[发明专利]具有模糊多态特性的可靠性模型的建立及其使用方法

说明书

技术领域

本发明针对工程实际中特定的模糊多态问题，提供了一种可描述和可求解该问题的可靠性分析方法，它属于系统可靠性分析领域中的一种方法，解决了一类复杂系统问题的可靠性模型表达及其使用方法。

背景技术

系统可靠性分析技术是系统可靠性工程的关键，也是转变设计观念、进行系统效能与寿命周期费用优化权衡所必须掌握的技术内容。而系统可靠性模型求解是可靠性分析技术的组成部分，是一种基于可靠性模型利用解析或仿真的手段求算可靠性参数指标的过程。通过可靠性模型求解可以得到系统相关的可靠性指标，为设计人员提供可靠性分析数据，然后根据系统的功能和要求对系统进行评价，为尽早发现系统的设计缺陷和优化设计方法提供一种有效手段。系统可靠性模型求解作为可靠性分析方法的关键环节之一，如何提高求解效率以及易于工程应用受到可靠性分析设计人员的重视。

在现有的可靠性模型求解方法中，通常假设元部件和系统只有正常和故障两种状态，且基础数据是确定和充分的。而事实上，在工程实际中这种理想状态是很少存在的，很多研究人员也意识到此问题，提出了很多的解决方法，比如Dong Yuhua(2005)提出把模糊理论和专家诱导结合估计故障树底事件的概率，ZhuqiMiao(2009)利用直观模糊集计算元部件故障间隔时间。另有一些专家从多态角度出发，Alan P.Wood在1985年拓展了常见的可靠性框图，将串联、并联及表决等概念引入到多态系统中，并提出用多状态可靠性框图对多状态系统进行建模，然后用最小上限集合求解。Xue将离散函数理论应用于多态系统分析，给出了一般的多态故障树建模方法，但仅给出了多态单调关联故障树最大下相关向量的求解算法以及两种顶事件概率计算方法，而且求解异常困难。以上这些方法只是分别从模糊和多态两个角度出发提出解决方法，并且都处于理论阶段，很难应用于工程中。针对以上的问题，本发明提出一种能同时解决模糊和多态的方法，且求解方法面向工程应用，有推广应用的价值。

发明内容

本发明的目的是提供具有模糊多态特性的可靠性模型的建立及其使用方法，得到系统故障的可能性，且用图形化的方法反映元部件和系统之间的故障程度关系，同时提高求解效率、适合工程应用。

本发明是具有模糊多态特性的可靠性模型的建立及其使用方法，该方法首先根据模糊多态的特性对系统进行数学描述，即可靠性模型的建立；然后通过构建模糊专家系统求出系统故障的可能性；最后根据规则三维图分析系统的性能。该方法通过图形化的方式给设计人员直观的展现了元部件和系统故障程度之间的关系，同时极大地提高了求解效率，并有效解决了在缺乏足够数据及多状态情况下的可靠性表达和求解问题，更适合运用于工程实际中。(一)本发明一种具有模糊多态特性的可靠性模型的建立方法，该方法依次按照下述三个阶段进行，如图1所示。

1)提出假设：

建立模糊多态系统的可靠性模型需要对该系统进行一定的假设，具体的假设包括以下4点：

①假设元部件总共有k种状态，在任何给定的时间内只处于一种状态i，1≤i≤k。状态1代表完全正常工作状态，状态k表示完全失效状态，其他中间状态则介于完全正常工作状态和完全失效状态之间；

②元部件的行为是相互独立的，也就是说一个元部件的事件触发并不影响其他元部件；

③元部件属于相应状态模糊集的程度是由领域专家给出；

④每个元部件的各状态之间是相互独立的。

2)定义状态变量

假设系统S有n个元部件且有m种状态，记S_l为系统处于状态l的状态变量，l＝1，2，...，m。x_ij表示元部件i在状态j的状态变量，i＝1，2，...，n，j＝1，2，...，k_i.Φ^l(X)则表示系统处于状态l的结构函数，X＝(x₁，x₂，...，x_n)为元部件状态向量。由于元部件和系统处于何种状态是模糊的，因此x_ij和Φ^l(X)的定义如下：