[发明专利]基于因果网络模型的机电系统安全分析装置及方法

权利要求书

1.一种基于因果网络模型的机电系统安全分析装置，其特征在于，该装置包括：

一故障模式信息库，用于存储故障模式数据结构模型的相关信息；

一安全分析流程模块，用于机电系统安全分析的执行，并对安全分析的工作流程进行管理；

一过程数据管理模块，对安全分析过程中得到的各种中间数据和结果数据进行综合管理；

一安全分析调度模块，负责对其他各个模块进行统一调度，完成安全分析工作，同时将分析结果通过人机交互模块显示出来；

一人机交互模块，用于实现用户和安全分析系统的交互，包括被分析对象的相关信息输入以及分析结果的输出；它能够修改故障模式信息库、过程数据以及安全分析流程；

故障模式信息库、安全分析流程模块、过程数据管理模块分别与安全分析调度模块连接，安全分析调度模块与人机交互模块相连。

2.如权利要求1所述的基于因果网络模型的系统安全分析装置，其特征在于，所述的故障模式信息库中的信息主要包括：故障模式、故障原因、故障影响、发生可能性、严酷度、控制措施；故障模式信息库中各个故障模式之间存在层次性和相关性，任何故障都同系统的某一层次相联系，高层次的故障可由低层次的故障所引起，而低层次的故障必定造成高层次的故障；此外，同一层次级别中的故障之间会发生相互影响，从而造成多个故障的并存；将机电系统的结构或功能逐层分解，同时把机电系统及构成系统的各种结构元素定义为结构单元(SU)，将单元所有可能发生的故障模式(FM)定义为单元固有的属性，建立层级式故障结构关联模型。

3.权利要求1所述的基于因果网络模型的系统安全分析装置的安全分析方法，其特征在于，包括下列步骤：

1)通过FMEA分析获得故障模式的数据结构模型，并存储在故障模式信息库中，该故障模式数据结构模型至少包括故障原因及影响，采用布尔矩阵形式对不同层次级别故障模式之间的因果关系进行描述；

2)选择不同的系统级故障模式作为顶事件，对步骤1)形成的因果关系矩阵进行层级式搜索，构造出相应的故障因果网络模型；故障因果网络模型由过程数据管理模块进行存储；

3)在因果网络模型的基础上进行定性分析，找到故障顶事件相应的最小路集，并对最小路集中故障模式出现的频次进行统计；

4)根据最小路集中故障模式出现的频次、可能性大小以及相应故障顶事件的危害程度，评估出故障模式的重要性；

5)将分析结果通过人机交互模块显示出来。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述的因果网络模型的构造包括如下步骤：

1)确定顶事件集，顶事件来源于设备故障模式库中的系统故障表现；

2)构造故障因果网络模型，确定底事件的发生可能性大小，顶事件集确定后，对每个顶事件构造相应的因果网络模型；对顶事件集的每一个顶事件进行分析，通过搜索与之关联的因果关系矩阵，找出导致每个顶事件的直接原因，即对应该顶事件的中间事件，在确定第一层中间事件后，然后再查找导致第一层中间事件发生的原因，即第二层中间事件，通过这样逐层查找，直到将系统故障的原因定位到最小结构单元，即底事件；

3)根据搜索到的所有故障事件生成因果网络模型。

5.如权利要求3所述方法，其特征在于：在故障因果网络模型的基础上进行定性推理分析是，获得系统故障的最小路集，并对最小路集中故障模式出现的次数进行统计，以最小路集中故障模式出现的频次作为其重要程度的关键指标。

6.如权利要求3所述方法，其特征在于，所述的FMEA分析主要包括：

1)确定系统的结构分解模型，以反映系统结构的分级顺序，分解模型能详细到最小可更换单元；

2)确定系统故障模式的原因及影响，其中故障影响包括对同一层次、高一层次以及最高层次的影响；

3)确定各个故障模式的严酷度、发生可能性大小及相应的预防控制措施。