一种用于电路脆弱点识别的综合重要度分析方法

摘要

本发明提供了一种用于电路脆弱点识别的综合重要度分析方法，采用节点的关联重要度描述与该节点直接相连的节点个数，采用位置重要度描述网络中节点在网络拓扑中的位置，采用失效率重要度描述网络中节点自身发生失效的可能性大小，累加得到节点的综合重要度。本发明可以准确的分析得出复杂电子系统组成元器件重要度，有效地支撑了电子系统的剩余寿命预测或可靠性分析。

说明书

技术领域

本发明涉及一种重要度计算方法，涉及电子系统脆弱点分析、可靠性分析与设计、 剩余寿命预测等对重要度的需求应用。

背景技术

随着电子技术、微电子技术、半导体制造技术等科学技术的发展，电子系统也越 来越多地成为控制、动力、电源等功能系统不可或缺的关键组成部分。研究和实践均 证明，电子系统往往比机械系统等更早出现故障或失效。因此，分析和设计高可靠的 电子系统，以及诊断、预测已有电子系统的剩余寿命，已成为保障全系统/设备，特别 是航空航天、国防装备、电力、核等系统或设备安全服役的关键基础技术。

因此，为了提高复杂电子系统固有可靠性，往往需要在设计阶段进行电路的可靠 性分析，发现容易发生故障或失效的元器件，进而进行加固处理；同时，为了准确评 估复杂电子系统的寿命，而建立元器件到系统各个层次的完备的、用于剩余寿命预测 的物理模型，往往比较困难。因此，通过对电子系统的电路结构和电子元器件进行重 要度分析，得到复杂电子系统中最容易失效的关键器件，用关键器件的寿命来表征整 个产品的寿命往往是更合理的选择。

根据不同的应用情况，重要度有多种定义和计算方法。1967年，B.J.Garnick提出 要建立系统中各单元相对重要性的排列设想；1969年，Z.W.Birnbaum首先提出的且 在生产实际中被广泛应用的结构重要度(structuralimportance)和概率重要度(Birnbaum reliabilityimportance)；1974、1975年，W.E.Vesely，J.B.Fussell，P.Chatterrjee先后提 出了最小割集重要度概念；1975年，H.E.Lambert提出了关键重要度(criticality importance)、序贯重要度、危险比例因子重要度等概念；1975年，R.E.Barlow和 P.Proschan提出的B-P重要度(B-Pimportance)；1977年，D.A.Butler定义的一种不依赖 于部件的可靠度仅依赖于割集和路集的部件重要度C-重要度(Cutimportance)和P-重 要度(Pathimportance)；1982年，K.Nakashim提出了方差重要度；1983、1984年， P.S.Jakso，史定华将重要度的概念从单调关联系统推广到非单调关联系统；1988年， Zhi-JiePan等介绍了模特卡罗方差重要度(Monte-Carlovarianceimportance)等。

现有的重要度方法多是从故障树分析的角度开展研究。将电路系统抽象成网络模 型，分析其网络重要度仍没有全面的计算方法。而已有的网络可靠性分析等多从图论 的角度，仅分析网络节点所处结构的重要度以及节点间联接的可靠性，并不能适用于 电路系统可靠性分析与设计或寿命预测的需求。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种综合重要度分析方法，在复杂电子系 统多元器件构成的网络模型中，可实现易发生故障或失效的元器件(称之为脆弱点) 的识别。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

(1)采用节点的关联重要度描述与该节点直接相连的节点个数，节点的关联重要 度式中，C_d(v_i)＝d(v_i)为节点v_i的度，d(v_i)是与节点v_i直接相连的节 点个数，n为网络节点的总数；

(2)采用位置重要度描述网络中节点在网络拓扑中的位置，节点的位置重要度 式中，为节点v_i的紧密度，v_ij为节点v_j到节点v_i的距 离；

(3)采用失效率重要度描述网络中节点自身发生失效的可能性大小，节点的失效 率重要度式中，λ(v_i)为节点v_i的失效率；

(4)计算节点v_i的综合重要度K(v_i)＝C_D(v_i)+C_C(v_i)+C_P(v_i)。

本发明的有益效果是：可以准确的分析得出复杂电子系统组成元器件重要度，有 效地支撑了电子系统的剩余寿命预测或可靠性分析。

附图说明

图1是开环Boost电路原理图；

图2是开环Boost电路的等效网络模型。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

本发明针对电子系统构建的网络模型，结合各个元器件，即节点在网络拓扑中与 之直接关联的节点个数(称为关联重要度)、节点在网络拓扑中的位置(称为位置重要 度)以及节点本身的失效率(称为失效率重要度)，提出了一种可用于电路脆弱点识别， 能更加全面、真实地反映一个节点(元器件)重要度的方法。

结合复杂电子系统组成元器件构成的网络模型，以每个元器件为网络的一个节点。 本发明的综合重要度计算公式如下

K(v_i)＝C_D(v_i)+C_C(v_i)+C_P(v_i)(1)

式中，K(v_i)——节点v_i的重要度；C_D(v_i)——节点v_i关联重要度；C_C(v_i)——节点v_i位 置重要度；C_P(v_i)——节点v_i的失效率重要度。其中，

(1)关联重要度

节点的关联重要度描述的是与该节点直接相连的节点个数，用节点的度指标C_d(v_i) 来表示，对其进行归一化处理后，节点的关联重要度C_D(v_i)的计算公式为

$C_D\left(v_i\right)=\frac{C_d\left(v_i\right)}{\underset{k=1}{\overset{n}{\Sigma }}{C}_d\left(v_k\right)}---\left(2\right)$

式中，C_d(v_i)＝d(v_i)，为节点v_i的度，d(v_i)是与节点v_i直接相连的节点个数，n为网络 节点的总数。

(2)位置重要度

位置重要度用于描述网络中节点在网络拓扑中的位置，用节点的紧密度指标C_c(v_i) 来表示，对其进行归一化处理后，节点的位置重要度C_C(v_i)的计算公式为

$C_C\left(v_i\right)=\frac{C_c\left(v_i\right)}{\underset{k=1}{\overset{n}{\Sigma }}{C}_c\left(v_k\right)}---\left(3\right)$

式中，为节点v_i的紧密度，n是网络节点总数，v_ij为节点v_j到节点v_i的距离(这里有相连关系的两个节点之间距离均为1)。

(3)失效率重要度

失效率重要度用于描述网络中节点自身发生失效的可能性大小，其值越大，对应 节点的可靠性越低。设节点v_i的失效率为λ(v_i)，对其进行归一化处理，节点的失效率 重要度C_P(v_i)的计算公式为

$C_P\left(v_i\right)=\frac{\lambda \left(v_i\right)}{\underset{k=1}{\overset{n}{\Sigma }}\lambda \left(v_k\right)}---\left(4\right)$

式中，λ(v_i)为节点v_i的失效率，可以采用应力分析法进行计算。

本发明以开环Boost电路为例，开环Boost电路是一种升压型的非隔离DC-DC变 换电路，该电路存在充电和放电两种工作过程，其电路结构如图1所示。

构建图1开环Boost电路对应的网络模型，如图2所示。

在图2等效网络模型基础上，进行重要度计算，结果如表1所示。

表1开环Boost电路元器件的重要度分析结果

从表1中可知，电容C的重要度值最大，为1.0755，是Boost转换器的关键器件。 因此，可以用Boost转换器中电容的寿命来表征整个Boost转换器的寿命。这一结论 和LahyaniA、LifengW等研究的结论一致，验证了本发明的有效性。