真空干燥作业燃爆事故树分析的最小割集求取方法技术

本发明专利技术涉及事故树分析领域，特别是在真空干燥作业燃爆事故树分析中一种基于后序遍历事故树的最小割集求取方法。具体包括如下步骤：首先构建真空干燥作业的燃爆事故树，并明确树结构中各个结点的逻辑门、父结点和所有子结点；然后基于后序遍历，按照从左到右、自底向上依次不重复访问树中所有结点；当访问到子树的根节点时，根据当前根节点的逻辑门进行布尔代数运算律的集合变换，以便在计算机中实现布尔代数的符号运算化简；最后实现基于后序遍历事故树求取燃爆事故树的最小割集。已使用Java语言面向对象编程在计算机中实现了该算法。本发明专利技术具有分析计算过程通俗易懂、运行速度快、分析结果准确等优点。

【技术实现步骤摘要】
真空干燥作业燃爆事故树分析的最小割集求取方法
本专利技术涉及事故树分析领域，特别是在真空干燥作业燃爆事故树分析中一种基于后序遍历事故树的最小割集求取方法。
技术介绍
事故树分析法(FaultTreeAnalysis，FTA)是安全系统工程中十分重要的分析评价方法，其最早由美国贝尔电话研究所在研究民兵式导弹发射控制系统中提出，而后逐渐推广应用到机械、电子、交通、化工等多个领域。事故树分析法采用了由原因到结果的逆过程分析，在确定某特定事故或后果(顶上事件)的基础上，通过全面的分析调查，按照演绎分析的原则，逐级分析每层的直接原因直至找到导致事故或后果发生的最根本原因(基本事件)，每层级事件间采用逻辑符号相连以表示事件和原因间的逻辑关系。事故树分析法具有形象直观、逻辑性强、灵活性高、适用范围广等诸多优点，通过该分析方法可找到导致事故发生的直接原因及潜在原因，既可作定性分析也可进行定量计算，克服了传统安全管理体系中仅凭借经验分析生产过程中的安全问题的弊端。在含能材料真空干燥作业中，一般采用事故树分析方法来研究作业中导致燃爆事故的致灾因素，并通过定性和定量分析方法来分析各个基本事件对燃爆事故的影响程度。在采用事故树分析法进行分析的过程中，无论对于定性分析还是定量计算，最小割集和的求取均是一个十分重要的环节，现有的求取最小割集的方法有很多，如Semanderes法、Fussell法以及基于Petri网模型的关联矩阵法等，但这些方法计算过程普遍比较复杂且计算速度慢，在一定程度上影响了事故树分析的效率。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题在于提供一种基于后序遍历事故树并结合布尔代数运算律，用于求取含能材料真空干燥作业燃爆事故树的最小割集的算法，以解决和改善现有最小割集计算方法中计算过程复杂、运行慢等问题。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种真空干燥作业燃爆事故树分析的最小割集求取方法，包括以下步骤：步骤一，构建真空干燥作业燃爆事故树；在含能材料生产领域，真空干燥作业可能发生的最严重事故一般为燃爆事故，以燃爆事故作为顶事件，按照各个事件发生的逻辑关系，构建真空干燥作业燃爆事故树；步骤二，构建事故树的树链表：按照结点分解事故树，运用计算机语言将结点封装为一个类，结点的基本信息、逻辑门类型和子结点作为类的成员变量，声明结点对象后设置所有对象之间的父子关系，可在计算机中构建出事故树的树链表；步骤三，布尔代数运算律的集合变换：结合布尔代数运算律和集合的基本性质，在计算机中构建出一种能够使用基本事件符号进行符号运算的机制，从而实现布尔代数运算；步骤四：基于后序遍历事故树求取最小割集和最小径集：通过后序遍历事故树并结合布尔运算的集合变换，在计算机中实现布尔代数符号运算的机制，实现最小割集和最小径集的快速计算。步骤三中所述的布尔代数运算律的集合变换，具体如下：根据布尔代数运算律，结合集合的基本性质的符号运算机制，所述符号运算机制的描述如下：若有布尔变量：A＝a·b·d+a·cB＝d·f+a·ca，b，c，d，f为布尔变量，{a，b，d}、{a，c}为A的割集，{d，f}、{a，c}为B的割集，在计算机中，可声明两个二维数组分别存放A，B，每个割集为一行，作为一个小集合，因此小集合代表布尔代数中的“与”运算；各个小集合作为元素组合成一个大集合，代表布尔代数中的“或”运算；根据集合中元素的唯一性，小集合中的所有布尔变量均是唯一的，同时，各个小集合也不一致，组成的大集合各元素也是唯一的，且各小集合之间不能有包含关系；若求A·B，即求逻辑“与”运算时，A中的各小集合分别与B中的各小集合求并集，得到另外的小集合作为新大集合的一个元素，这符合布尔代数运算律中的分配律；若大集合中有重复的小集合元素，应删除重复部分；若小集合之间有包含关系，应删除元素较多的小集合，这符合布尔代数运算律中的吸收律；若求A+B，即求逻辑“或”运算时，将B中的各小集合加入到A中，作为A中的元素；同样的，若新合成的大集合中有重复的小集合元素，应删除重复部分；若小集合之间有包含关系，应删除元素较多的小集合；运用上述符号运算机制，可在计算机中实现布尔代数的“与”、“或”运算。步骤四中所述的基于后序遍历事故树求取最小割集算法，具体如下：要实现基于后序遍历树结构求取最小割集算法，应新建函数postorderMinimalCutSet(root)，root为树结点形参，postorderMinimalCutSet(root)的伪代码如下：声明并创建二维动态数组变量lastTreeArray，用于存放前一个子树的布尔运算结果；求事故树的最小径集时，需将各子树根结点的逻辑门进行“与”、“或”互换，并按照上述的方法求最小割集，即可得到原事故树的最小径集。本专利技术与现有技术相比，其显著优点：(1)本申请提供的真空干燥作业燃爆事故树分析的最小割集求取方法，简化了分析计算过程、通俗易懂，便于理解，从而更好地分析真空干燥作业燃爆事故的发生概率；(2)本申请因简化了分析过程，所以运算速度快、分析处理效率高，该方法已通过Java语言的面向对象编程实现，运行耗时在毫秒级。下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。附图说明图1为本专利技术中真空干燥作业事故树分析的最小割集和最小径集求取流程。图2为本专利技术中含能材料真空干燥作业燃爆事故树分析。图3为本专利技术中事故树中结点对象的结构。图4为本专利技术中布尔变量的集合形式。图5为本专利技术中逻辑“与”的集合变换运算机制。图6为本专利技术中逻辑“或”的集合变换运算机制。具体实施方式如图1所示，本专利技术提供了一种真空干燥作业事故树分析的最小割集求取算法，该算法包括步骤1-4。下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明：步骤一，构建真空干燥作业燃爆事故树：在含能材料生产领域，真空干燥作业可能发生的最严重事故一般为燃爆事故，以燃爆事故作为顶事件，按照各个事件发生的逻辑关系，构建真空干燥作业燃爆事故树，如图2所示，图2中符号为“与”门，为“或”门，图2中各个符号的含义见表1。表1含能材料真空干燥作业燃爆事故树符号及代表的事件步骤二，构建事故树的树链表：按照结点分解事故树，运用计算机语言将结点封装为一个类，结点的基本信息、逻辑门类型和子结点作为类的成员变量，声明结点对象后设置所有对象之间的父子关系，可在计算机中构建出事故树的树链表，具体如下：树是一种非线性数据结构，各数据元素之间有明显的层次关系。两个结点之间总是用线连起来，结点的上端结点称为前件，下端结点称为后件。每个结点均只有一个前件，称为父结点，没有前件的结点只有一个，称为树的根。每个结点可有多个后件，称为子结点，没有后件的结点称为叶子结点。在FTA中，结点与后件不是直接连接的，所有后件需要经过逻辑“与”或“或”运算才能得到该结点。因此，可以把逻辑门作为中间结点和根结点的一个属性，同时结合结点的编号、名称和各个后件等，可把结点抽象为一个类，声明该类即可得到结点对象。事故树中结点对象的结构如图3所示，图3中nodeInfo为结点的相关属性，包括逻辑门类型(“与”门或“或”门)、编号和名称；childn为第n个子结点，在计算机内存中，结点对象只存储子结点的内存地址，因此可节省很多内存空间。每个中间结点和其子结点可组成一个子树，事故树由若干子树组合形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种真空干燥作业燃爆事故树分析的最小割集求取方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，构建真空干燥作业燃爆事故树；在含能材料生产领域，真空干燥作业可能发生的最严重事故一般为燃爆事故，以燃爆事故作为顶事件，按照各个事件发生的逻辑关系，构建真空干燥作业燃爆事故树；步骤二，构建事故树的树链表：按照结点分解事故树，运用计算机语言将结点封装为一个类，结点的基本信息、逻辑门类型和子结点作为类的成员变量，声明结点对象后设置所有对象之间的父子关系，可在计算机中构建出事故树的树链表；步骤三，布尔代数运算律的集合变换：结合布尔代数运算律和集合的基本性质，在计算机中构建出一种能够使用基本事件符号进行符号运算的机制，从而实现布尔代数运算；步骤四：基于后序遍历事故树求取最小割集和最小径集：通过后序遍历事故树并结合布尔运算的集合变换，在计算机中实现布尔代数符号运算的机制，实现最小割集和最小径集的快速计算。

【技术特征摘要】
1.一种真空干燥作业燃爆事故树分析的最小割集求取方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，构建真空干燥作业燃爆事故树；在含能材料生产领域，真空干燥作业可能发生的最严重事故一般为燃爆事故，以燃爆事故作为顶事件，按照各个事件发生的逻辑关系，构建真空干燥作业燃爆事故树；步骤二，构建事故树的树链表：按照结点分解事故树，运用计算机语言将结点封装为一个类，结点的基本信息、逻辑门类型和子结点作为类的成员变量，声明结点对象后设置所有对象之间的父子关系，可在计算机中构建出事故树的树链表；步骤三，布尔代数运算律的集合变换：结合布尔代数运算律和集合的基本性质，在计算机中构建出一种能够使用基本事件符号进行符号运算的机制，从而实现布尔代数运算；步骤四：基于后序遍历事故树求取最小割集和最小径集：通过后序遍历事故树并结合布尔运算的集合变换，在计算机中实现布尔代数符号运算的机制，实现最小割集和最小径集的快速计算。2.根据权利要求1所述的真空干燥作业燃爆事故树分析的最小割集求取方法，其特征在于，步骤三中所述的布尔代数运算律的集合变换，具体如下：根据布尔代数运算律，结合集合的基本性质的符号运算机制，所述符号运算机制的描述如下：若有布尔变量：A＝a·b·d+a·cB＝d·f+a·ca，b，c，d，f为布尔变量，{a，b，d}、{a，c}为A的割集，{d，f}、{a，c}为B的割集，在计算机中，可声明两个二维数组分别存放A，B，每个割集为一行，作为一个小集合，因此...

【专利技术属性】
技术研发人员：何中其，王浩，陈网桦，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32