CN105573855A - 一种用于故障树决策图分析的模块化事件排序方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于故障树决策图分析的模块化事件排序方法，它采用如下的方法步骤：步骤一：对故障树进行模块化；步骤二：生成每个故障树模块的事件排序；步骤三：生成模块化故障树的事件排序；步骤四：采用替换法获得最终完整边排序；它通过采用两遍排序的方法，把故障树模块和模块化故障树排序过程分开处理，能够获得最小的BDD。

Description

一种用于故障树决策图分析的模块化事件排序方法

技术领域

本发明涉及一种用于故障树决策图分析的模块化事件排序方法。

背景技术

故障树(FaultTree，FT)提供了一个包含系统所有可能失效模式的图形化描述，是系统可靠性分析的有力工具。最早是由H.A.Watson在1961-62研究洲际导弹(Minuteman)发射系统时提出的，随后得到广泛的研究和应用并形成了国际标准(DIN25424,IEC61025)。

在故障树构造过程中把系统最不希望发生的事件作为故障树的顶事件，找出导致这一不希望事件的所有可能发生的直接因素和原因，它们是处于过渡状态的中间事件，并由此逐步深入分析，直到找出导致事件发生的基本原因，即故障树的底事件为止。这些底事件又称为基本事件，它们的数据是已知的，这样就可以从所有基本事件的定量数据，通过故障树的运算而求得全系统的可靠性参数。

通常在故障树中主要由两种逻辑门:与门(∧)和或门(∨)来刻画基本事件(基本部件失效)和顶层事件(系统失效)之间的关系。除了与和或门，故障树还可以包含k-out-of-n门。因为k-out-of-n门能够用等价的与门和或门组合来表示，所以我们只考虑与门和或门。

如图1给出了一个故障树实例，该实例描述了由部件X₁、X₂、X₃构成的系统。当X₁和X₂中有一个部件失效或者X₁和X₃中有一个部件失效系统就失效。该系统对应的故障树中TopEvent是顶层事件，最底层的事件X₁、X₂、X₃为基本事件分别对应部件X₁、X₂、X₃的失效事件。如果我们用布尔变量表示事件是否发生，如变量x₁表示事件X₁的状态，当x₁＝1表示事件X₁发生，即X₁部件故障，而当x₁＝0表示事件X₁不发生，即X₁部件正常。这样该故障树就等价于布尔表达式(x₁∨x₂)∧(x₁∨x₃)。

基于二进制决策图(BinaryDecisionDiagram，BDD)分析故障树通常包含以下2个步骤：

1)为所有的基本事件建立一个事件排序。

2)根据该变量排序，构造故障树对应的BDD。

已有研究表明，第二步所构造的BDD大小和事件排序有密切关系。例如对于图2中的故障树。当采用的事件排序为X1-X2-X3-X4得到的BDD如图3所示。当采用的事件排序为X4-X3-X2-X1得到的BDD如图4所示。显然事件排序X1-X2-X3-X4能够得到更小的BDD，所以该排序是更好的排序。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种结构简单，设计合理、使用方便的一种用于故障树决策图分析的模块化事件排序方法，它通过采用两遍排序的方法，把故障树模块和模块化故障树排序过程分开处理，能够获得最小的BDD。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明所述的一种用于故障树决策图分析的模块化事件排序方法，它采用如下的技术方案：

步骤一：对故障树进行模块化；

其采用如下步骤：

1)其模块化过程是一个自底向上的过程；

2)当发现一个故障树门下面包含的基本事件在其他地方没有出现过，则该门可以作为一个模块；

3)然后用一个模块变量进行替换，继续向上处理，直至故障树的顶层门；

步骤二：生成每个故障树模块的事件排序；

其采用如下步骤：

1)对于步骤一获得各个模块采用从左到右的方法进行事件排序；

2)得到排序的结果；

步骤三：生成模块化故障树的事件排序；

步骤四：采用替换法获得最终完整边排序；

其采用如下步骤：

1)将各个模块排序组成完整事件排序的关键是：从顶层门模块的排序开始，对排序中包含的模块变量用相对应的模块的排序替换；

2)替换过程可以递归进行，直至获得最终的完整边排序。

采用上述结构后，本发明有益效果为：本发明所述的一种用于故障树决策图分析的模块化事件排序方法，它通过采用两遍排序的方法，把故障树模块和模块化故障树排序过程分开处理，能够获得最小的BDD。

附图说明

图1是本发明的背景技术中故障树一实施例的结构示意图；

图2是本发明的背景技术中故障树另一实施例的结构示意图；

图3是本发明的背景技术中的事件排序为X1-X2-X3-X4得到的BDD的结构示意图；

图4是本发明的背景技术中的事件排序为X4-X3-X2-X1得到的BDD的结构示意图；

图5是本发明的故障树一实施例的结构示意图；

图6是本发明的故障树实例的模块化结果的结构示意图；

图7是本发明测试故障树的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

如图1所示，本发明所述的一种用于故障树决策图分析的模块化事件排序方法，它采用如下的方法步骤：

本具体实施例以图5所示的故障树为例：该故障树包含四个逻辑门g1，g2，g3，g4和6个基本事件x1，x2，x3，x4，x5，x6；

步骤一：对故障树进行模块化；

故障树的模块化过程是一个自底向上的过程。当发现一个故障树门下面包含的基本事件在其他地方没有出现过，则该门可以作为一个模块，然后用一个模块变量进行替换，继续向上处理，直至故障树的顶层门。

对于图1中的故障树实例。首先，检查最底层的门g4发现g4下面包含的基本事件在其他地方没有出现过，所以g4可以作为一个模块，用模块变量m3代替g4，继续向上处理，发现上层的门g2和g3下面包含的基本事件在其他地方没有出现过，所以g2和g3可以作为模块，用模块变量m1和m2代替g2和g3，继续向上处理，至故障树的顶层门g1，g1作为顶层门自动成为一个模块，用模块变量m0表示。

步骤二：生成每个故障树模块的事件排序；

对于步骤一获得各个模块可以采用从左到右的方法进行事件排序。

对于图2中的四个故障模块，所获得排序结果如下表所示。

模块排序结果

模块	模块排序结果
		m0	x1<m1<m2
m1	m3<x4
		m2	x2<x6
m3	x3<x5

步骤三：组合各个模块排序获得最终完整事件排序；

步骤四：采用替换法获得最终完整边排序；

将各个模块排序组成完整事件排序的关键是：从顶层门模块m0的排序开始，对排序中包含的模块变量mi用模块mi的排序替换，替换过程可以递归进行，直至获得最终的完整边排序。

对于图1中的故障树实例。顶层门模块m₀的排序为x₁<m₁<m₂，用模块m₁的排序m₃<x₄，模块m₂的排序x₂<x₆，替换x₁<m₁<m₂中的模块变量m₁和m2，获得排序x₁<m₃<x₄<x₂<x₆，然后继续用模块m₃的排序x₃<x₅，替换x₁<m₃<x₄<x₂<x₆中的模块变量m₃，获得最终完整事件排序x₁<x₃<x₅<x₄<x₂<x₆。

本发明的产生的效果：以测试一故障树例(图7)，来表明效果，其过程如下：

1)采用模块化方法获得排序为：x₁<x₅<x₂<x₃<x₄<x₆<x₇

2)该排序得到的BDD大小为10个节点。

3)为了检查该大小的BDD是不是最小的，我们对所有可能的排序都进行了比较。7个事件一共有5040种不同的事件排序。

4)其中68种不同的事件排序能够得到的10个节点的BDD(这68种排序中包括x₁<x₅<x₂<x₃<x₄<x₆<x₇)。

5)剩余的4972种不同的事件排序能够得到的大于10个节点的BDD。

以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (1)

1.一种用于故障树决策图分析的模块化事件排序方法，其特征在于：它采用如下的技术方案：

步骤一：对故障树进行模块化；

其采用如下步骤：

1)其模块化过程是一个自底向上的过程；

2)当发现一个故障树门下面包含的基本事件在其他地方没有出现过，则该门可以作为一个模块；

3)然后用一个模块变量进行替换，继续向上处理，直至故障树的顶层门；

步骤二：生成每个故障树模块的事件排序；

其采用如下步骤：

1)对于步骤一获得各个模块采用从左到右的方法进行事件排序；

2)得到排序的结果；

步骤三：生成模块化故障树的事件排序；

步骤四：采用替换法获得最终完整边排序；

其采用如下步骤：

1)将各个模块排序组成完整事件排序的关键是：从顶层门模块的排序开始，对排序中包含的模块变量用相对应的模块的排序替换；

2)替换过程可以递归进行，直至获得最终的完整边排序。