一种自动生成动态故障树模型的方法技术

本发明专利技术提供一种自动生成考虑故障事件时序的动态故障树模型自动生成方法。目的和解决的问题是：实现基于系统的状态机模型自动生成系统的考虑时序的动态故障树模型，保证建立的分析模型能够适用于动态系统的可靠性分析。该方法首先是构建动态系统的状态机模型，包括系统状态机和组成单元的状态机模型；其次，基于系统状态机和单元状态机模型，通过状态机和时序动态故障树的自动转换算法实现层次故障树模型的自动生成；最后，将生成多层次的时序动态故障树模型集成，形成系统的整体故障树模型。型。型。

【技术实现步骤摘要】
一种自动生成动态故障树模型的方法
所属

[0001]本专利技术提供了一种自动生成考虑故障事件时序的故障树模型自动生成方法。它适用于复杂系统的故障树分析模型分析，有助于提高复杂系统的可靠性分析工作的效率。本专利技术属于系统可靠性分析


技术介绍

[0002]故障树分析方法是当前系统可靠性分析中常用的方法，该方法基于演绎逻辑得到导致系统发生故障的全部事件或事件的组合。但是对于复杂系统来说，构建系统的故障树模型是一项耗时且易出错的工作，因此有许多学者研究自动生成故障树模型的方法。这些方法主要是基于高级的形式化描述语言或模型构建系统模型，构建高级形式化模型建模元素与故障树模型建模元素的映射关系，并通过模型的转换算法，实现故障树模型的自动生成。这些生成方法主要是将系统模型转换为静态故障树模型，转换后的静态故障树模型无法描述系统的时序失效场景，包括故障事件按一定顺序发生才能引致系统故障发生的场景、单元存在备份单元的场景。因此，为了更准确的评估动态系统的可靠性水平，需要自动构建能够表示动态行为的动态故障树模型。
[0003]本专利技术提出了一种基于状态机模型自动生成考虑故障时序的动态故障树模型生成方法。该方法基于系统的状态机模型，实现了状态机模型自动生成动态故障树模型的目的，解决了动态系统可靠性分析过程中建立的静态故障树模型难以准确评估系统可靠性的问题，可以提升动态系统可靠性分析能力。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种自动生成考虑故障事件时序的动态故障树模型自动生成方法。目的和解决的问题是：实现基于系统的状态机模型自动生成系统的考虑时序的动态故障树模型，保证建立的分析模型能够适用于动态系统的可靠性分析。该方法首先是构建动态系统的状态机模型，包括系统状态机和组成单元的状态机模型；其次，基于系统状态机和单元状态机模型，通过状态机和时序动态故障树的自动转换算法实现层次故障树模型的自动生成；最后，将生成多层次的时序动态故障树模型集成，形成系统的整体故障树模型。
[0005]本专利技术是一种自动生成考虑故障事件时序的动态故障树模型自动生成方法，包含以下三部分：
[0006]第一部分：系统及组成单元的状态机模型构建。
[0007]步骤1：建立系统的状态机模型；根据系统的工作原理，确定系统的状态节点，明确导致状态变化的各种事件，并建立状态间的连接关系。
[0008]步骤2：建立系统组成单元的状态机模型；根据各单元的工作原理，确定单元的状态，明确单元状态变化的各种事件，并确定单元失效后，对应发生的事件，以及该事件的发生对其他单元的状态的影响。
[0009]步骤3：建立系统及组成单元的状态机模型间的关联。确定各单元失效后对应的事
件在其关联的状态机模型中边，保证在不同的状态机模型中这些事件一致。
[0010]第二部分：状态机模型自动生成故障树模型。
[0011]状态机模型自动生成故障树模型流程主要包括如下步骤：
[0012]步骤1：获取状态机中由起始状态s0到失效状态s的全部的路径Ps，表示为令n＝|Ps|，表示从状态s0到失效状态s的路径数，令π
i
表示构成集合Ps中的第i条路径，则有1≤i≤n；
[0013]步骤2：令m＝|π
i
|表示构成路径π
i
的事件数，令表示路径π
i
，其中S
ij
∈S，e
ij
∈q∑，1≤j≤m，s
i0
＝s，s
im
＝s0，则有
[0014]步骤3：令表示由起始状态到失效状态的全部路集和；
[0015]步骤4：遍历中状态有等于或大于2个分支的节点s
ij
，令e＝e
ij
；
[0016]步骤5：遍历节点s
ij
关联的除e
ij
外的全部事件，令其为e
′
，其对应的下一个状态为t，则有
[0017]步骤6：判断e
′
是否属于集合{e
i(j
‑
1)
，e
i(j
‑
2)
，
…
，e
i1
}或存在一个事件y属于集合{e
ij
，e
i(j
‑
1)
，e
i(j
‑
2)
，
…
，e
i1
}且其是另一个从状态t经过的路径上的事件，若是，则令e＝e|e
′
，然后，转步骤5，若否，则跳过，转步骤5；
[0018]步骤7：将φ
s
中的e
ij
用e替换，转步骤4；
[0019]步骤8：遍历完成后返回φ
s
；
[0020]第三部分：各层级故障树模型集成。
[0021]故障树的集成流程包含四个步骤：
[0022]步骤1：遍历在第二部分生成的系统级的初步故障树集合
[0023]步骤2：遍历中的每一个非基本事件η，如果存在SM
i
输出失效事件为η，则将SM
i
中的失效状态对应的故障树模型用“或门”连接起来形成一个集成的故障树；
[0024]步骤3：将集成后的故障树模型替换中的事件η；
[0025]步骤4：递归替换集成的故障树模型中的非基本事件，重复步骤2和3，直至生成系统的故障树模型即可。
附图说明
[0026]图1自动生成动态故障树模型的流程图
[0027]图2主备份系统的功能示意图
[0028]图3系统的状态机模型图
[0029]图4单元A的状态机模型图
[0030]图5单元S的状态机模型图
[0031]图6单元B的状态机模型图
[0032]图7系统状态机模型生成的故障树模型
[0033]图8单元A状态机模型生成的故障树模型
[0034]图9单元S状态机模型生成的故障树模型
[0035]图10单元B状态机模型生成的故障树模型
[0036]图11集成的系统故障树模型
具体实施方式
[0037]实施方式说明：一种自动生成考虑故障事件时序的动态故障树模型自动生成方法，该方法的完整流程如图1所示，具体实施方式说明如下：
[0038]如图2所示的是一个备份冗余系统，单元A是系统的主单元，单元B是单元A的备份，单元S是监控传感器，当其监测到单元A故障后，就启动单元B开始工作，符号I表示系统的输入，Out表示系统输出，当单元A和单元B中至少有一个工作时，Out正常输出。
[0039]根据系统的功能原理，可以构建如图3所示系统的状态机模型，系统的状态分为工作和失效，O
‑
I和O
‑
B事件的发生都会导致系统失效。
[0040]同理，可以得到单元A的状态及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自动生成动态故障树模型的方法，其特征在于，包含以下三个组成部分：(1)系统及组成单元的状态机模型构建(2)状态机模型自动生成故障树模型；(3)各层级故障树模型集成。2.根据权利要求1所述的一种自动生成动态故障树模型的方法，其特征在于在组成部分(1)中，系统及组成单元的状态机模型构建包括如下三个步骤：步骤1：建立系统的状态机模型；根据系统的工作原理，确定系统的状态节点，明确导致状态变化的各种事件，并建立状态间的连接关系；步骤2：建立系统组成单元的状态机模型；根据各单元的工作原理，确定单元的状态，明确单元状态变化的各种事件，并确定单元失效后，对应发生的事件，以及该事件的发生对其他单元的状态的影响；步骤3：建立系统及组成单元的状态机模型间的关联，确定各单元失效后对应的事件在其关联的状态机模型中边，保证在不同的状态机模型中这些事件一致。3.根据权利要求1所述的一种自动生成动态故障树模型的方法，其特征在于，在组成部分(2)中状态机模型自动生成故障树模型流程包括如下八个步骤：步骤1：获取状态机中由起始状态s0到失效状态s的全部的路径P
s
，表示为令n＝|Ps|,表示从状态s0到失效状态s的路径数，令π
i
表示构成集合Ps中的第i条路径，则有1≤i≤n；步骤2：令m＝|π
i
|表示构成路径π
i
的事件数，令表示路径π
i
，其中S
ij
∈S，e
ij
∈∑，1≤j≤m，s
i0
＝s，s
im
＝s0，则有步骤3：令表示由起始状态到失效状态的全部路集和；步骤4：遍历中状态有等于或大于2个分支的节点s
ij
，令e＝e

【专利技术属性】
技术研发人员：李志峰，任羿，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：