一种基于动态故障树的设备集成系统可靠性分析方法
【专利摘要】本发明公开了属于设备集成系统的可靠性评估领域一种基于动态故障树的设备集成系统可靠性分析方法，该方包括如下步骤：(1)设备集成系统故障数据的处理；(2)基于本体模型的设备集成系统动态故障树建模；(3)根据动态故障树模型进行可靠性评估：A、动态故障树的模块划分；B、动态子树向马尔科夫链的转化；C、基于马尔科夫过程求解动态子树的故障率；D、根据整体结构函数进行系统可靠度的计算。本发明达到了识别设备集成系统关键部件、量化设备集成系统可靠程度的效果，并且能够适应设备集成系统的动态故障特征。
【专利说明】一种基于动态故障树的设备集成系统可靠性分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于设备集成系统的可靠性评估领域，特别涉及一种基于动态故障树的设 备集成系统可靠性分析方法，具体说是一种应用在高速铁路车辆（塞拉门系统）的实时更 新的可靠性评价方法。
【背景技术】
[0002] 动车组普遍使用的塞拉门系统一般由驱动单元、电控系统、自动踏板、锁闭装置以 及门扇等基本装置组成。主要实现开关门动作、锁闭密封、防挤压的功能。此类功能的设计 是保证旅客人身安全及列车可靠运行的基础。为了确保这些功能的正常实现，设备集成系 统系统在结构设计上充分考虑了冗余、容错性，突出体现在开关门的安全互锁回路，门控器 和执行机构之间功能相关性，锁闭装置主锁和辅助锁故障的顺序相关性和防挤压胶条的热 备用性。
[0003] 在可靠性分析方法的选择方面，由于设备集成系统在结构设计与功能匹配上的冗 余、容错性以及设备故障的优先级等动态特征，传统的故障树分析方法难以描述系统故障 的动态机制。而在故障树基础上改进而来动态故障树分析法具有明显的优势。
[0004] 目前，设备集成系统系统可靠性建模方法主要有FMEA模型，故障树等静态分析方 法。上述方法均没有考虑系统的故障时序及冗余等动态特性，尚未对系统的可靠性做具体 的定量分析。
[0005] 动态故障树（DFT :Dynamic Fault Tree)是指建立在传统故障树基础上的至少包 含一个动态逻辑门的故障树。DFT法综合了故障树分析和马尔科夫Markov链两者的优点， 它通过构建表征故障动态特征的动态逻辑门及其对应的Markov状态转移链进行故障树的 定性分析和定量计算，成为解决具有动态故障特性系统的安全性分析的有效途径。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的提供一种基于动态故障树的设备集成系统可靠性分析方法，其特征 在于，包括如下步骤：
[0007] (1)设备集成系统故障数据的处理：
[0008] 所述设备集成系统的故障发生是随机的，并且故障发生后及时进行更换或修复， 故障率会保持相对稳定，根据列车运行时间内的统计数据，由下式计算部件故障率，
【权利要求】
1. 一种基于动态故障树的设备集成系统可靠性分析方法，其特征在于，包括如下步 骤： (1) 设备集成系统故障数据的处理： 所述设备集成系统的故障发生是随机的，并且故障发生后及时进行更换或修复，故障 率会保持相对稳定，根据列车运行时间内的统计数据，由下式计算部件故障率，
式⑴中， Λη为一列或多列动车组在所统计的走行时间内发生的故障次数； SL为动车组累计走行公里数； m为统计时间内发生故障的列车数； M为统计时间内的列车总数； 其中，所述公式（1)中，以统计时间内发生故障的列车数与为统计时间内的列车总数 之比
作为部件故障率的修正系数； 对部件故障规律进行巴特利特Bartlett检验
Xi为故障前公里数的随机变量； 统计变量是自由度为（r+Ι)的X 2分布； (2) 基于本体的设备集成系统动态故障树建模： A、 对设备集成系统系统按其组成结构逐层分解，形成树状图，零部件构成树上的节 占 . B、 赋予每个节点特定的知识内容，包括定义动态故障树中组成元素的顶事件、底事件 和中间事件，并设定各故障模式的属性； C、 根据故障之间的相互关系建立规则库，下一层零部件的故障能够引发上一层零部件 的故障，并且同层零部件的故障也能够相互影响； D、 选择一个系统故障作为顶事件，以此为分析目标，根据指定的搜索层次，用规则的 后件找前件，逐层搜索规则库，直到找出各自的基本事件为止，这样综合起来就形成了一棵 故障树； (3) 根据模型进行可靠性评估： A、 动态故障树的模块划分； B、 动态子树向马尔科夫链的转化； C、 基于马尔科夫过程求解动态子树的故障率； D、基于整体结构函数和动态子树的故障率，进行基于蒙特卡洛方法的计算。
2. 根据权利要求1所述一种基于动态故障树的设备集成系统可靠性分析方法，其特征 在于，所述步骤（2)的核心是通过抽象事物类型及其关系约束的明确定义，实现复杂认知 知识的规范化描述，本体是一个三元组，即onto = (C, A, R);其中，C为概念集合；A为属性 集合；R为概念之间的关系集合；本体的基本特征为：领域由概念组成，概念具有属性，各个 概念之间存在联系，在图形上表示为一个由节点和有向边组成的网络。
3. 根据权利要求1所述一种基于动态故障树的设备集成系统可靠性分析方法，其特征 在于，所述步骤（3) B进一步包括； B1、从系统初始状态出发，把它作为一个根节点，不断应用规则搜索下一时刻可能故 障的底事件作为子节点； B2、把该子事件作为为父节点，不断搜索下一个故障事件扩展子节点，直到系统故障或 所有底事件都已用尽，于是就产生了一条马尔科夫Markov链； B3、从当前位置向上搜索，回溯到它的父节点； B4、向右搜索新的分支，遇到可扩展的节点再向下进行搜索，找出所有的故障状态。
4. 根据权利要求1所述一种基于动态故障树的设备集成系统可靠性分析方法，其特征 在于，所述步骤（3) C包括： C1、根据动态子树马尔科夫链，描述状态转移矩阵； C2、对状态方程进行拉氏变换； C3、计算系统处于各状态的概率，以故障状态的概率作为动态子树的故障率； 所述步骤（3) D中包括： D1、利用二元决策图（BDD)的方法确定系统的结构函数； D2、采用模块迭代方法进行动态故障树的整体分析。
【文档编号】G06F17/50GK104392072SQ201410768984
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年12月12日 优先权日:2014年12月12日
【发明者】王艳辉, 贾利民, 毕利锋, 林帅, 史浩, 郭磊, 李莉洁, 李曼 申请人:北京交通大学