CN103235876A - 基于复杂网络的船舶消防系统连锁性失效的评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种基于复杂网络的船舶消防系统连锁性失效的评估方法，其步骤是：1、将船舶消防系统划分为以舱室消防系统单元为单元的各个子系统，2、确定第二舱室消防系统单元受到第一舱室消防系统单元崩溃的灾害影响的舱室消防系统单元的数量，3、对步骤2中的所有过载消防单元进行遍历，4、对第一舱室消防系统单元在初始时刻设置初始火灾过载打击，5、每一次舱室消防系统单元过载都将自己的负荷分配给在火灾蔓延通路上有直接联系的舱室消防系统单元，6、当灾害最终传递完时比较网络中的所有失效矩阵来得到连锁性失效情况的评估。本发明提供一种在切实提高船舶消防系统可靠性的船舶消防系统连锁性失效的评估方法。

Description

基于复杂网络的船舶消防系统连锁性失效的评估方法

技术领域

本发明涉及一种系统失效的评估方法，特别是涉及一种基于复杂网络的船舶消防系统连锁失效的评估方法。

背景技术

国内外对消防故障系统的分析方法多采用故障树方法分析的。通过建立故障树和数学模型，利用故障树分析法对系统运行过程可能产生的故障进行定性和定量分析，确定系统可靠度和各故障因素的概率重要度，但是该方法的缺点是需要大量而准确的各部件故障概率，而这些是很难获得的，大部分是根据自己的经验得来，并且分析也仅局限于系统本身故障，没有考虑环境因素。

在火灾自动报警系统故障分析方面，赵海荣等对火灾自动报警系统故障进行了研究，按故障发生的初始原因，大致可以分为硬件故障、系统失误和管理故障三类，并分析了三类故障的一些基本原因。内蒙古自治区公安消防总队武宇和刘颖军总结了前人从各种不同角度去研究火灾探测报警系统故障分析中的不足，主要存在以下3点不足：第一，对火灾探测报警系统的故障分析集中在系统的设计、安装、维修等方面，忽视了探测报警系统控制器软件原因导致的系统故障；第二，对由于系统设备原因造成的系统故障做了详尽的研究，但没有充分考虑认为因素；第三，对于火灾探测报警系统的故障分析都是从各个片面去分析和研究的，没有上升到系统的高度，分析不够全面，不能使人们对导致火灾探测报警系统故障的因素形成一个全面清晰的认识。并且由此提出了“人---机---环”的火灾探测报警系统故障分析，全面分析了人、机器和环境的各种因素以及它们所能产生的影响。不过目前火灾自动报警系统的故障资料大部分集中在探测器的误报、漏报方面。

关于联动系统的研究主要有：1、关于消防水系统的可靠性的研究，相关研究认为它与组成该系统各个单元的自身可靠性以及系统完成功能时单元间的相互关系及完成功能所需最少的单元数目有关，尤其是单元间的连接方式决定着系统可靠性预测方式。2、关于自动灭火系统湿式系统的分析，相关文献中给出了湿式自动喷水灭火系统故障的原因包括产品自身质量问题、使用当中操作及维修方式不当问题和设计、安装不规范等问题。3、关于细水雾灭火系统，相关文献中作者根据自己调试细水雾灭火系统过程中遇到的问题，将其常见故障方法归结以下6个方面：(1)在淡水给水泵启动后，淡水舱内没有水流或水流偏少；(2)主隔离阀故障；(3)高压出口压力表损坏；(4)各分区声光报警器和电磁阀不正常；(5)本地控制箱与火控室的通信不正常；(6)喷嘴堵塞。

由此可见，目前，对消防系统的各部分有较为广泛和深入的介绍但是缺乏整体上的分析，而整体上的分析考虑才是系统安全的保障，特别是对船舶这一具体应用对象，并没有先关的文献加以考虑，并且考虑的问题都是从故障分析角度，并没有从连锁性失效角度考虑，而能够造成连锁性失效的行为是更具有危险性的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能分析出船舶消防系统各子系统之间是否存在连锁性失效，而且还能定量分析其相互影响的强度，评估连锁性失效行为的一种基于复杂网络的船舶消防系统连锁性失效的评估方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种基于复杂网络的船舶消防系统连锁性失效的评估方法包括以下步骤：

(1)将船舶消防系统划分为以舱室消防系统单元为单元的各个子系统，船舶消防系统以网络图G=(N,A)的形式表示，节点N为舱室消防系统单元，边A为舱室消防系统单元之间的联系，网络图G由N×N的邻接矩阵{e_ij}描述，如果第一舱室消防系统单元i和第二舱室消防系统单元j之间有联系，则矩阵元素e_ij为1，否则e_ij为0；

(2)确定第二舱室消防系统单元j(j=1,2,…,N,j≠i)受到第一舱室消防系统单元i崩溃的灾害影响而导致自身火灾载荷过载超过其消防能力的舱室消防系统单元的数量；

(3)对步骤(2)中的所有过载消防单元进行遍历，对于每一个过载消防单元重复步骤(2)；

(4)由公式e′_ij(t₀)=αe_ij(t₀)对于第一舱室消防系统单元i在初始时刻t₀设置初始火灾过载打击，β为初始失效过载系数，0<α<1,α越小，代表第一舱室消防系统单元i受到的初始火灾灾害越严重；

(5)在步骤(2)和(3)中，每一次舱室消防系统单元过载都将自己的负荷分配给在火灾蔓延通路上有直接联系的舱室消防系统单元，引起新一轮的灾害负荷重分配，在每一次灾害分配过程中，即系统的动态连锁性失效情况由公式 $e_{\mathrm{ij}}(t+1)=e_{\mathrm{ij}}*\mathrm{\&beta;}=\left\{\begin{array}{c}\frac{e_{\mathrm{ij}}\left(t_0\right)C_i}{L_i\left(t\right)},\mathrm{if}{L}_i\&CenterDot;>C_i\\ e_{\mathrm{ij}}\left(t_0\right),\mathrm{if}{L}_i\&le;C_i\end{array}\right.$ 描述，灾害对消防系统单元的影响用失效过载系数β表示，根据公式β=C_i/L_i描述，C_i为舱室消防系统单元消防单元的消防能力，L_i为火灾载荷产生灾害的能力，如果消防系统单元能够执行灭火能力不过载，则β=1；否则，0<β<1，并且灭火能力越弱β越小；

(6)根据 $e_{\mathrm{ij}}(t+1)=e_{\mathrm{ij}}*\mathrm{\&beta;}=\left\{\begin{array}{c}\frac{e_{\mathrm{ij}}\left(t_0\right)C_i}{L_i\left(t\right)},\mathrm{if}{L}_i\&CenterDot;>C_i\\ e_{\mathrm{ij}}\left(t_0\right),\mathrm{if}{L}_i\&le;C_i\end{array}\right.$ 得到船舶消防系统单元网络中任意消防单元过载失效后的失效矩阵{e_ij}，经过每一轮的负荷重分配改变一次失效矩阵{e_ij}，当灾害最终传递完毕时比较网络中的所有失效矩阵来得到连锁性失效情况的评估；初始时矩阵{e_ij}都为0和1的数值，所有失效过程结束后，矩阵变为0和(0,1]之间的数，即由初始失效过载系数α和最终的过载失效系数β_last来描述；如果发生改变的数越多，代表发生连锁性失效的情况越多，并且数值越小代表发生连锁性失效的情况越严重。

本发明的有益效果是，在切实提高船舶消防系统可靠性的同时，还为衡量整个船舶消防系统的大规模连锁性失效发生的可能性以及它的危害程度提供了基础。今后不同船舶的消防系统可直接应用本发明提出的评估方法，实用性强。而以往故障树方法仅仅是考虑系统本身故障，没有考虑船舶环境，仅仅从故障模式，并没有从连锁性失效角度考虑安全性的问题，这样所得结果势必具有一定偏差。因为易发生的故障也许很容易解决只要加以注意并不会造成大的伤害，比如说探测器故障，而能够引起系统连锁性失效的故障则对系统来说是致命的伤害，是更应该加以注意的。本发明提供的方法，就是考虑了船舶环境，并且从连锁性失效角度考虑问题，得到需要重点保护的舱室消防系统单元，对实际应用更具针对性。

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2(a)船舶舱室消防系统单元模型图；

图2(b)是本发明的系统连锁性失效模型图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

本发明的主要步骤是：

1、结合图2（a）将船舶消防系统划分为以舱室消防系统单元为单元的各个子系统，船舶消防系统以网络图G=(N,A)的形式表示，节点N为舱室消防系统单元，边A为舱室消防系统单元之间的联系，网络图G由N×N的邻接矩阵{e_ij}描述，如果第一舱室消防系统单元i和第二舱室消防系统单元j之间有联系，则矩阵元素e_ij为1，否则e_ij为0。

2、确定第二舱室消防系统单元j(j=1,2,…,N,j≠i)受到第一舱室消防系统单元i崩溃的灾害影响而导致自身火灾载荷过载超过其消防能力的舱室消防系统单元（过载消防单元）的数量，如图2（b）所示，假设舱室消防系统单元3为崩溃舱室，则与其有灾害联系的舱室为舱室消防系统单元2、舱室消防系统单元4、舱室消防系统单元5、舱室消防系统单元6和舱室消防系统单元10，确定以上5个受到舱室消防系统单元3牵连而成为过载消防单元的数量。图1中的第二步计算各消防系统单元的初始负荷（即自身火灾载荷）以及容忍度（即消防能力）也包含在此步骤里；

3、对步骤(2)中的所有过载消防单元进行遍历，对于每一个过载消防单元重复步骤(2)；

4、根据公式e′_ij(t₀)=αe_ij(t₀)对于第一舱室消防系统单元i在初始时刻t₀设置初始火灾过载打击，β为初始失效过载系数，0<α<1,α越小，代表第一舱室消防系统单元i受到的初始火灾灾害越严重。此步骤为图1的第三步设置初始打击；

5、结合图2（b）在步骤(2)和(3)中，每一次舱室消防系统单元3过载都将自己的负荷分配给在火灾蔓延通路上有直接联系的舱室消防系统单元2、舱室消防系统单元4、舱室消防系统单元5、舱室消防系统单元6、舱室消防系统单元10，引起新一轮的灾害负荷重分配，在每一次灾害分配过程中，即系统的动态连锁性失效情况由公式 $e_{\mathrm{ij}}(t+1)=e_{\mathrm{ij}}*\mathrm{\&beta;}=\left\{\begin{array}{c}\frac{e_{\mathrm{ij}}\left(t_0\right)C_i}{L_i\left(t\right)},\mathrm{if}{L}_i\&CenterDot;>C_i\\ e_{\mathrm{ij}}\left(t_0\right),\mathrm{if}{L}_i\&le;C_i\end{array}\right.$ 描述，灾害对消防系统单元的影响用失效过载系数β表示，根据公式β=C_i/L_i描述，C_i为舱室消防系统单元消防单元的消防能力，L_i为火灾载荷产生灾害的能力。如果消防系统单元能够执行灭火能力不过载，则β=1；否则，0<β<1，并且灭火能力越弱β越小。

6、根据 $e_{\mathrm{ij}}(t+1)=e_{\mathrm{ij}}*\mathrm{\&beta;}=\left\{\begin{array}{c}\frac{e_{\mathrm{ij}}\left(t_0\right)C_i}{L_i\left(t\right)},\mathrm{if}{L}_i\&CenterDot;>C_i\\ e_{\mathrm{ij}}\left(t_0\right),\mathrm{if}{L}_i\&le;C_i\end{array}\right.$ 可以得到船舶消防系统单元网络中任意消防单元过载失效后的失效矩阵{e_ij}，经过每一轮的负荷重分配改变一次失效矩阵{e_ij}，当灾害最终传递完毕时比较网络中的所有失效矩阵来得到连锁性失效情况的评估；初始时矩阵{e_ij}都为0和1的数值，所有失效过程结束后，矩阵变为0和(0,1]之间的数，即由初始失效过载系数α和最终的过载失效系数β_last来描述；如果发生改变的数越多，代表发生连锁性失效的情况越多，并且数值越小代表发生连锁性失效的情况越严重。

Claims (1)

1.一种基于复杂网络的船舶消防系统连锁性失效的评估方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将船舶消防系统划分为以舱室消防系统单元为单元的各个子系统，船舶消防系统以网络图G=(N,A)的形式表示，节点N为舱室消防系统单元，边A为舱室消防系统单元之间的联系，网络图G由N×N的邻接矩阵{e_ij}描述，如果第一舱室消防系统单元i和第二舱室消防系统单元j之间有联系，则矩阵元素e_ij为1，否则e_ij为0；

(2)确定第二舱室消防系统单元j(j=1,2,…,N,j≠i)受到第一舱室消防系统单元i崩溃的灾害影响而导致自身火灾载荷过载超过其消防能力的舱室消防系统单元的数量；

(3)对步骤(2)中的所有过载消防单元进行遍历，对于每一个过载消防单元重复步骤(2)；

(4)由公式e′_ij(t₀)=αe_ij(t₀)对于第一舱室消防系统单元i在初始时刻t₀设置初始火灾过载打击，β为初始失效过载系数，0<α<1,α越小，代表第一舱室消防系统单元i受到的初始火灾灾害越严重；

(5)在步骤(2)和(3)中，每一次舱室消防系统单元过载都将自己的负荷分配给在火灾蔓延通路上有直接联系的舱室消防系统单元，引起新一轮的灾害负荷重分配，在每一次灾害分配过程中，即系统的动态连锁性失效情况由公式 $e_{\mathrm{ij}}(t+1)=e_{\mathrm{ij}}*\mathrm{\&beta;}=\left\{\begin{array}{c}\frac{e_{\mathrm{ij}}\left(t_0\right)C_i}{L_i\left(t\right)},\mathrm{if}{L}_i\&CenterDot;>C_i\\ e_{\mathrm{ij}}\left(t_0\right),\mathrm{if}{L}_i\&le;C_i\end{array}\right.$ 描述，灾害对消防系统单元的影响用失效过载系数β表示，根据公式β=C_i/L_i描述，C_i为舱室消防系统单元消防单元的消防能力，L_i为火灾载荷产生灾害的能力，如果消防系统单元能够执行灭火能力不过载，则β=1；否则，0<β<1，并且灭火能力越弱β越小；

(6)根据 $e_{\mathrm{ij}}(t+1)=e_{\mathrm{ij}}*\mathrm{\&beta;}=\left\{\begin{array}{c}\frac{e_{\mathrm{ij}}\left(t_0\right)C_i}{L_i\left(t\right)},\mathrm{if}{L}_i\&CenterDot;>C_i\\ e_{\mathrm{ij}}\left(t_0\right),\mathrm{if}{L}_i\&le;C_i\end{array}\right.$ 得到船舶消防系统单元网络中任意消防单元过载失效后的失效矩阵{e_ij}，经过每一轮的负荷重分配改变一次失效矩阵{e_ij}，当灾害最终传递完毕时比较网络中的所有失效矩阵来得到连锁性失效情况的评估；初始时矩阵{e_ij}都为0和1的数值，所有失效过程结束后，矩阵变为0和(0,1]之间的数，即由初始失效过载系数α和最终的过载失效系数β_last来描述；如果发生改变的数越多，代表发生连锁性失效的情况越多，并且数值越小代表发生连锁性失效的情况越严重。

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