一种基于二元决策图的复杂系统可靠性高效评估方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于结构识别方法和二元决策图模型高效求解可靠性框图模型的方法。目的和解决的问题是：提升大规模复杂系统可靠性框图模型的建模能力和计算效率。该方法首先识别可靠性框图模型中的基本结构，如串联、并联、表决、和联，并将这些基本结构用一个复杂单元替代，递归调用该方法，最终形成一个具有层次化结构的简单可靠性框图模型；其次，从上到下遍历层次化可靠性框图模型，直至到最底层的模块，将这些模块按照结构类型转换为对应的二元决策图模型，并向上回溯，层层转换，最终形成层次化的二元决策图模型；最后，根据构建的二元决策图模型评估复杂系统的可靠性水平。决策图模型评估复杂系统的可靠性水平。决策图模型评估复杂系统的可靠性水平。

【技术实现步骤摘要】
一种基于二元决策图的复杂系统可靠性高效评估方法
所属

[0001]本专利技术提供了一种大规模复杂系统可靠性框图的高效解算方法。它适用于复杂系统的可靠性评估。本专利技术属于系统可靠性评估


技术介绍

[0002]可靠性框图是一种常用的系统可靠性建模方法，其在航空、航天、船舶及其他诸多领域都有广泛的应用。可靠性框图模型的结构组成有串联、并联、表决、和联。此外，在GJB813
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1900中对原有可靠性框图模型进行了扩展，提出了一种表示多功能系统的任务可靠性的模型，可靠性框图模型表征了系统与部件之间的逻辑关系，因此在得到部件的可靠性后，根据模型结构就可以计算系统的可靠度。
[0003]当前，常用的可靠性框图模型计算方法有基于全概率的方法、基于路集的方法、基于仿真的方法、基于故障树方法、基于二元决策图的方法、基于贝叶斯网络的方法。基于全概率的方法难以应用于大规模系统且难以编程实现；基于路集的方法无法解决和联结构和多功能模型；基于仿真的方法通常无法得到精确的结果且求解所需的时间长；基于故障树的方法是将可靠性框图转换为故障树模型再利用故障树分析方法求解，而当前最高效的故障树分析方法是基于二元决策图的方法。而当前的研究主要是基于二元决策图的方法处理串联、并联和表决系统，并未涉及和联系统，主要原因是和联系统的计算不是简单的逻辑运算，而是依据权重加和，从而无法直接将构成和联系统的单元转换为二元决策图。
[0004]本专利技术基于结构识别方法和二元决策图模型提出一种大规模复杂系统可靠性框图模型高效求解方法。该方法既支持求解包含串并联、表决、和联等结构的可靠性框图模型，又支持求解多功能模型，且求解效率极高，适用于大规模复杂系统的可靠性评估。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种基于结构识别方法和二元决策图模型高效求解可靠性框图模型的方法。目的和解决的问题是：提升大规模复杂系统可靠性框图模型的建模能力和计算效率。该方法首先识别可靠性框图模型中的基本结构，如串联、并联、表决、和联，并将这些基本结构用一个复杂单元替代，递归调用该方法，最终形成一个具有层次化结构的简单可靠性框图模型；其次，从上到下遍历层次化可靠性框图模型，直至到最底层的模块，将这些模块按照结构类型转换为对应的二元决策图模型，并向上回溯，层层转换，最终形成层次化的二元决策图模型；最后，根据构建的二元决策图模型评估复杂系统的可靠性水平。
[0006]本专利技术是一种基于结构识别方法和二元决策图模型的复杂系统可靠性框图模型高效求解方法，主要包含以下三部分：
[0007]第一部分：可靠性框图模型结构识别。
[0008]可靠性框图模型的结构识别是开展大规模复杂系统可靠性框图模型评估的基础，通过结构识别可以得到模型的基本组成模块和层次化的可靠性框图模型。结构识别过程如下：
[0009]步骤1：初始化一个当前位置节点P，其赋值为可靠性框图模型的终点，并初始化一个空列表list，若节点P未被回溯到则转步骤2；否则退出流程，返回结构识别和层次化后的模型；
[0010]步骤2：访问节点P，并判断节点P是否有前驱节点，若无则转步骤3，若有则转步骤4；
[0011]步骤3：判断列表list是否为空，为空，则回溯到转入步骤2之前的步骤；否则，转步骤5；
[0012]步骤4：若节点P的前驱节点的个数等于1，则转步骤6；否则，转步骤7；
[0013]步骤5：遍历列表list中的元素，其元素为栈结构，栈中存储的是遍历可靠性框图模型中压入的模型节点；对每一个栈，取出栈顶元素，若栈顶元素是当前节点P的后继节点且栈顶元素的前驱节点是P，则将整个栈从列表list中移除，并将栈中的节点识别为一个串联结构，然后回溯到转入步骤2之前的步骤；若找不到这样的栈，则回溯到转入步骤2之前的步骤。
[0014]步骤6：若存在与P具有相同前驱的节点，则转步骤8，否则，转步骤9；
[0015]步骤7：判断当前节点的所有前驱节点是否具有共同的前驱节点，若否，则遍历P的前驱节点，转步骤12；若是，转步骤13；
[0016]步骤8：若列表list为空，则回溯；不为空，则遍历列表中的栈结构，并取出栈顶元素，判断栈顶元素与当前节点P是否为前驱后继关系，若是则将节点P压入栈中，并将该栈从list中移除，然后处理栈内元素，完成后，将P赋值为其前驱节点，转步骤2；
[0017]步骤9：若list中存在栈顶元素S与节点P为前驱后继关系的栈，则转步骤10，否则，转步骤11；
[0018]步骤10：将节点P压入栈中，并将P赋值为其前驱节点，然后转步骤2；
[0019]步骤11：新建一个栈，将节点P压入栈中，并将新建的栈添加到list中，将P赋值为P的前驱节点，然后转步骤2；
[0020]步骤12：是否遍历完P的前驱节点，若否，则将从P的未遍历的前驱节点中选择一个前驱节点赋值给P，然后转步骤2；若是，则直接转步骤2；
[0021]步骤13：处理具有相同前驱后继节点的节点集合为一个新的模块，处理流程如下：新建一个虚拟节点V，将P的前驱节点均作为V的孩子节点，并根据节点P与其前驱节点构成的结构类型设置节点V的类型，总共具有“和联”、“表决”和“并联”三种，若P的节点类型为“和联”或“表决”则依据类型设置，否则设置为并联，并重新建立虚拟节点V与节点P的前驱后继关系，以及虚拟节点与P的原来的前驱节点的相继关系；完成后，转步骤2；
[0022]第二部分：层次可靠性框图模型到二元决策图模型的转换。
[0023]二元决策图是可靠性框图模型定量分析的计算工具，因此在构建完层次化的可靠性框图模型后，需要将可靠性框图模型转换为等价的二元决策图模型，主要是自下而上将构成可靠性框图模型的基本结构转换为对应的二元决策图，转换过程包括如下五个步骤：
[0024]步骤1：自上而下遍历层次化的可靠性框图模型，判断当前单元是否已经转换过，若转换过，则回溯，否则，转步骤2；
[0025]步骤2：判断当前单元是否有下层单元，若有，转步骤3，若无，则转步骤4；
[0026]步骤3：转入单元的下层模型，遍历下层模型的单元，作为当前单元，转步骤2，下层
模型中所有节点转换完成后，回溯，转步骤5；
[0027]步骤4：模型单元转化为二元决策图模型中的节点，转化方法是根据单元的状态及可靠度R得到二元决策图节点的状态及其对应的每种状态的概率值，以状态“0”表示单元失效，状态“1”表示单元正常工作，则二元决策图节点的每种状态的概率值如下：
[0028]p(单元状态为0)＝1
‑
R
[0029]p(单元状态为1)＝R
[0030]转换完成后，转步骤3；
[0031]步骤5：根据单元类型按照下述的转换规则生成具有下层模型的可靠性框图单元对应的二元决策图模型，转换完成后，将可靠性框图单元标记为已经转换，转步骤3；
[0032]a)串联结构
[0033]串联结构中的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于结构识别方法和二元决策图模型高效求解可靠性框图模型的方法，其特征在于，具体包含以下两个组成部分：(1)可靠性框图模型结构识别；(2)层次可靠性框图模型到二元决策图模型的转换。2.根据权利要求1所述的一种基于结构识别方法和二元决策图模型高效求解可靠性框图模型的方法，其特征在于，在组成部分(1)中，结构识别过程如下：步骤1：初始化一个当前位置节点P，其赋值为可靠性框图模型的终点，并初始化一个空列表list，若节点P未被回溯到则转步骤2；否则退出流程，返回结构识别和层次化后的模型；步骤2：访问节点P，并判断节点P是否有前驱节点，若无则转步骤3，若有则转步骤4；步骤3：判断列表list是否为空，为空，则回溯到转入步骤2之前的步骤；否则，转步骤5；步骤4：若节点P的前驱节点的个数等于1，则转步骤6；否则，转步骤7；步骤5：遍历列表list中的元素，其元素为栈结构，栈中存储的是遍历可靠性框图模型中压入的模型节点；对每一个栈，取出栈顶元素，若栈顶元素是当前节点P的后继节点且栈顶元素的前驱节点是P，则将整个栈从列表list中移除，并将栈中的节点识别为一个串联结构，然后回溯到转入步骤2之前的步骤；若找不到这样的栈，则回溯到转入步骤2之前的步骤；步骤6：若存在与P具有相同前驱的节点，则转步骤8，否则，转步骤9；步骤7：判断当前节点的所有前驱节点是否具有共同的前驱节点，若否，则遍历P的前驱节点，转步骤12；若是，转步骤13；步骤8：若列表list为空，则回溯；不为空，则遍历列表中的栈结构，并取出栈顶元素，判断栈顶元素与当前节点P是否为前驱后继关系，若是则将节点P压入栈中，并将该栈从list中移除，然后处理栈内元素，完成后，将P赋值为其前驱节点，转步骤2；步骤9：若list中存在栈顶元素S与节点P为前驱后继关系的栈，则转步骤10，否则，转步骤11；步骤10：将节点P压入栈中，并将P赋值为其前驱节点，然后转步骤2；步骤11：新建一个栈，将节点P压入栈中，并将新建的栈添加到list中，将P赋值为P的前驱节点，然后转步骤2；步骤12：是否遍历完P的前驱节点，若否，则将从P的未遍历的前驱节点中选择一个前驱节点赋值给P，然后转步骤2；若是，则直接转步骤2；步骤13：处理具有相同前驱后继节点的节点集合...

【专利技术属性】
技术研发人员：任羿，平雅诗，李志峰，杨德真，孙博，冯强，王自力，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：