一种考虑内外在故障的基于不完全覆盖的可靠性分析方法

摘要

本发明公开了一种考虑内在故障和外在故障的基于不完全覆盖的可靠性分析方法，包括：构建由多个组件组成的系统，并构建系统可靠性故障树，据此得到对应的布尔结构函数；判断故障树中每个节点所属的故障类型是内在故障还是外在故障；计算每个节点的最小无关触发，最小无关触发发生后，节点对应组件的状态变为无关状态，无关状态组件发生未覆盖内在故障不影响系统的正常工作；依据不可靠度函数来计算系统的不可靠度，从而获得系统可靠度的结果。本发明针对不同影响范围的故障划分了内在故障和外在故障，同时结合组件的相关性，从而考虑了无关组件的未覆盖内在故障对系统的影响，提高系统可靠度。

说明书

技术领域

本发明涉及可靠性处理技术领域，具体为一种考虑内外在故障的基于不完全覆盖的可靠性分析方法。

背景技术

容错技术广泛应用于航空航天、核电水利、通信网络、交通运输等诸多行业关键系统中，是实现高可靠性的重要技术。由于某些原因，即使系统中有足够的冗余，也无法通过自动恢复机制来发现或覆盖某些组件故障，例如未检测到的泄漏和病毒入侵。因为无法检测到故障组件并对其进行重新配置，这些未发现的故障将直接导致系统故障。

在传统的不完全覆盖模型中，通常假设系统是初始单调关联的(coherent)，覆盖范围仅限于故障组件，但是根据不同的系统结构，很多初始相关的组件有可能因为其他组件失效而变成无关的。同时组件的故障类型也依据影响范围的不同可以更进一步划分。

因此在对系统的可靠性分析中，需同时考虑组件之间的相关性和组件故障的影响范围。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种考虑内在故障和外在故障的基于不完全覆盖的可靠性分析方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种考虑内外在故障的基于不完全覆盖的可靠性分析方法，包括：

步骤1，构建由多个组件组成的系统，并构建系统可靠性故障树，据此得到对应的布尔结构函数；

步骤2，判断故障树中每个节点所属的故障类型是内在故障还是外在故障；

步骤3，计算每个节点的最小无关触发，最小无关触发发生后，节点对应组件的状态变为无关状态，无关状态组件发生未覆盖的内在故障不影响系统的正常工作；

步骤4，依据不可靠度函数来计算系统的不可靠度，从而获得系统可靠度的结果。

其中，步骤1中，构建的布尔结构函数是单调函数，系统中组件之间故障的发生是独立同分布的，系统是不可修复的系统，一旦满足顶事件的发生，整个系统失效。

其中，步骤2中，节点与系统中的组件一一对应，组件的故障分为内在故障和外在故障；其中，内在故障的影响范围仅限于故障组件本身，外在故障将影响系统其他组件进而导致整个系统失效；同一个组件故障依据物理影响范围来判别是否属于内在故障或者外在故障。

其中，最小无关触发(MIT)表示系统运行过程中各部件变得不相关的情况，组件对应的MITs的计算如下：

其中最小割集(MCS)有效地描述了导致故障树顶部事件发生的部件故障的组合，

其中，x

其中，步骤3中，计算不可靠度的函数由两部分组成，一部分是传统的不完全覆盖模型所考虑的函数，另一部分是考虑了最小无关触发的存在的函数；当一个无关组件发生不影响其他组件的内在故障后，这种故障是不影响系统状态的，相关组件的未覆盖内在故障和其他组件的未覆盖外在故障会导致系统顶事件的发生，从而计算得到系统不可靠度。

其中，使用四元决策图计算系统的不可靠度，从而获得系统可靠度的结果；

X＝{X

其中，F为不可靠度的函数，F

本发明提供的一种考虑内在故障和外在故障的基于不完全覆盖的可靠性分析方法，包括：构建由多个组件组成的系统，并构建系统可靠性故障树，据此得到对应的布尔结构函数；判断故障树中每个节点所属的故障类型是内在故障还是外在故障；计算每个节点的最小无关触发，最小无关触发发生后，节点对应组件的状态变为无关状态，无关状态组件发生未覆盖内在故障不影响系统的正常工作；依据不可靠度函数来计算系统的不可靠度，从而获得系统可靠度的结果。本发明针对不同影响范围的故障划分了内在故障和外在故障，同时结合组件的相关性，从而考虑了无关组件的未覆盖内在故障对系统的影响，提高系统可靠度。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明提供的一种考虑内在故障和外在故障的基于不完全覆盖的可靠性分析方法的流程示意图。

图2为本发明提供的一种考虑内在故障和外在故障的基于不完全覆盖的可靠性分析方法的系统故障树的示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

参阅图1，本发明提供了一种考虑内外在故障的基于不完全覆盖的可靠性分析方法，包括：

步骤1，构建由多个组件组成的系统，并构建系统可靠性故障树，据此得到对应的布尔结构函数；

步骤2，判断故障树中每个节点所属的故障类型是内在故障还是外在故障；

步骤3，计算每个节点的最小无关触发，最小无关触发发生后，节点对应组件的状态变为无关状态，无关状态组件发生未覆盖内在故障不影响系统的正常工作；

步骤4，依据不可靠度函数来计算系统的不可靠度，从而获得系统可靠度的结果。

具体的，系统的结构函数设定为F＝(x

在步骤1中，构建系统可靠性故障树(布尔结构函数)。如图2所示。

F＝(x

步骤2中，划分故障树中每个节点所属的故障类型。假设组件1、组件2及组件3发生的故障在物理上没有影响到其他组件，只是组件本身的状态受到了改变，则组件1、组件2和组件3属于能发生内在故障的那一类(x

步骤3中，计算每个节点的最小无关触发。

一个相关的组件可能会因为一些其他组件的覆盖故障而变得不相关，这些组件被称为最小无关触发(Minimal Irrelevant Trigger)。引入最小无关触发(MIT)的概念来表示系统运行过程中各部件变得不相关的情况。组件MITs的计算如下：

其中最小割集(MCS)有效地描述了导致故障树顶部事件发生的部件故障的组合。

步骤4中，依据步骤2和步骤3，使用四元决策图计算系统的不可靠度，从而获得系统可靠度的结果。

X＝{X

以上实例为简单可靠性分析，本发明适用于复杂系统的分析，并通过计算机进行快速分析。

以上仅为本发明较佳的实施方式，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改，因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所做的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。