CN110517369B - 基于思维导图的故障树构建方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于思维导图的故障树构建方法，包含以下步骤：一、分析系统架构的功能信息流图，绘制功能信息流的思维导图；二、收集思维导图中各节点发生丧失的概率和错误的概率和为上述节点供电的供电设备的安全性信息；三、利用思维导图分别构建功能丧失故障树和功能错误故障树；四、针对功能丧失故障树，添加供电设备影响；五、根据节点发生丧失的概率和供电设备的安全性信息对功能丧失故障树中所有的节点添加失效信息，根据节点发生错误的概率对功能错误故障树中所有的节点添加故障信息。本发明实现了故障树的快速构建，满足航空电子系统对功能安全性分析的需求。

Description

基于思维导图的故障树构建方法和系统
技术领域
本发明涉及一种基于思维导图的故障树构建方法和系统。
背景技术
航空电子系统是高安全攸关系统，其功能信息的可用性和完整性是飞机安全性保证的重要保障，利用故障树对功能进行安全性分析是系统安全性设计和分析的重要组成部分。
传统的故障树构建过程依赖于安全性工程师对系统的理解，采用Relax等故障树分析工具进行绘制。当多个安全性工程师协同工作时，容易出现中间事件命名规范不一，也容易出现故障树分析同系统功能设计不一致的情况，故障树构建和确认工作量都非常大，可重用性差。
发明内容
为了满足对航空电子系统快速构建故障树以开展功能安全性分析的需求，本发明的发明目的在于提供一种基于思维导图的故障树快速构建方法和一种基于思维导图的故障树快速构建系统。
本发明的发明目的通过以下技术方案实现：
一种基于思维导图的故障树构建方法，包含以下步骤：
步骤一、分析系统架构的功能信息流图，确定功能信息从源头到终点流经的设备，并以此为基础绘制功能信息流的思维导图；其中，思维导图中的一个节点对应功能信息流经的一个设备；
步骤二、收集思维导图中各节点发生丧失的概率和错误的概率，即设备的可用性指标和设备的完整性指标，同时，收集为上述节点供电的供电设备的安全性信息，包括供电设备的可用性和完整性指标；在此基础上，将上述信息整合存入配置文件中。
步骤三、利用思维导图分别构建功能丧失故障树和功能错误故障树，其中：
针对功能丧失故障树，从思维导图左侧起点开始，广度遍历所有节点，当一个节点的右侧存在若干个节点时，则增加一个与门作为该节点的上级，同时该节点和右侧的节点为该与门的输入；
针对功能错误故障树，从思维导图左侧起点开始，广度遍历所有节点，当一个节点的右侧存在若干个节点时，则增加一个或门作为该节点的上级，同时该节点和右侧的节点为该或门的输入；
步骤四、针对功能丧失故障树，将各节点修正为或门，将为原节点供电的供电设备作为一个节点与原节点一起作为该或门的输入；
步骤五、根据节点发生丧失的概率和供电设备的安全性信息对功能丧失故障树中所有的节点添加失效信息，根据节点发生错误的概率对功能错误故障树中所有的节点添加故障信息。
步骤六、转功能丧失故障树和功能错误故障树为能被其它软件接受的导入文件。
一种基于思维导图的故障树构建系统，包含思维导图构建模块、安全性配置模块和故障树构建模块；
思维导图构建模块用于对导入的功能信息流图进行分析，确定功能信息从源头到终点流经的设备，并以此为基础绘制功能信息流的思维导图；其中，思维导图中的一个节点对应功能信息流经的一个设备；
安全性配置模块用于收集思维导图中各节点发生丧失的概率和错误的概率，即设备的可用性指标和设备的完整性指标，同时，收集为上述节点供电的供电设备的安全性信息，包括供电设备的可用性和完整性指标；
故障树构建模块先利用思维导图分别构建功能丧失故障树和功能错误故障树，其中：
针对功能丧失故障树，从思维导图左侧起点开始，广度遍历所有节点，当一个节点的右侧存在若干个节点时，则增加一个与门作为该节点的上级，同时该节点和右侧的节点为该与门的输入；
针对功能错误故障树，从思维导图左侧起点开始，广度遍历所有节点，当一个节点的右侧存在若干个节点时，则增加一个或门作为该节点的上级，同时该节点和右侧的节点为该或门的输入；
然后，针对功能丧失故障树，将各节点修正为或门，将为原节点供电的供电设备作为一个节点与原节点一起作为该或门的输入；
最后，根据节点发生丧失的概率和供电设备的安全性信息对功能丧失故障树中所有的节点添加失效信息，根据节点发生错误的概率对功能错误故障树中所有的节点添加故障信息。
进一步，基于思维导图的故障树构建系统还包含故障树输出模块，用于转功能丧失故障树和功能错误故障树为能被其它软件接受的导入文件。
本发明的有益效果在于：
本发明对航空电子系统功能构建故障树，能够满足安全性设计与分析的要求。本发明以思维导图为输入构建故障树，构建的故障树中节点信息文本可规范定义，且输出文件可被Relex接受，易于计算机实现，具有较强实用价值。
附图说明
图1为基于思维导图的故障树快速构建方法的流程图。
图2为功能信息流图的示意图。
图3为思维导图的示意图。
图4为功能丧失故障树的构建过程示意图。
图5为功能错误故障树的构建过程示意图。
图6为基于思维导图的故障树快速构建系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例一
参见图1所示，本实施例所示的一种基于思维导图的故障树构建方法，包含以下步骤：
步骤一、分析系统架构的功能信息流图，确定功能信息从源头到终点流经的设备，并以此为基础绘制功能信息流的思维导图；其中，思维导图中的一个节点对应功能信息流经的一个设备。
作为举例说明，功能信息流图如图2所示，信息源1(RM1)和信息源2(RM2)感知外部信息，可以理解为传感器等信息采集设备，信息综合设备(PM)将信息源1和信息源2的数据进行综合处理，然后将处理结果交由信息显示设备(DU)进行显示。根据该功能信息流图绘制的思维导图如图3所示。
步骤二、收集思维导图中各节点发生丧失的概率和错误的概率，即设备的可用性指标和设备的完整性指标，同时，收集为上述节点供电的供电设备的安全性信息，包括供电设备的可用性和完整性指标；在此基础上，将上述信息整合存入配置文件中。功能信息流途经设备供电的电源信息如表1所示。
表1
设备 电源 电源安全性信息(丧失)
DU POWER_1 1E-3
PM POWER_2 2E-3
RM1 POWER_3 3E-3
RM2 POWER_4 4E-3
步骤三、利用思维导图分别构建功能丧失故障树和功能错误故障树。其中：
针对功能丧失故障树，从思维导图左侧起点开始，广度遍历所有节点，当一个节点的右侧存在若干个节点时，则增加一个与门作为该节点的上级，同时该节点和右侧的节点作为底事件节点接入该与门的输入端，如图4中(1)(2)(3)所示。
针对功能错误故障树，从思维导图左侧起点开始，广度遍历所有节点，当一个节点的右侧存在若干个节点时，则增加一个或门作为该节点的上级，同时该节点和右侧的节点作为底事件节点接入该或门的输入，如图5所示。
本实施例中，丧失故障树和功能错误故障树的构建是参照开放概率安全性评估(OPSA)格式规范，但不限于此一种方式，也可以参照参考其它的规范。
步骤四、针对功能丧失故障树，将各节点修正为或门，将为原节点供电的供电设备与原节点一起作为底事件节点接入该或门的输入端，如图4中(4)所示；
步骤五、根据节点发生丧失的概率和供电设备的安全性信息对功能丧失故障树中所有的节点添加失效信息，根据节点发生错误的概率对功能错误故障树中所有的节点添加故障信息。
步骤六、转功能丧失故障树和功能错误故障树为能被其它软件接受的导入文件。例如，转故障树为可以被Relex接受的导入文件，将故障树转存为MS Excel文件，首行为Relex规定的标题行，其后从故障树顶事件起，采用深度遍历的方式将每个门和底事件节点提取信息，均存储为一行记录。计算底事件重复的个数，并更新到文件中。
实施例二
本实施例提供了一种实现实施例一所述的一种基于思维导图的故障树构建方法的一种基于思维导图的故障树构建系统，包含思维导图构建模块、安全性配置模块、故障树构建模块和故障树输出模块。
思维导图构建模块用于对导入的功能信息流图进行分析，确定功能信息从源头到终点流经的设备，并以此为基础绘制功能信息流的思维导图；其中，思维导图中的一个节点对应功能信息流经的一个设备。
安全性配置模块用于收集思维导图中各节点发生丧失的概率和错误的概率，即设备的可用性指标和设备的完整性指标，同时，收集为上述节点供电的供电设备的安全性信息，包括供电设备的可用性和完整性指标。各节点发生丧失的概率和错误的概率和供电设备的安全性信息可以制作成配置文件导入安全性配置模块，安全性配置模块对配置文件进行解析还原出各节点发生丧失的概率和错误的概率和供电设备的安全性信息。
故障树构建模块先利用思维导图分别构建功能丧失故障树和功能错误故障树，其中：
针对功能丧失故障树，从思维导图左侧起点开始，广度遍历所有节点，当一个节点的右侧存在若干个节点时，则增加一个与门作为该节点的上级，同时该节点和右侧的节点为该与门的输入；
针对功能错误故障树，从思维导图左侧起点开始，广度遍历所有节点，当一个节点的右侧存在若干个节点时，则增加一个或门作为该节点的上级，同时该节点和右侧的节点为该或门的输入；
然后，针对功能丧失故障树，将各节点修正为或门，将为原节点供电的供电设备作为一个节点与原节点一起作为该或门的输入；
最后，根据节点发生丧失的概率和供电设备的安全性信息对功能丧失故障树中所有的节点添加失效信息，根据节点发生错误的概率对功能错误故障树中所有的节点添加故障信息。
故障树输出模块用于转功能丧失故障树和功能错误故障树为能被其它软件接受的导入文件。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于思维导图的故障树构建方法，包含以下步骤：
步骤一、分析系统架构的功能信息流图，确定功能信息从源头到终点流经的设备，并以此为基础绘制功能信息流的思维导图；其中，思维导图中的一个节点对应功能信息流经的一个设备；
步骤二、收集思维导图中各节点发生丧失的概率和错误的概率，即设备的可用性指标和设备的完整性指标，同时，收集为上述节点供电的供电设备的安全性信息，包括供电设备的可用性和完整性指标；
步骤三、利用思维导图分别构建功能丧失故障树和功能错误故障树，其中：
针对功能丧失故障树，从思维导图左侧起点开始，广度遍历所有节点，当一个节点的右侧存在若干个节点时，则增加一个与门作为该节点的上级，同时该节点和右侧的节点为该与门的输入；
针对功能错误故障树，从思维导图左侧起点开始，广度遍历所有节点，当一个节点的右侧存在若干个节点时，则增加一个或门作为该节点的上级，同时该节点和右侧的节点为该或门的输入；
步骤四、针对功能丧失故障树，将各节点修正为或门，将为原节点供电的供电设备作为一个节点与原节点一起作为该或门的输入；
步骤五、根据节点发生丧失的概率和供电设备的安全性信息对功能丧失故障树中所有的节点添加失效信息，根据节点发生错误的概率对功能错误故障树中所有的节点添加故障信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于思维导图的故障树构建方法，其特征在于还包含：
步骤六、转功能丧失故障树和功能错误故障树为能被其它软件接受的导入文件。
3.一种基于思维导图的故障树构建系统，包含思维导图构建模块、安全性配置模块和故障树构建模块，其特征在于；
思维导图构建模块用于对导入的功能信息流图进行分析，确定功能信息从源头到终点流经的设备，并以此为基础绘制功能信息流的思维导图；其中，思维导图中的一个节点对应功能信息流经的一个设备；
安全性配置模块用于收集思维导图中各节点发生丧失的概率和错误的概率，即设备的可用性指标和设备的完整性指标，同时，收集为上述节点供电的供电设备的安全性信息，包括供电设备的可用性和完整性指标；
故障树构建模块先利用思维导图分别构建功能丧失故障树和功能错误故障树，其中：
针对功能丧失故障树，从思维导图左侧起点开始，广度遍历所有节点，当一个节点的右侧存在若干个节点时，则增加一个与门作为该节点的上级，同时该节点和右侧的节点为该与门的输入；
针对功能错误故障树，从思维导图左侧起点开始，广度遍历所有节点，当一个节点的右侧存在若干个节点时，则增加一个或门作为该节点的上级，同时该节点和右侧的节点为该或门的输入；
然后，针对功能丧失故障树，将各节点修正为或门，将为原节点供电的供电设备作为一个节点与原节点一起作为该或门的输入；
最后，根据节点发生丧失的概率和供电设备的安全性信息对功能丧失故障树中所有的节点添加失效信息，根据节点发生错误的概率对功能错误故障树中所有的节点添加故障信息。
4.根据权利要求3所述的一种基于思维导图的故障树构建系统，其特征在于还包含故障树输出模块，用于转功能丧失故障树和功能错误故障树为能被其它软件接受的导入文件。
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