一种基于事件调度的复杂系统可用性分析方法与流程

本发明涉及一种可用性分析方法，具体涉及一种基于事件调度的复杂系统可用性分析方法，属于复杂系统可靠性
技术领域：
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背景技术：
：目前，复杂系统的可靠性和可用性研究是工程领域、试验学以及社会科学研究的重点。研究方法主要有解析方法和仿真方法。解析方法主要采用随机过程理论构建系统的解析模型，很难实现复杂系统的可用度计算；仿真方法可以研究多部件多状态的系统可用性，比较常用的是通过蒙特卡洛仿真方法，但是该方法在计算系统可用度时，当系统部件和状态较多时，容易出现空间爆炸的问题。另一方面，随着可用度的研究越来越受到重视，其商业价值也越来越大，国外研究人员开发了比较成熟的商业软件：Avsim(www.isograph-software.com)、Raptor(www.arinc.com/products/raptor/index.html)以及Blocksim(www.reliasoft.com/Blocksim)，但是商业软件由于其昂贵的成本限制了其使用。技术实现要素：本发明采用基于事件调度的方法，针对复杂系统在运行过程中其状态变量是离散变量的实际情况，通过分析系统结构的拓扑性和部件的故障特性，采用事件调度方法构建复杂系统的可用度仿真模型，从而对系统在目标时间内的可用性进行准确的分析，为实现上述目标，其技术方案如下：步骤一，定义系统和部件的状态变量假设系统由n(n≥2)个部件组成，具有k(k≥2)种状态；假定初始时刻为t0，系统状态向量为X(t0)，第i个部件的状态向量为Xi(t0)，如果第i个部件可用则Xi(t0)＝1，反之Xi(t0)＝0；φ(X(t0))为系统在t0时刻的状态函数，当系统正常运行，所有部件完好时系统的状态φ(X(t0))＝2；当系统正常运行，部分部件不完好时φ(X(t0))＝1；系统不能运行时φ(X(t0))＝0；用ps(t0)表示系统在t0时刻处于s状态的概率，即ps(t0)＝Pr{φ(X(t0))＝s}，s＝0,1,2；s＝0表示系统处于不能运行状态，s＝1表示系统处于正常运行，但部分部件不完好的状态，s＝2表示系统处于正常运行，所有部件完好的状态；确定系统状态为s的概率ps(t0)和置信区间；步骤二，分析部件、系统结构的拓扑特性和故障行为特性(1)根据系统的运行原理和功能特性，绘制系统的可靠性框图；(2)根据系统的可靠性框图结构的拓扑特性，分析部件的独立性和关联性；(3)根据故障树原理系统的最小割集，确定可实现系统功能的最短路；步骤三，设计基于事件调度的仿真流程该方法以事件调度方法为总体框架，在仿真过程中，考虑两种随机事件，分别为部件故障事件和修理事件，基本步骤如下：(1)定义模拟变量：仿真时钟、初始化部件状态向量、初始化系统状态向量、系统的行为参数；(2)利用已知可用信息，确定部件故障时间分布类型、参数和部件的修理时间；(3)确定下一个发生的事件：比如部件失效或者部件修理，并且采集与该事件对应的相关信息：事件类型、事件发生的时间、会受到影响的其它部件；(4)根据上述步骤提供的信息，更新全局时间变量和系统状态变量；(5)如果在仿真时间和下一个时间发生之前没有要观测的事件，则认为系统对应的状态函数φ(X(t0))＞0，否则为零；(6)更新下一个事件的部件状态，如果为部件失效，则产生一个随机的部件修理时间，更新其余部件的故障和维修时间，分解详细的与之有关的故障事件；相反，如果下一个事件为部件修理，则产生一个随机的部件故障时间，更新其余部件的故障和维修时间，并且计算与之相关的修理时间；(7)根据系统的当前状态和结构框图的拓扑特征判断下一个事件是否会影响系统的状态即根据判断系统是否可用的结果，更新系统状态变量和统计变量；(8)更新仿真时钟；(9)重复子步骤(3)～(8)直至满足截止条件，使之完成当前步骤的迭代，一次迭代可以使仿真时钟完成所有的目标时间并达到最终时间；(10)记录当前的迭代变量，系统在每个时间区域内的可用情况，系统的MTTF和MTTR，目标时间区域内系统的失效和修理次数；(11)重复子步骤(1)～(10)多次，直至达到满意的观测效果。优选地，步骤一中确定系统状态为s的概率ps(t0)和置信区间的具体方法为：(1)用随机变量Y(t0)＝φ(X(t0))表示系统在t0时刻的观测值，假设进行m次观测，其值分别为Y1(t0)，Y2(t0)，…，Ym(t0)，根据大数定理(2)根据中心极限定理，当m取值足够大时，置信度为1-α的ps(t0)(s＝0,1,2)，可表示为其中zα是在标准正态分布中置信水平为1-α/2的百分数，qs(t0)＝1-ps(t0)；本发明能够实现多部件、多状态复杂系统的可用性计算，其计算过程逼近于系统的真实过程，反映出系统内各部件之间的关联和影响影响因素和概率特性，主要能够实现以下功能：a)不同目标区间内系统可用性；b)确定关键部件以及其对于提高系统可靠性的影响程度；c)统计系统平均故障时间、系统平均维修时间、失效次数、修理次数和系统利用率。附图说明图1为本发明技术方案示意图；图2为系统在生命周期内的状态变化图；图3为机载通信网络的系统结构图；图4为基于事件调度的仿真流程图。具体实施方式以机载通信网络的可用性分析过程说明本方法的实施过程。步骤(1)：构建发明研究技术方案，如图1所示；步骤(2)：分析系统的状态变化过程，如图2所示；步骤(3)：分析系统的结构和故障行为特性；机载通信由一个传输机、一个接收机和6个调制解调机组成，其组成结构如图3所示。系统中，传输机由SPC1-TRC1-TRC2三部分组成，接收机由SPS1-RCR1-RCR2三部分组成，每个调制解调机由SPS1和RLYC1组成；步骤(4)：统计系统的故障信息和修理信息，其相关信息如表1所示：表1部件故障信息和修理信息步骤(5)：根据系统结构，确定系统的最小路，如表2所示：表2系统的最小路路径编号包含的部件包含的子部件1Tr-Re1-Re3-Re5-Rc1-2-3-4-5-8-9-12-13-16-17-182Tr-Re1-Re3-Re4-Re6-Rc1-2-3-4-5-8-9-10-11-14-15-16-17-183Tr-Re2-Re3-Re5-Rc1-2-3-6-7-8-9-12-13-16-17-184Tr-Re2-Re4-Re5-Rc1-2-3-6-7-8-10-11-12-13-16-17-185Tr-Re1-Re3-Re6-Rc1-2-3-6-7-8-10-11-14-15-16-17-18步骤(6)：设计仿真基本流程，如图4所示，设定算法迭代步骤次数；步骤(7)：根据以上步骤，对系统可用度进行评估；在配置为4.0GRAM，interi3，3.10hz安装windowns7.0的计算机上，采用本发明设计算法，模拟系统运行1000h，系统不同可用度的置信区间间范围如表3所示：表3系统可用性评估由结果分析可知，1)系统的平均故障时间MTTF为8764h以99％的置信度在(8759,8769)区间内；2)关键部件识别，子部件1,2和16是三个最重要的部件，其在迭代过程引起系统故障的概率分别为15.54％、15.51％和15.54％，前两个部件位于传输机中，第三个部件位于接收机中，可见提高其可靠性对提高系统可靠性有重要意义。当前第1页1 2 3