用于对技术系统进行建模的方法技术方案

技术编号:21637493 阅读:20 留言:0更新日期:2019-07-17 14:01
本发明专利技术涉及一种用于对具有多个技术组件(101)的技术系统进行建模的方法,包括以下步骤:将组件马尔可夫链(400)分配给每个组件,该组件马尔可夫链(400)具有:马尔可夫链,用于表示相应组件(101)的各种状态;至少一个输入一个故障模式(a,b),用于外部触发从马尔可夫链的一个状态(1,2,3)到马尔可夫链(300)的另一个状态中的转移;以及每个马尔可夫链的至少一个输出故障模式(c,d),用于将故障传播到其他组件(101)。

A Method for Modeling Technical Systems

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于对技术系统进行建模的方法本专利技术涉及一种用于对具有多个技术组件的技术系统进行建模的方法。安全关键系统在嵌入式系统的许多应用领域(诸如航空航天、铁路、卫生保健、汽车和工业自动化)中的重要性持续地增长。因此,连同增长的系统复杂性一起,对安全评估以及其努力的需要也急剧地增加,以在这些应用领域中保证高质量需求。安全评估过程的目标是识别导致危险情况的所有故障并且证明它们的概率是足够低的。在安全关键系统的应用领域中,安全保证过程借助于安全标准来定义。传统上,系统在安全方面的分析由自底向上的安全分析方法(诸如故障模式和效果分析(FMEA))和自顶向下的方法(诸如故障树分析(FTA))组成,以识别故障模式、它们的原因以及对系统安全的影响的效果。在组件故障树(CFT)的情况下,存在用于FTA的基于模型和组件的方法,其支持模块化和组合安全分析策略。故障树元素与它们的开发工件相关,并且可以连同相应的开发工件一起被重用。然而,对于故障树,不存在表达事件的时间序列的概率。相比之下,对于该马尔可夫链是基于状态的分析技术,并且使得能够对具有容错能力的复杂系统进行安全性和可靠性分析。然而,由于模型的大小的指数爆炸和马尔可夫链的缺失的可组合性,马尔可夫链的使用被限制。为了克服这些限制并组合组件故障树和马尔可夫链的优势,需要针对马尔可夫链的组件概念。在该工作中,我们提出了针对马尔可夫链的组件概念,使得以马尔可夫链的形式构建安全工件并将其与系统开发元素(诸如组件)相关联是可能的。因此,这样的组件马尔可夫链元素可以连同相应的开发工件一起被重用。此外,针对类似于组件故障树的马尔可夫链支持模块化和组合安全分析策略。由此,可以构建和分析由组件故障树和马尔可夫链元素的任何组合组成的所谓的混合故障树(hFT)。马尔可夫链可以被集成在故障树中,作为故障树的基本事件的替代。由此,基本事件由马尔可夫链表示。然而,这样的方法被限于具有恰好一个错误状态的马尔可夫链。此外,针对马尔可夫链的现有组件概念只能与特定组件(例如,不从其他组件获得输入的传感器组件)相关联。本专利技术的技术目的是改进多个技术组件的可靠性分析和安全评估过程。该目的通过根据独立权利要求的主题来解决。优选的实施例受制于从属权利要求、说明书或附图。根据第一方面,该目的通过一种用于对具有多个技术组件的技术系统进行建模的方法来解决,所述方法包括以下步骤:将组件马尔可夫链分配给每个组件,该组件马尔可夫链具有:马尔可夫链,用于表示相应组件的各种状态;至少一个输入一个故障模式,用于外部触发从马尔可夫链的一个状态到马尔可夫链的另一个状态中的转移;以及每个马尔可夫链的至少一个输出故障模式,用于将故障传播到其他组件。以这种方式,可以使用分而治之(divide-and-conquer)策略针对包括多个组件的大规模系统实现安全分析建模。一旦建立,马尔可夫链可以连同相关联的技术系统组件一起被重用。在该方法的优选技术实施例中,马尔可夫链包括组件的初始状态以及错误状态的集合。该实施例具有以下技术优势:该组件由健康的初始状态表示,从该初始状态可以发生到错误状态中的转移。在该方法的另外的优选技术实施例中,从一个状态到另一个状态的每个转移由表示组件的故障率或修复率的概率来定义。该实施例具有以下技术优势:可以高效地对组件的故障和修复进行建模。在该方法的另外的优选技术实施例中,该组件包括与组件马尔可夫链的一个或若干个输入故障模式逻辑连接的输入端口。该实施例具有以下技术优势:该组件具有用于与其他外部组件输入耦合的接口。在该方法的另外的优选技术实施例中,该组件包括与组件马尔可夫链的一个或若干个输出故障模式逻辑连接的输出端口。该实施例具有以下技术优势:该组件具有用于与其他外部组件输出耦合的接口。在该方法的另外的优选技术实施例中,一个组件的输出端口与另一个组件的输入端口逻辑连接。该实施例具有以下技术优势:可以高效地对包括多个组件的大规模系统进行建模。在该方法的另外的优选技术实施例中,将组件马尔可夫链变换成用于定性分析的组件故障树元素。该实施例具有以下技术优势:组件马尔可夫链被简化以实现快速定性结果。在该方法的另外的优选技术实施例中,从马尔可夫链的初始状态通过一系列状态到达触发输出故障模式的每个错误状态的概率被相乘。该实施例具有实现快速变换的技术优势。在该方法的另外的优选技术实施例中,如果两个状态之间的转移具有表示故障率的固定概率,则创建基本事件。该实施例具有高效地变换组件马尔可夫链的技术优势。在该方法的另外的优选技术实施例中,否则创建OR门,并且所述转移所依赖的所有输入故障模式都被连接到OR门。该实施例还具有高效地变换组件马尔可夫链的技术优势。在该方法的另外的优选技术实施例中,对于组件马尔可夫链的每个输出故障模式以及对于从组件马尔可夫链的初始状态通向连接到输出故障模式的错误状态的所有不同路径,表示转移的组件故障树元素内的具有连接的输入故障模式的基本事件或OR门通过AND门连接。该实施例还具有高效地变换组件马尔可夫链的技术优势。在该方法的另外的优选技术实施例中,技术组件包括硬件模块或软件模块。该实施例具有可以分析各种组件的技术优势。根据第二方面,该目的通过一种用于对技术系统进行建模的组件马尔可夫链来解决,该组件马尔可夫链包括:马尔可夫链,用于表示组件的各种状态;至少一个输入故障模式,用于外部触发从马尔可夫链的一个状态到马尔可夫链的另一个状态中的转移;以及至少一个输出故障模式,用于将故障传播到其他组件。组件马尔可夫链提供与根据第一方面的方法相同的技术优势。根据第三方面,该目的通过一种技术组件来解决,该技术组件包括用于存储表示组件马尔可夫链的数据结构的存储模块,所述组件马尔可夫链包括:马尔可夫链,用于表示组件的各种状态;至少一个输入故障模式,用于外部触发从马尔可夫链的一个状态到马尔可夫链的另一个状态中的转移;以及至少一个输出故障模式,用于将故障传播到其他组件。该技术组件提供与根据第一方面的方法相同的技术优势。特别地,在建立技术系统时,可以从存储模块检索技术组件的组件马尔可夫链。存储模块可以是非易失性存储设备,比如ROM存储设备或闪存存储设备。根据第四方面,该目的通过可加载到计算机的存储器中的计算机程序来解决,该计算机程序包括软件代码部分,用于当计算机程序在计算机上运行时,执行根据第一方面的方法。计算机可以具有用于数字存储计算机程序的存储器和用于处理存储的计算机程序的处理器。该计算机程序提供与根据第一方面的方法相同的技术优势。在下面描述的附图中图示了系统和方法的实施例:图1示出了经典故障树和组件故障树;图2示出了示例性马尔可夫链;图3示出了示例性组件马尔可夫链;图4示出了示例性混合故障树;以及图5示出了变换成用于定性分析的CFT元素的示例性组件马尔可夫链。图1在左侧示出了经典故障树100,并且在右侧示出了组件故障树200。在树100和200两者中,顶事件或输出事件TE1和TE2被建模。经典故障树100和组件故障树200包括由OR门和AND门表示的布尔公式。基本事件A和In由布尔公式处理成顶事件TE1和TE2。除了也在经典故障树100内建模的布尔公式之外,组件故障树200的模型允许将具体顶事件TE1和TE2与其中可能出现这些故障的组件1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于对具有多个技术组件(101)的技术系统进行建模的方法,包括以下步骤:将组件马尔可夫链(400)分配给每个组件,所述组件马尔可夫链(400)包括:马尔可夫链(300),用于表示相应组件(101)的各种状态;至少一个输入一个故障模式(a,b),用于外部触发从所述马尔可夫链(300)的一个状态(1,2,3)到所述马尔可夫链(300)的另一个状态中的转移;以及每个马尔可夫链(300)的至少一个输出故障模式(c,d),用于将故障传播到其他组件(101)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.06 EP PCT/EP2016/0798521.用于对具有多个技术组件(101)的技术系统进行建模的方法,包括以下步骤:将组件马尔可夫链(400)分配给每个组件,所述组件马尔可夫链(400)包括:马尔可夫链(300),用于表示相应组件(101)的各种状态;至少一个输入一个故障模式(a,b),用于外部触发从所述马尔可夫链(300)的一个状态(1,2,3)到所述马尔可夫链(300)的另一个状态中的转移;以及每个马尔可夫链(300)的至少一个输出故障模式(c,d),用于将故障传播到其他组件(101)。2.根据权利要求1所述的方法,其中所述马尔可夫链(300)包括所述组件(101)的初始状态()以及错误状态的集合()。3.根据权利要求2所述的方法,其中从一个状态()到另一个状态()的每个转移()由表示所述组件(101)的故障率()或修复率()的概率()来定义。4.根据前述权利要求中的一项所述的方法,其中,所述组件(101)包括与所述组件马尔可夫链(400)的一个或若干个输入故障模式(a,b)逻辑连接的输入端口(I3)。5.根据前述权利要求中的一项所述的方法,其中,所述组件(101)包括与所述组件马尔可夫链(400)的一个或若干个输出故障模式(c,d)逻辑连接的输出端口(O2)。6.根据权利要求4和5所述的方法,其中,一个组件(101)的输出端口(ol,o2)与另一个组件的输入端口(i1,i4)逻辑连接。7.根据前述权利要求中的一项所述的方法,其中,将所述组件马尔可夫链(400)变换成用于定性分析的组件故障树元素(600)。8.根据权利要求7所述的方法,其中,从所述马尔可夫链(300)的所述初始状态通过一系列状态到达触发所述输出故障模式的每个错误状态的概...

【专利技术属性】
技术研发人员:M策勒
申请(专利权)人:西门子股份公司
类型:发明
国别省市:德国,DE

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