CN108319673B - 一种基于关系数据库的故障树构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于关系数据库的故障树构建方法，包括：步骤1，建立产品信息关系数据库；步骤2，挑选出目标产品；步骤3，获取目标产品的第一故障模式，作为顶事件；步骤4，挑选出目标顶事件；步骤5，从目标产品的同层产品和下一层产品的故障模式中筛选引发目标顶事件的故障模式作为底事件；步骤6，将底事件关联形成故障原因，记录故障原因；步骤7，如果顶事件全部被挑选，则执行步骤8，否则返回步骤4；步骤8，如果产品是否全部被挑选，则执行步骤9，否则返回步骤2；步骤9，结束。本发明不仅避免了对产品设计人员能力的依赖，还使故障树随着产品研制过程而不断更新和完善，具有故障树构建准确、快速、可靠性高等优点。

Description

一种基于关系数据库的故障树构建方法

技术领域

本发明涉及故障树技术领域，更为具体地，本发明为一种基于关系数据库的故障树构建方法。

背景技术

关系数据库，是目前最成熟和应用最广泛的数据库系统，其通过数据结构表征各种信息及其关联关系，以实现数据的高效组织和管理，是当代各类计算机信息系统的核心。

故障树(Fault Tree，简称FT)是基于研究对象的结构、功能特征和故障信息的行为模型，是一种以系统失效为顶事件、以可能导致系统失效的其他条件为中间事件和底事件、用逻辑门表示因果关系的特殊倒立树状逻辑图。

故障树分析法(Fault Tree Analysis，简称FTA)是安全系统工程中最重要的分析方法，在数学上是一种逻辑严密、自上而下、逐级演绎的分析方法，在形式上以树状图形式表明系统中故障事件和其他事件之间的相互影响、直观地描述故障事件是如何发生的。故障树分析法对于系统的故障诊断与定位是一个快速、准确的方法，构建故障树的关键是要清楚地了解所分析的系统功能逻辑关系、故障模式、影响以及致命性，故障树的完善与否将直接影响故障诊断定性分析与定量计算结果的准确性。

但是，随着系统复杂程度的增加，可能的故障数目在呈指数速度增加，系统间的相互交联也变得复杂，往往需要产品设计人员非常熟悉整个产品结构和故障模式才能建立故障树，对设计人员能力的依赖性过高；而且，随着产品研制过程的进行，故障树变得越来越复杂，常规方法需要大量的时间才能完成故障树构建；因此，通过常规方法构建故障树是非常困难的。

因此，构建故障树时如何避免对设计人员的过分依赖、提高故障树的构建速度，成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题和始终研究的重点。

发明内容

为解决现有故障树构建方法对产品设计人员依赖过大的问题，本发明创新地提出了一种基于关系数据库的故障树构建方法，各个产品设计人员只需要熟悉自身所负责的产品结构和故障模式信息，在建立产品信息关系数据库后，即可生成任意产品任意顶事件的完整故障树，从而有效克服了产品设计人员必须非常熟悉整个产品结构和故障模式才能建立故障树的问题，避免了必须同时对整个产品结构和故障模式的分析过程，进而有效避免了对产品设计人员经验和个人能力的依赖。

为实现上述的技术目的，本发明公开了一种基于关系数据库的故障树构建方法，所述方法包括如下步骤：

步骤1，建立产品信息关系数据库，且所述产品信息关系数据库包括产品基本信息数据表、产品构成信息数据表、产品故障模式信息数据表及产品分层故障树信息数据表；其中，所述产品基本信息数据表用于按层次记录各产品，所述产品构成信息数据表用于记录各产品的组成产品，所述产品故障模式信息数据表用于记录产品的故障模式，所述产品分层故障树信息数据表用于记录故障原因；

步骤2，按照层次记录的自上而下顺序，从所述产品基本信息数据表中挑选出一个目标产品，且该目标产品尚未被挑选过；

步骤3，从所述产品故障模式信息数据表中获取所述目标产品的第一故障模式，然后分别将每个第一故障模式作为一个顶事件；

步骤4，从所述目标产品的所有顶事件中挑选出一个目标顶事件，且该目标顶事件未被挑选过；

步骤5，从所述产品构成信息数据表中查询所述目标产品的同层产品和下一层产品，从所述产品故障模式信息数据表中获取所述下一层产品的第二故障模式和所述同层产品的第三故障模式，从所有的第二故障模式和所有的第三故障模式中筛选出引发所述目标顶事件的故障模式作为所述目标顶事件的底事件；

步骤6，将目标顶事件的所有底事件通过运算符进行关联，将关联后形成的字符串作为故障原因，再通过所述产品分层故障树信息数据表记录所述故障原因；

步骤7，判断所述目标产品的所有顶事件是否全部被挑选，如果是，则执行步骤8；如果否，则返回步骤4；

步骤8，判断所述产品基本信息数据表中记录的所有产品是否全部被挑选，如果是，则执行步骤9；如果否，则返回步骤2；

步骤9，结束故障树的创建。

进一步地，步骤1中，将产品ID作为该产品在所述产品信息关系数据库中的唯一标识，所述产品基本信息数据表记录的各产品包括主系统、分系统、单机及各组件。

进一步地，步骤1中，为所述产品故障模式信息数据表中的每一个故障模式分配一个故障模式ID，并将故障模式ID作为该故障模式在所述产品信息关系数据库中的唯一标识。

进一步地，步骤1中，产品的组成产品包括该产品的下一层产品。

进一步地，步骤2中，在所述产品基本信息数据表中首次挑选出的目标产品为记录在顶层的产品。

进一步地，步骤6中，还包括通过所述产品分层故障树信息数据表记录所述故障原因对应的第一故障模式的步骤。

进一步地，步骤6中，使用的运算符包括“与”、“或”、“异或”。

本发明的有益效果为：本发明不仅有效避免了对产品设计人员能力的依赖，还能够使故障树随着产品研制过程而不断更新和完善，具有故障树构建准确、快速、可靠性高等突出优点。本发明构建的故障树，既可以在发生故障时辅助进行快速排故，也可用于设计产品的故障诊断系统。同时，在研制过程中通过本发明的故障树可以分析系统的薄弱环节，进行改进和优化，提高产品可靠性。

附图说明

图1为基于关系数据库的故障树构建方法的流程示意图。

图2为利用本发明构建故障树的实施流程图。

图3为通过本发明构建的故障树进行排故的实施流程图。

图4为通过本发明构建的完整故障树的结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的基于关系数据库的故障树构建方法进行详细的解释和说明。

如图1至4所示，本实施例具体公开了一种基于关系数据库的故障树构建方法，该方法包括如下步骤。

步骤1，建立产品信息关系数据库，本实施例的关系数据库包括至少四个数据表，具体来说，产品信息关系数据库包括产品基本信息数据表、产品构成信息数据表、产品故障模式信息数据表及产品分层故障树信息数据表；其中，产品基本信息数据表用于按层次记录各产品，产品构成信息数据表用于记录各产品的组成产品，本实施例中，产品的组成产品也可按层次记录且可仅包括该产品的下一层产品，产品故障模式信息数据表用于记录产品的故障模式，产品故障模式信息可通过FME(C)A的方法获得，产品分层故障树信息数据表用于记录故障原因，具体为产品的故障模式的故障原因；本实施例中，将产品ID作为该产品在产品信息关系数据库中的唯一标识，产品基本信息数据表记录的各产品包括按层次关系设置的主系统、分系统、单机及各组件(零部组件)；如下表所示。

本实施例中，为产品故障模式信息数据表中的每一个故障模式分配一个故障模式ID，并将故障模式ID作为该故障模式在产品信息关系数据库中的唯一标识；如下表所示。

需要说明的是，产品基本信息数据表、产品构成信息数据表以及产品故障模式信息数据表描述了包括顶层产品在内的各层产品的基本信息，是本实施例创建故障树的基础，需要提前建立相关完整记录。本实施例中，产品分层故障树信息数据表用于存储各层产品的故障树信息，其记录是在前三个数据表基础上通过人机交互程序创建的，下述内容会对记录的生成过程进行详细说明。

步骤2，如图1、2所示，按照层次记录的自上而下顺序，从产品基本信息数据表中挑选出一个目标产品，且该目标产品尚未被挑选过；其中，在产品基本信息数据表中首次挑选出的目标产品为记录在顶层的产品。

复杂产品是由多层次的产品构成的，产品间的构成关系通过产品构成信息数据表体现。从逻辑上，如果不考虑环境原因(即认为产品按要求的使用环境条件设计，且实际使用环境未超出设计环境条件)和人为失误原因(即认为均按正确的程序、方法等进行操作)，则顶层产品的故障原因必定是底层产品的故障模式，中间层产品的故障原因可能是下一层产品的故障模式(即直接故障)或同层产品的故障(诱发故障)；鉴于此，本发明具体还采用了下述技术手段。

步骤3，从产品故障模式信息数据表中获取目标产品的第一故障模式，然后分别将每个第一故障模式作为一个顶事件。

步骤4，从目标产品的所有顶事件中挑选出一个目标顶事件，且该目标顶事件未被挑选过。

步骤5，从产品构成信息数据表中查询目标产品的同层产品和下一层产品，从产品故障模式信息数据表中获取下一层产品的第二故障模式以及同层产品的第三故障模式，从所有的第二故障模式和所有的第三故障模式中筛选出引发目标顶事件的故障模式作为目标顶事件的底事件；

步骤6，将目标顶事件的所有底事件通过运算符进行关联，将关联后形成的字符串作为故障原因，再通过产品分层故障树信息数据表记录故障原因；本实施例中，还包括通过产品分层故障树信息数据表记录故障原因对应的第一故障模式的步骤，从而产品分层故障树信息数据表中至少包括故障模式和故障原因两个字段，如下表所示，特殊地，如果该记录的故障模式为最底层故障模式，则在故障原因中用字符串描述故障原因，字符串用双引号(也可采用其它符号)表示。本实施例中，使用的运算符包括“与”、“或”、“异或”、“括号”等，符号表示分别为“+”、“×”、“！”、“()”，如果按照故障树的描述方式，运算符“+”表示相邻事件为“或门”关系，相邻事件中的任一事件发生，都会导致顶事件发生；“×”表示相邻事件为“与门”关系，相邻事件同时都发生，才会导致顶事件发生；“！”表示相邻事件之间为“异或门”关系，只有一个事件发生而其它事件不发生时才会导致顶事件发生；“()”表示相邻事件的顺序关系，如果运算公式包括在“()”内，则表示事件的发生必须遵循由左向右顺序发生的关系，“()”可以嵌套使用。运算符的优先级从高到低依次为“()”、“×”、“！”、“+”。当然，本发明也可根据具体需要使用其他的运算符关联底事件。

图4中，

表示或门、

表示与门、

表示异或门、

表示中间事件、

表示底事件，n＝1,2,3……。

步骤7，判断目标产品的所有顶事件是否全部被挑选，如果是，则执行步骤8；如果否，则返回步骤4；

步骤8，判断产品基本信息数据表中记录的所有产品是否全部被挑选，如果是，则执行步骤9；如果否，则返回步骤2；

步骤9，上述步骤完成后，则结束故障树的创建。

本发明提出的基于关系数据库的故障树构建方法，能够充分利用研制开发过程中积累的FMEA结果，通过统一的数据结构描述故障模式信息，并利用不同层次产品故障模式的关联关系，由计算机辅助自动生成故障树。

下面以产品发生故障时进行故障树分析排故为例，具体说明如何使用本发明所创建的故障树，如图3所示。

(1)根据故障现象确定发生故障的产品；

(2)根据故障现象和产品查询“产品故障模式信息数据表”，确定该故障现象的故障模式，选择作为故障树的顶事件；

(3)利用该顶事件的故障模式ID，可自动在“产品分层故障树信息数据表”中进行搜索，查到故障原因记录；

(4)对由多个底事件构成的故障原因记录(由故障模式ID和运算符构成的字符串)进行解析，用“与门”、“或门”、“异或门”以及“顺序门”等组合构成该顶事件的第一层中间事件；

(5)以第一层的每一个中间事件为顶事件，重复步骤(3)-(4)，以获得该顶事件的第二层中间事件；

(6)继续对每层事件进行上述处理，直到找到所有底事件；

(7)将故障树结构显示或打印输出；

(8)对每一个底事件通过查询“产品分层故障树信息数据表”，即可获得该产品详细的故障原因，可再根据产品运行状态参数和现象逐一进行故障排查和定位。

另外，需要说明的是，本发明涉及的“产品”应理解为使用本方法的“对象”，比如，特种车或发射车的控制系统等等。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

在本说明书的描述中，参考术语“本实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明实质内容上所作的任何修改、等同替换和简单改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于关系数据库的故障树构建方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

步骤1，建立产品信息关系数据库，且所述产品信息关系数据库包括产品基本信息数据表、产品构成信息数据表、产品故障模式信息数据表及产品分层故障树信息数据表；其中，所述产品基本信息数据表用于按层次记录各产品，所述产品构成信息数据表用于记录各产品的组成产品，所述产品故障模式信息数据表用于记录产品的故障模式，所述产品分层故障树信息数据表用于记录故障原因；其中，将产品ID作为该产品在所述产品信息关系数据库中的唯一标识，所述产品基本信息数据表记录的各产品包括主系统、分系统、单机及各组件；为所述产品故障模式信息数据表中的每一个故障模式分配一个故障模式ID，并将故障模式ID作为该故障模式在所述产品信息关系数据库中的唯一标识；

步骤2，按照层次记录的自上而下顺序，从所述产品基本信息数据表中挑选出一个目标产品，且该目标产品尚未被挑选过；

步骤3，从所述产品故障模式信息数据表中获取所述目标产品的第一故障模式，然后分别将每个第一故障模式作为一个顶事件；

步骤4，从所述目标产品的所有顶事件中挑选出一个目标顶事件，且该目标顶事件未被挑选过；

步骤5，从所述产品构成信息数据表中查询所述目标产品的同层产品和下一层产品，从所述产品故障模式信息数据表中获取所述下一层产品的第二故障模式和所述同层产品的第三故障模式，从所有的第二故障模式和所有的第三故障模式中筛选出引发所述目标顶事件的故障模式作为所述目标顶事件的底事件；

步骤6，将目标顶事件的所有底事件通过运算符进行关联，将关联后形成的字符串作为故障原因，再通过所述产品分层故障树信息数据表记录所述故障原因；

步骤7，判断所述目标产品的所有顶事件是否全部被挑选，如果是，则执行步骤8；如果否，则返回步骤4；

步骤8，判断所述产品基本信息数据表中记录的所有产品是否全部被挑选，如果是，则执行步骤9；如果否，则返回步骤2；

步骤9，结束故障树的创建。

2.根据权利要求1所述的基于关系数据库的故障树构建方法，其特征在于：步骤1中，产品的组成产品包括该产品的下一层产品。

3.根据权利要求2所述的基于关系数据库的故障树构建方法，其特征在于：步骤2中，在所述产品基本信息数据表中首次挑选出的目标产品为记录在顶层的产品。

4.根据权利要求1或3所述的基于关系数据库的故障树构建方法，其特征在于：步骤6中，还包括通过所述产品分层故障树信息数据表记录所述故障原因对应的第一故障模式的步骤。

5.根据权利要求4所述的基于关系数据库的故障树构建方法，其特征在于：步骤6中，使用的运算符包括“与”、“或”、“异或”。

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