单元对任务成功的影响程度越高，通过给定的关键单元占比，即可确定出所有的关键单元。为了更好地理解本发明实施例，以下以某任务平台系统为例对本发明实施例的具体实施过程进行说明。其中，某任务平台系统用于飞行器的任务管理，主要负责飞行器任务载入和系统管理等工作。现需要确定某信息处理系统的关键单元，以便后续对关键单元开展单独监控。步骤一某任务平台系统安装于飞行器内部，其主要任务类型与飞行器任务类型对应，具体任务类型如表4所示。表4任务名称任务时间任务环境频次概率定期定轨道飞行6小时空中80％单次近距离飞行4小时空中15％单次远距离飞行8小时空中，中间充电5％步骤二某任务平台系统的3个任务包含的任务剖面阶段如表5所示。表5步骤三根据各功能故障的影响，以任务g-3为例任务严酷度矩阵如表6所示。表6步骤四将所有功能故障转化为故障树事件，以任务g-3为例故障树顶事件矩阵如表7所示。表7步骤五某任务平台系统硬件组成如表8所示。底层功能与底层单元的映射矩阵如表9所示。表8底层单元名称数量控制模块1存储模块3数据处理模块16交换模块3直流功率控制盒1集中控制盒1整流电源2时间基准模块1接口模块1表9步骤六根据系统功能逻辑，建立底层功能的故障树。以巡逻警戒任务飞行准备阶段故障t-1-2-1故障树为例，对应的故障树如附图3-附图7所示。为方便分析对所有中间事件和底事件进行编号，编号结果如表10所示。表10步骤七采用历史数据确定所有底事件的发生概率，仍以t-1-2-1故障树为例，其下属底事件的故障率如表11所示。表11t-1-2-1顶事件计算公式为：q(t)＝1-[1-f(x1)][1-f(x2)][1-f(x3)][1-f(x4)][1-f(x5)][1-f(x6)f(x7)][1-f(x7)f(x8)][1-f(x8)f(x6)][1-f(x9)][1-f(xi0)][1-f(x11)][1-f(x12)][1-f(x13)][1-f(x14)][1-f(x15)][1-f(x16)][1-f(x17)][1-f(x18)][1-f(x19)][1-f(x20)][1-f(x21)][1-f(x23)][1-f(x24)][1-f(x25)][1-f(x26)][1-f27][1-f(x28)f(x29)]参考表11，将所有底事件的工作时间统一为0.3h，最终计算得出t-1-2-1故障发生的概率为1.1.3e-4。以x6为例，其相对概率重要度计算公式为：各底事件的相对概率重要度如表12所示。表12底事件编号底层单元名称故障率/h-1相对概率重要度x1信号电缆1.00e-062.64e-03x2控制模块1.09e-042.89e-01x3输电电缆1.00e-062.64e-03x4集中控制盒1.25e-053.30e-02x5直流功率控制盒8.01e-052.12e-01x6交换模块72.11e-057.04e-07x7交换模块82.11e-057.04e-07x8交换模块92.11e-057.04e-07x9数据处理模块16.18e-061.63e-02x10数据处理模块26.18e-061.63e-02x11数据处理模块36.18e-061.63e-02x12数据处理模块46.18e-061.63e-02x13数据处理模块56.18e-061.63e-02x14数据处理模块66.18e-061.63e-02x15数据处理模块76.18e-061.63e-02x16数据处理模块86.18e-061.63e-02x17数据处理模块96.18e-061.63e-02x18数据处理模块106.18e-061.63e-02x19数据处理模块116.18e-061.63e-02x20数据处理模块126.18e-061.63e-02x21数据处理模块136.18e-061.63e-02x22数据处理模块146.18e-061.63e-02x23数据处理模块156.18e-061.63e-02x24数据处理模块166.18e-061.63e-02x25存储模块12.51e-056.64e-02x26存储模块22.51e-056.64e-02x27存储模块32.51e-056.64e-02x28整流电源15.56e-052.45e-06x29整流电源25.56e-052.45e-06步骤八结合底层功能的相对概率重要度、发生概率和任务概率计算底事件的任务重要度，x2底事件的计算过程和所有底事件的任务重要度如表13和表14所示。取前10％的模块作为关键单元，因此选取控制模块和直流功率控制盒作为关键单元。表14底层单元名称任务重要度控制模块2.99e-03直流功率控制盒2.19e-03存储模块16.87e-04存储模块26.87e-04存储模块36.87e-04集中控制盒3.41e-04数据处理模块11.69e-04数据处理模块21.69e-04数据处理模块31.69e-04数据处理模块41.69e-04数据处理模块51.69e-04数据处理模块61.69e-04数据处理模块71.69e-04数据处理模块81.69e-04数据处理模块91.69e-04数据处理模块101.69e-04数据处理模块111.69e-04数据处理模块121.69e-04数据处理模块131.69e-04数据处理模块141.69e-04数据处理模块151.69e-04数据处理模块161.69e-04信号电缆2.73e-05输电电缆2.73e-05整流电源12.53e-08整流电源22.53e-08交换模块77.31e-09交换模块87.31e-09交换模块97.31e-09本发明实施例中，在传统风险优先数的基础上增加了故障树概率重要度，在故障率、影响之外补充了系统逻辑结构的影响，对任务类型进行了概率分解，并利用条件概率公式计算单元故障对所有任务类型的整体影响，从而提高了关键单元确定的准确性。基于相同的技术构思，本发明实施例还提供了一种关键单元确定装置，如图8所示，可以包括：第一确定单元81，用于确定系统的任务类型和各任务的发生概率；分解单元82，用于对所有任务进行剖面分析，确定任务剖面包含的任务阶段和各任务阶段的顶层功能，并将顶层功能分解成底层功能；第二确定单元83，用于确定底层功能的任务严酷度；将所有底层功能的故障作为故障树顶事件，根据系统硬件组成，确定底层功能与底层单元的映射矩阵；构建单元84，用于根据系统功能逻辑，建立底层功能的故障树；第三确定单元85，用于确定底事件发生概率；以及根据底事件发生概率，确定底事件的概率重要度；第四确定单元86，用于根据底层功能的任务严酷度、底事件的发生概率和底事件的概率重要度，确定底事件的任务重要度；第五确定单元87，用于根据任务重要度排序确定关键单元。在一种实施方式中，所述第三确定单元，具体用于按照以下公式确定底事件发生概率：q(t)＝e-λt其中：q表示底事件发生概率；λ表示单元的失效率；t表示工作时间。在一种实施方式中，所述第三确定单元，具体用于按照以下公式确定底事件的概率重要度：其中：q(q1,q2,…,qn)为某个故障树顶事件的发生概率；ic(h)表示概率重要度；qh表示第h个底事件故障概率。在一种实施方式中，所述第四确定单元，具体用于按照以下公式确定任务重要度：其中：λh为第h个底事件的故障率，若故障符合指数分布，则λh为定值；th,j,k表示第h个底事件在第k个任务第j个阶段中的最大工作时间；ek,j,i表示第k个任务第j个阶段第i个功能故障的影响；pk表示第k个任务的发生概率。基于相同的技术构思，本发明实施例还提供了一种计算装置，所述计算装置包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现上述任一种关键单元确定方法所述的步骤。基于相同的技术构思，本发明实施例还提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一种关键单元确定方法所述的步骤。通过具体实施方式的说明，应当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。当前第1页12