[发明专利]一种基于模型检测技术的复杂机电系统可靠性评估方法

说明书

本发明公开了一种基于模型检测技术的复杂机电系统可靠性评估方法，通过对复杂机电系统进行可靠性分析形式化建模以及可靠性要求的形式化表达，利用模型检测工具由计算机自动判断系统是否满足预期设定的可靠性指标并且求解系统可靠度以及各种故障模式发生的概率。该方法克服了传统机电系统可靠性评价方法建模、评估过程复杂的缺点，提高了复杂机电系统可靠性评估的效率和准确性。

【技术领域】

本发明属于机电系统领域，特别涉及一种复杂机电系统可靠性评估方法。

【背景技术】

目前国内外在复杂机电系统可靠性评估中最为常用的方法是故障树(FTA)分析方法以及失效模式和效应(FMEA)分析方法。但值得注意的是：1)FMEA需要分析基本单元(系统元件)失效模式可能导致的系统故障(潜在故障)，但这一分析过程是定性的、借助领域专家的经验完成的，不仅容易出错，而且对由大量元件组成的复杂机电系统显得非常繁琐和耗时；2)FTA分析方法首先需要建立故障树(FTA本身并不能帮助研究故障原因及其相互关系，进而构建故障树)，而建树过程复杂，不仅需要完整地确定各个故障事件及其原因事件，还要求准确描述各事件间的逻辑关系。如果故障树节点中的故障事件(故障模式)事先辨识不正确，或故障事件之间的因果关系不准确，则基于故障树的可靠性评估将失去意义。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种基于模型检测技术的复杂机电系统可靠性评估方法，通过计算机技术自动而详尽的搜索系统的有穷状态空间进而判断其是否满足预期设定的可靠性要求并识别各种故障模式发生的概率，进而实现复杂机电系统的可靠性评估。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于模型检测技术的复杂机电系统可靠性评估方法，包括以下步骤：

1)构建复杂机电系统的状态空间；

2)建立复杂机电系统可靠性分析的形式化模型；

3)复杂机电系统可靠性要求的形式化规约；

4)复杂机电系统各种潜在故障模式的形式化规约；

5)复杂机电系统的形式化验证：根据步骤2)建立的复杂机电系统可靠性分析的形式化模型以及步骤3)、4)建立的可靠性要求的形式化规约、潜在故障模式的形式化规约，输入到模型检测工具，通过计算机自动搜索复杂机电系统的有穷状态空间，判断复杂机电系统是否满足预期设定的可靠性指标并求解复杂机电系统的可靠度以及各种潜在故障模式发生的概率，实现系统的可靠性评估。

优选的，步骤1)具体包括以下步骤：首先分析复杂机电系统功能，包括复杂机电系统总功能以及为了实现总功能，复杂机电系统内各组成部分要实现的元功能；其次分析系统的结构组成，对系统进行结构层次划分，研究各层次的结构组成以及子系统内元部件之间以及不同子系统内元部件之间的逻辑关系，通过状态变迁描述系统内不同组成部分为了实现系统总功能而发生的行为过程；另一方面，考虑复杂机电系统内不同元部件在潜在失效模式下可能发生的状态变迁；最后将复杂机电系统正常工作条件下以及包含潜在故障条件下的状态变迁融合，得到复杂机电系统的状态空间。

优选的，步骤2)具体包括以下步骤：根据1)中的结果，得到复杂机电系统功能正常条件下的状态变迁序列以及系统内元部件存在故障的条件下的状态变迁序列；再根据复杂机电系统内各种故障发生的概率信息，通过反应式模块形式语言构建复杂机电系统可靠性分析的形式化模型。

优选的，步骤3)具体包括以下步骤：根据复杂机电系统的功能层次结构与系统正常情况下的行为状态描述，采用自顶向下的策略，确定能反映系统总功能的最高层次的系统行为及其状态，以此表征复杂机电系统功能正常使能条件下的行为和状态，以能够实现这一系统状态的概率作为复杂机电系统的可靠性评价指标；并利用形式化逻辑语言建立系统可靠性要求的形式化规约。