CN103577672A - 故障事件分析系统及其分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭露一种故障事件分析系统及其分析方法，此系统包括一储存模块、一事件设定模块与一计算模块，储存模块用以储存一故障树组件，事件设定模块用以利用故障树组件以产生一故障树结构，并用以输入复数个事件信息以设定于故障树结构的各节点，且用以从各事件触发逻辑选择设定每一节点及其至少一子节点之间的事件触发逻辑，计算模块则是依据故障树结构与各事件触发逻辑，计算出故障树结构的根节点所属的顶端事件信息的发生机率。

Description

故障事件分析系统及其分析方法

技术领域

本发明有关于一种故障树结构与通过故障树进行的事件分析方法，特别是有关于将故障树模块化，且得以组成各类故障事件分析系统及其分析方法。

背景技术

故障树（Fault Tree Analysis）主要是用以呈现事件的层级关系，并取得求得顶端事件的发生机率的事件分析工具。传统上，故障树的组件种类多，因应不同的事件，其衍生条件也设置不同，因此运算颇为复杂。而且，以往计算故障树，都需要先由专家决定所有可能事件的故障树，并删除重复考虑的项目，才赋予机率值加以计算与分析。一旦可能事件的数量错误，或是有决定出重复的可能事件时，皆会构建出不正确的故障树。其次，故障树是分析人员依据所参阅的事件数量与衍生层次所产生，因此每一个构建的故障树结构皆为独立的使用，而且每一个节点及节点之间的连接设计皆会是个别设计，故无法应用或构建为不同条件的故障树。其三，因每一故障树皆是独立使用且个别设计，故程序设计的复杂性不但高，而且需求处理数据量也很大，不适与因特网结合。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何依据事件数量与条件构建出适当的故障树。

为解决上述问题，本发明提供一种故障事件分析系统，包括：

一储存模块，用以储存一故障树组件，其包括一父节点、对应该父节点的至少一子节点、及该父节点与各该子节点之间的事件触发逻辑的选择项；

一事件设定模块，用以设定该故障树组件产生一故障树结构，并用以输入复数个事件信息以设定于该故障树结构的各节点，且用以从各该事件触发逻辑选择设定每一节点及其至少一子节点之间的事件触发逻辑；以及

一计算模块，依据该故障树结构与各该事件触发逻辑，计算出位于该故障树结构的根节点的一顶端事件信息的发生机率。

进一步地，其中该计算模块会依据该等事件信息的层次，结合相对应的各该事件触发逻辑，产生一对应该故障树结构的等效表达式，且计算出该等效表达式取得对应该顶端事件信息的一最小切集合，以依据该最小切集合来计算出该顶端事件信息的发生机率。

进一步地，其中该计算模块产生该最小切集合，是利用至少一布尔代数定律，其包括交换律、结合律、分配律、消去律、对偶定律、吸收定律与全等定律。

进一步地，其中该故障树结构包括一第一故障树组件与一第二故障树组件，其中该事件设定模块将该第一故障树组件的一子节点作为该第二故障树组件的父节点，以结合该第二故障树组件与该第一故障树组件。

进一步地，其中每一事件触发逻辑包括一布尔运算逻辑，其为与门、或门、非门、与非门、或非门、互斥或门、反互斥或门。

进一步地，其中该事件设定模块用以设定该故障树结构的最底层的叶节点的失效值，该计算模块除最底层的叶节点外，依据各该节点所属的该子节点对应的失效值，与每一节点及其对应的子节点的该事件触发逻辑，以计算出各该节点对应的事件信息的失效值。

本发明还提供一种故障事件分析方法，适用于一故障事件分析系统，其提供一故障树组件，其中每一该故障树组件包括一父节点、对应该父节点的至少一子节点、及该父节点与各该子节点之间的事件触发逻辑之选择项，该方法包含：

通过一事件设定模块设定该故障树组件产生一故障树结构的方式；

利用该事件设定模块将输入的复数个事件信息设定于该故障树结构的各节点；

利用该事件设定模块设定每一节点及其至少一子节点之间的事件触发逻辑，以及；

由一计算模块依据该故障树结构与各该事件触发逻辑，计算出位于该故障树结构的根节点的一顶端事件信息的发生机率。

进一步地，其中由一计算模块依据该故障树结构与各该事件触发逻辑，计算出该顶端事件信息的发生机率的该步骤还包括：

由该计算模块依据该等事件信息的层次，结合各该事件触发逻辑，产生一对应该故障树结构的等效表达式；

由该计算模块通过该等效表达式取得对应该顶端事件信息的一最小切集合，以及；

由该计算模块依据该最小切集合计算出该顶端事件信息的发生机率。

进一步地，其中该故障树结构包括一第一故障树组件与一第二故障树组件，其中利用一事件设定模块将该故障树组件组成一故障树结构的该步骤中，该事件设定模块将该第二故障树组件的根节点作为该第一故障树组件的一叶节点，以将该第二故障树组件结合该第一故障树组件。

进一步地，其中，利用该事件设定模块设定每一节点及其至少一子节点之间的事件触发逻辑的该步骤中，包括：

通过该事件设定模块设定该故障树结构的最底层的叶节点的失效值；

由该计算模块除最底层的叶节点外，依据各该节点所属的该子节点对应的失效值，与每一节点及其对应的子节点的该事件触发逻辑，以计算出各该节点对应的事件信息的失效值。

本发明的特点在于本发明将故障树通过同一类故障树组件所形成，即是指整个故障树从节点、事件、节点连接关系等，皆是通过同一类的数据树结构所组成，不但故障树结构的组成与设计上更为简便与弹性，也降低了程序设计的复杂性。其次，故障树组件皆为同一类数据树结构形成，因此，通过现今程序设计技术，组成好的故障树结构也可以作为故障树组件，即所有事件信息、逻辑关系与结果均得以通过同一类程序对象进行表达，不但能降低程序设计的复杂性，并且降低需求处理数据量，也适用于因特网的架构上。其三，计算模块在找出故障树结构的等效表达式的最小切集合，以排除重复的事件信息与触发逻辑，分析人员即不需要考虑是否输入了重复的事件信息与触发逻辑，进而简化了分析人员的工作负担与降低了耗费时间。

附图说明

图1是本发明实施例的故障事件分析系统示意图；

图2是图1所示实施例的故障树组件架构示意图；

图3是图1所示实施例的故障树组件结合示意图；

图4是图1所示实施例的故障树结构示意图；

图5是本发明实施例的故障事件分析方法。

图中，10.事件信息， 11.储存模块；

12.事件设定模块，   13.计算模块；

14.显示模块，       20.故障树组件；

21.故障树组件的父节点；

22.故障树组件的事件触发逻辑；

23.故障树组件的子节点；

31.第一故障树组件；

32.第二故障树组件；

FLA.顶端事件信息；

A，B.中间事件信息；

TS1，TS2，LS1，LS2.底层事件信息；

44a，44b，44c.     故障树结构的事件触发逻辑；

步骤S110~S140。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

首先，如图1所示，本发明一实施例的故障事件分析系统示意图、如图2所示，本发明一实施例的故障树组件架构示意图、如图3所示，本发明的一实施例的故障树组件结合示意图、如图4所示本发明的一实施例的故障树结构示意图。此系统包括一储存模块11、一事件设定模块12与一计算模块13。

储存模块11可为内存、硬盘等各种具有数据储存能力的组件、装置或设备，并不设限。储存模块11储存有一故障树组件20。此例中，以图2所示的故障树组件20说明。每一个故障树组件20包括一故障树组件的父节点21、对应故障树组件的父节点21的至少一故障树组件的子节点23，以及故障树组件的父节点21与各故障树组件的子节点23之间的事件触发逻辑22。其中，故障树组件的父节点21与故障树组件的子节点23之间的关系是指，故障树组件的子节点23对应的事件信息是指输入（input），故障树组件的父节点21对应的事件信息是指输出（output），所选定的事件触发逻辑22是指故障树组件的父节点21与故障树组件的子节点23之间的运算逻辑关系，即是指输入与输出之间的运算逻辑关系。

例如，父节点21对应的中间事件信息为A，对应故障树组件的父节点21的故障树组件的子节点23数量为二，对应的中间事件信息各别为B与C，且事件触发逻辑22是与门（and gate），则A=B*C。又如，当事件触发逻辑22是或门（or gate），则A=B+C，以此类推。其中，事件触发逻辑22包括一布尔运算逻辑，其为与门、或门、非门、与非门、或非门、互斥或门、反互斥或门。但不以此为限，而且故障树组件20的结构，包括故障树组件的子节点23数量在内，亦不以此例为限，以设计人员的需求而定。

事件设定模块12用以进行故障树组件20组成故障树结构的树结构状态、事件设定于树节点的层次与节点。

分析人员通过事件设定模块12的控制接口，汇入或是读取储存模块11内的故障树组件20，并依据事件触发层次与事件触发的相依赖关系，利用故障树组件20以产生一个故障树结构。其中，分析人员通过事件设定模块12以输入每一个故障树组件20的子节点数量。而且，于构建故障树结构期间，事件设定模块12会依据分析人员所选择的故障树构建方式，将二个以上的故障树组件20进行结合。

例如图3，分析人员利用事件设定模块12取用一第一故障树组件31与一第二故障树组件32，并设定将第二故障树组件32作为第一故障树组件31的一子节点的延伸结构。事件设定模块12即将第一故障树组件31的子节点作为第二故障树组件32的父节点，以结合第一故障树组件31与第二故障树组件32。

然而，分析人员也通过事件设定模块12的控制接口以输入复数个事件信息10并依据事件触发层次与事件触发的相依赖关系，将各事件信息10设定于故障树结构的各节点。其中，分析人员必须从所有事件信息10中取出一个顶端事件信息（如图4所示的FLA）。此顶端事件信息会被设定于故障树结构的根节点。此顶端事件信息也视为整个故障树结构的输出情形。

接着，分析人员以根节点视为父节点，将顶端事件信息对应的输入事件设定于根节点的子节点，以此类推，将各事件信息10设定于对应的节点中。然而，若事件信息10所属的节点不为最底层的节点时，此类事件信息即视为中间事件信息（如图4所示的A, B）；反之，则视为底层事件信息（如图4所示的TS1, TS2, LS1, LS2）。

之后，分析人员利用事件设定模块12的控制接口，从各事件触发逻辑选择设定每一节点及其至少一子节点之间的事件触发逻辑。事件触发逻辑的可选择项如前所述（如图2所示的22），在此不赘述。

计算模块13即会依据故障树结构的层次、各事件信息10所座落的节点与节点之间的事件触发逻辑，计算出位于故障树结构的根节点的顶端事件信息的发生机率。

其中，计算模块13会依据事件信息的层次，结合相对应的各该事件触发逻辑，产生对应故障树结构的等效表达式，并计算出等效表达式取得对应顶端事件信息的一最小切集合，并依据最小切集合来计算出顶端事件信息的发生机率。

其中，计算模块13是利用一个以上的布尔代数定律，如交换律、结合律、分配律、消去律、对偶定律、吸收定律与全等定律等，以产生前述的最小切集合。

更进一步者，分析人员依据事件设定模块12的控制接口以设定故障树结构的最底层的叶节点的失效值，也是指最底层的叶节点所对应事件信息的失效值。计算模块13即会除最底层的叶节点外，依据各节点所属的子节点对应的失效值，与每一节点及其对应子节点的事件触发逻辑，以计算出各节点对应的事件信息的失效值，进而取得顶端事件信息的失效值。之后，计算模块13即可通过顶端事件信息的失效值与其对应的最小切集合，以计算出顶端事件信息的产生机率。

此外，事件信息、事件触发逻辑的输入方式、故障树结构的组建等设定作业，并没有一定的先后顺序。分析人员可先输入事件信息与事件触发逻辑，再构建故障树结构；或是先构建故障树结构，再输入事件信息与事件触发逻辑；也可取用一故障树组件20后，再输入相关的事件信息与事件触发逻辑。此作业流程以统设计人员的设计需求而定，并未有所设限。

再者，本发明所述的故障事件分析系统也得以构建于一伺服设备中。分析人员可通过一具网络通讯能力的终端装置，通过网络连接至此伺服设备，与此系统进行互动，如输入事件信息、构建故障树结构、由伺服设备的硬件来进行故障树的逻辑运算，取得计算结果等。也可，此系统建设于伺服设备时，通过云端技术进行组件数据存取与故障树的事件数据分析，以让用户立即了解分析结果，评估故障树计算结果。而此等技术特征为网络技术领域具通常知识者所熟知，在此即不赘述。

更进一步者，前述所建立的故障树结构被储存于储存模块11中，以作为可被使用的故障树组件20。而储存方式依据设计人员的需求而定。例如，可将各节点相关的事件信息、节点之间的事件触发逻辑皆视为对象，并将对象与对象的层级关系通过数据库主索引为每一个组件、子索引为阶层存入数据库记录起来。也可为其它相类似的储存方式，并不设限。

而且，系统的事件信息与事件逻辑触发的输入与设定、故障树结构的组建过程、计算结果等数据互动皆得以于系统构建的设备，或是通过网络而于终端设备的显示模块14进行画面显示。

如图5所示本发明实施例的故障事件分析方法，适用于前述的故障事件分析系统，故配合图1至图4以利于了解。此方法包括步骤如下：

通过事件设定模块12设定故障树组件20产生一故障树结构的方式（步骤S110）。例如，分析人员通过事件设定模块12取用一个以上的故障树组件20，组成出所需的故障树结构的初步型态。

利用事件设定模块12将输入的复数个事件信息设定于故障树结构的各节点（步骤S120）。此步骤中，顶端事件信息设定于故障树结构的根节点。其它事件信息（如前述的中间事件信息与底层事件信息）则依据彼此之间的数据相依性，及对应于故障树结构的层级，设定在故障树结构的各节点上。例如：顶端事件信息为FLA，其对应子节点的中间事件信息各为A、B。中间事件信息A对应子节点的底层事件信息为TS1与TS2。中间事件信息B对应子节点的底层事件信息为LS1与LS2。

利用事件设定模块12设定每一节点及其至少一子节点之间的事件触发逻辑（步骤S130）。以图4为例，顶端事件信息FLA所属事件触发逻辑44a为与门（AND GATE）；中间事件信息A所属事件触发逻辑44b为或门（OR GATE）；中间事件信息B所属事件触发逻辑44c为或门（OR GATE）。

更进一步者，分析人员利用事件设定模块12设定底层事件信息TS1、底层事件信息TS2、底层事件信息LS1、底层事件信息LS2的失效值为0.1、0.2、0.3、0.4。

计算模块13会依据此等失效值，计算出中间事件信息A的失效值0.3（0.1+0.2=0.3），中间事件信息B的失效值0.12（0.3*0.4=0.12），顶端事件信息FLA的失效值为0.036（0.3*0.12=0.036）。

由一计算模块13依据故障树结构与各事件触发逻辑，计算出位于故障树结构的根节点的一顶端事件信息的发生机率（步骤S140）。如前述，计算模块13会依据事件信息的层次，结合相对应的各事件触发逻辑，通过布尔代数定律产生一对应故障树结构的等效表达式。然而，计算模块13依据故障树结构以拜访各节点的方式可为中序式（左子节点、父节点、右子节点）、前序式（父节点、左子节点、右子节点）、后序式（左子节点、右子节点、父节点）任一者。如图4所示的故障树为例，其等效表达式为((TS2 + TS1) *(TS2 * LS1))，展开后即为TS2 * TS2 * LS1 + TS1 * TS2 * LS1。之后，计算模块13再利用至少一布尔代数定律产生一最小切集合。以此例而言，计算模块13是以全等定律与消去律简化此等效表达式。

全等定理： 

TS2 * TS2 * LS1 + TS1 * TS2 * LS1 = TS2 * LS1 + TS1 * TS2 * LS1；

消去律：

TS2 * LS1 + TS1 * TS2 * LS1 = TS2 * LS1；

至此，计算模块13取得此故障树结构的最小切集合，于结合前述的失效值，即得以计算出顶端事件信息FLA的发生机率。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种故障事件分析系统，其特征在于，包括：

一储存模块，用以储存一故障树组件，其包括一父节点、对应该父节点的至少一子节点、及该父节点与各该子节点之间的事件触发逻辑的选择项；

一事件设定模块，用以设定该故障树组件产生一故障树结构，并用以输入复数个事件信息以设定于该故障树结构的各节点，且用以从各该事件触发逻辑选择设定每一节点及其至少一子节点之间的事件触发逻辑；以及

一计算模块，依据该故障树结构与各该事件触发逻辑，计算出位于该故障树结构的根节点的一顶端事件信息的发生机率。

2.根据权利要求1所述的故障事件分析系统，其特征在于，其中该计算模块会依据该等事件信息的层次，结合相对应的各该事件触发逻辑，产生一对应该故障树结构的等效表达式，且计算出该等效表达式取得对应该顶端事件信息的一最小切集合，以依据该最小切集合来计算出该顶端事件信息的发生机率。

3.根据权利要求2所述的故障事件分析系统，其特征在于，其中该计算模块产生该最小切集合，是利用至少一布尔代数定律，其包括交换律、结合律、分配律、消去律、对偶定律、吸收定律与全等定律。

4.根据权利要求1所述的故障事件分析系统，其特征在于，其中该故障树结构包括一第一故障树组件与一第二故障树组件，其中该事件设定模块将该第一故障树组件的一子节点作为该第二故障树组件的父节点，以结合该第二故障树组件与该第一故障树组件。

5.根据权利要求1所述的故障事件分析系统，其特征在于，其中每一事件触发逻辑包括一布尔运算逻辑，其为与门、或门、非门、与非门、或非门、互斥或门、反互斥或门。

6.根据权利要求1所述的故障事件分析系统，其特征在于，其中该事件设定模块用以设定该故障树结构的最底层的叶节点的失效值，该计算模块除最底层的叶节点外，依据各该节点所属的该子节点对应的失效值，与每一节点及其对应的子节点的该事件触发逻辑，以计算出各该节点对应的事件信息的失效值。

7.一种故障事件分析方法，其特征在于，适用于一故障事件分析系统，其提供一故障树组件，其中每一该故障树组件包括一父节点、对应该父节点的至少一子节点、及该父节点与各该子节点之间的事件触发逻辑之选择项，该方法包含：

通过一事件设定模块设定该故障树组件产生一故障树结构的方式；

利用该事件设定模块将输入的复数个事件信息设定于该故障树结构的各节点；

利用该事件设定模块设定每一节点及其至少一子节点之间的事件触发逻辑，以及；

由一计算模块依据该故障树结构与各该事件触发逻辑，计算出位于该故障树结构的根节点的一顶端事件信息的发生机率。

8.根据权利要求7所述的故障事件分析方法，其特征在于，其中由一计算模块依据该故障树结构与各该事件触发逻辑，计算出该顶端事件信息的发生机率的该步骤还包括：

由该计算模块依据该等事件信息的层次，结合各该事件触发逻辑，产生一对应该故障树结构的等效表达式；

由该计算模块通过该等效表达式取得对应该顶端事件信息的一最小切集合，以及；

由该计算模块依据该最小切集合计算出该顶端事件信息的发生机率。

9.根据权利要求7所述的故障事件分析方法，其特征在于，其中该故障树结构包括一第一故障树组件与一第二故障树组件，其中利用一事件设定模块将该故障树组件组成一故障树结构的该步骤中，该事件设定模块将该第二故障树组件的根节点作为该第一故障树组件的一叶节点，以将该第二故障树组件结合该第一故障树组件。

10. 根据权利要求7所述的故障事件分析方法，其特征在于，其中，利用该事件设定模块设定每一节点及其至少一子节点之间的事件触发逻辑的该步骤中，包括：

通过该事件设定模块设定该故障树结构的最底层的叶节点的失效值；

由该计算模块除最底层的叶节点外，依据各该节点所属的该子节点对应的失效值，与每一节点及其对应的子节点的该事件触发逻辑，以计算出各该节点对应的事件信息的失效值。

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