一種複雜表決系統的可靠性建模與解算方法
2023-10-08 20:22:19
專利名稱：一種複雜表決系統的可靠性建模與解算方法
技術領域：
本發明涉及一種複雜表決系統的可靠性建模與解算方法，具體說，涉及一種基於可擴展網絡可靠性框圖的複雜表決系統的可靠性建模與解算的方法，屬於系統可靠性建模 與仿真技術領域。
背景技術：
可靠性是指產品或系統在規定條件下和規定時間內完成規定功能的能力。產品或系統可靠帶來的成功經驗，產品或系統不可靠帶來的失敗和教訓，使人們逐漸加深了對可靠性問題的認識。目前，可靠性已經成為產品或系統質量的重要指標，產品或系統的可靠性水平成為一個國家工業發展水平的重要標誌，受到世界各國的高度重視。在對產品或系統進行可靠性分析和設計時，為了預計、估算和評定其可靠性，首先就是要建立合適的系統可靠性模型，所以模型的好壞直接影響著產品或系統的可靠性分析和設計的效率和準確性，在產品或系統可靠性工程中起著非常重要的作用。隨著社會的進步和科學技術的發展，現代工業系統正向著功能綜合化、設備多樣化、信息集成化方向發展，導致系統規模越來越大，結構越來越複雜，其在可靠性模型特徵上表現為要求描述複雜關聯、結構網絡化等。但傳統的系統可靠性模型難以同時方便靈活地描述和表達複雜系統的這些特點，正因為如此，對使用更好的建模及解算方法的工程需求也就愈來愈強烈。近年來，國外在複雜系統可靠性建模及分析領域有了長足的發展，並在國際範圍內的工程應用也日趨廣泛。反觀國內工業領域，尤其在軍工領域，一方面，隨著其產品水平不斷向國際水平邁進，對質量可靠性的要求越來越高，同時，隨著科技的迅速發展，產品功能、結構日益複雜，對複雜系統可靠性建模和解算方法的需求日益迫切；另一方面，國內複雜系統可靠性建模的技術還相對落後，相關建模工具的自主研發能力比較有限，很難解決實際可靠性工程應用中的一些問題。其中複雜系統的網絡化構造、複雜表決系統、複雜貯備系統等的可靠性建模與解算/仿真是國內可靠性建模與仿真學科發展中遇到的一些難題，影響著可靠性工程技術的發展。本發明在國內外現有建模和仿真技術的基礎上，根據複雜表決系統結構自身的特點——每個表決模塊追本溯源總能找到他們共同的源點，給出了適用於複雜表決系統的可靠性建模與解算方法，為含複雜表決系統的產品可靠性預計、估算和評定提供了一種高效的方法；同時，為今後可靠性建模仿真工具的開發提供了資源。
發明內容
I 目的本發明的目的是提供了一種複雜表決系統的可靠性建模與解算方法，它克服了現有技術的不足，能夠準確高效的預計和估算含有複雜表決系統的產品的可靠性。2技術方案
首先引入幾個基本定義定義I :表決器判斷k/n (G)系統部件工作情況及決定整個k/n (G)系統是否工作的裝置或功能模塊。定義2 :表決模塊即k/n (G)系統中的η個起表決作用的部件或模塊。exRBD中的k/n(G)因其表決模塊的具體特徵可分為兩類，簡單k/n(G)和複雜k/n (G)。定義3 :當表決系統中所有表決模塊的源節點和匯節點分別一致時，我們稱這種k/n(G)系統為簡單k/n(G)系統(如圖I所示)。定乂 4 :當表決系統中存在表決I旲塊的源節點或匯節點不一致時，該k/n(G)系統為複雜k/n(G)系統(如圖2所示)。 本發明一種複雜表決系統的可靠性建模與解算方法，其步驟如下步驟1，搜索可靠性框圖中的全部最小路集，生成全系統結構函數Φ = α+β，β為包含表決器VM的最小路集項；步驟2，將β子圖獨立出來，並以表決器VM為節點分為兩個子圖，β = η+θ, η稱為廣義表決結構；步驟3，搜索η中起的S到各表決模塊的最小路集，生成各表決模塊的等效布爾結構函數入i ；步驟4，根據每個表決模塊的λ i，將廣義表決結構轉換為等效簡單表決結構；步驟5，採用表決系統結構函數法求解等效簡單表決結構，即求解廣義表決系統的結構函數n；步驟6，用最小路集法求解VM到終點T的結構函數Θ ；步驟7，分別求得β和φ，對φ進行BDD不交化求得不交化結構函數，進而求出系統可靠度Ι (Φ)。其中，步驟I中所述的可靠性框圖為所分析產品相應層次的可靠性框圖網絡，最小路集搜索方法為節點遍曆法，結構函數為布爾結構函數。其中，步驟2中所述的廣義表決結構η為傳統表決結構的擴展結構，由β中起點S到表決器VM中的模塊和表決器VM構成，Θ由β中表決器VM及其之後的模塊組成。其中，步驟3中所述的λ i為與表決器直接相連的表決模塊i的等效布爾結構函數，表決模塊i的等效布爾結構函數為β中起點S到模塊i的布爾結構函數。其中，步驟4中所述的等效簡單表決結構為由全部λ i和表決器VM組成的簡單表決結構。其中，步驟5中所述的結構函數η為布爾結構函數。其中，步驟6中所述的結構函數Θ為布爾結構函數。其中，步驟7中所述的BDD不交化為二元決策樹不交化，該結構函數為布爾結構函數。3本發明與現有技術相比有如下優點第一，該方法能夠準確高效的解決複雜表決系統的可靠性預計和估算問題，填補了國內在複雜表決系統可靠性解算方面的空白。第二，本方法從建模入手簡化模型，並使用了替換的思想，從而使其具有很高的效率，便於工程應用。
第三，模型能夠很方便的轉換為計算機語言，便於軟體程序的開發。
圖I為簡單表決系統的結構圖；圖2為複雜表決系統的結構圖；圖3(a)為表決結構圖；圖3(b)為網絡等效圖；圖4為複雜表決系統整體處理方法流程圖；圖5(a)為β子圖分解出的廣義表決結構圖；圖5(b)為β子圖分解剩餘結構圖；圖6(a)為廣義表決結構的等效簡單表決結構圖；圖6(b)為等效簡單表決結構的等效網絡圖；圖7為合併被包容路集項算法圖8為結構函數Φ "的BDD樹圖
具體實施例方式本發明一種複雜表決系統的可靠性建模與解算方法，其流程如圖4所示，結合如圖2中的實例，闡述求解複雜表決系統可靠度的表決系統結構函數法。其步驟如下步驟1，搜索整個網絡系統的最小路集，生成系統的布爾結構函數Φ，消去所有包含表決器VM的項，並用β替代，其他項用α替代，則有Φ = α+β。實例中結果如下φ = α +β(I)α = AHJK+ABJGK+ACGJK(2)步驟2，將β子圖獨立出來，並以表決器VM為分割點，將β子圖分為兩部分。從起點A到VM(含)部分子圖稱之為廣義表決結構，用η替代(如圖5-a所示)；從VM至終點K的部分用Θ替代(如圖5-b所示)。步驟3，搜索η (圖5_a)中起點到每個表決模塊的最小路集，生成廣義表決結構各表決模塊的等效布爾邏輯函數λ 。實例中各模塊等效結構函數如下λ G = ABG+ACG(3)Xc = AC(4)λ Ε = ACE+ADE(5)λ F = ADF(6)步驟4，依據步驟3中生成的個表決模塊的等效邏輯函數λ i，將廣義表決結構轉換為等效簡單表決結構(圖3-a為簡單表決系統(圖I)中的簡單表決結構)，實例中如圖6-a所示。步驟5，採用表決系統結構函數法求解等效簡單表決結構，即求解廣義表決系統的結構函數H ;簡單表決結構(如圖3-a)可以等效為網絡等效結構(如圖3-b)，同理，廣義 表決結構的等效簡單表決結構(如圖6-a)可以等效為廣義網絡等效結構(如圖6-b)。表決系統結構函數法如果簡單K/N(G)中的表決模塊是相同的，即各模塊可靠度均為R，則K/N(G)可靠度表達式為
權利要求
1.一種複雜表決系統的可靠性建模與解算方法，其特徵在於該方法具體步驟如下 步驟1，搜索可靠性框圖中的全部最小路集，生成全系統結構函數Φ = α+β，β為包含表決器VM的最小路集項； 步驟2，將β子圖獨立出來，並以表決器VM為節點分為兩個子圖，β = η+θ, η稱為廣義表決結構； 步驟3,搜索η中起的S到各表決|吳塊的最小路集,生成各表決|吳塊的等效布爾結構函數入i ; 步驟4，根據每個表決模塊的λ i，將廣義表決結構轉換為等效簡單表決結構； 步驟5，採用表決系統結構函數法求解等效簡單表決結構，即求解廣義表決系統的結構函數n ； 步驟6，用最小路集法求解VM到終點T的結構函數Θ ； 步驟7，分別求得β和Φ，對Φ進行BDD不交化求得不交化結構函數，進而求出系統可靠度Ι (Φ)。
2.根據權利要求I所述的一種複雜表決系統的可靠性建模與解算方法，其特徵在於步驟I中所述的可靠性框圖為所分析產品相應層次的可靠性框圖網絡，最小路集搜索方法為節點遍曆法，結構函數為布爾結構函數。
3.根據權利要求I所述的一種複雜表決系統的可靠性建模與解算方法，其特徵在於步驟2中所述的廣義表決結構η為傳統表決結構的擴展結構，由β中起點S到表決器VM中的模塊和表決器VM構成，Θ由β中表決器VM及其之後的模塊組成。
4.根據權利要求I所述的一種複雜表決系統的可靠性建模與解算方法，其特徵在於步驟3中所述的λ i為與表決器直接相連的表決模塊i的等效布爾結構函數，表決模塊i的等效布爾結構函數為β中起點S到模塊i的布爾結構函數。
5.根據權利要求I所述的一種複雜表決系統的可靠性建模與解算方法，其特徵在於步驟4中所述的等效簡單表決結構為由全部λ i和表決器VM組成的簡單表決結構。
6.根據權利要求I所述的一種複雜表決系統的可靠性建模與解算方法，其特徵在於步驟5中所述的結構函數η為布爾結構函數。
7.根據權利要求I所述的一種複雜表決系統的可靠性建模與解算方法，其特徵在於步驟6中所述的結構函數Θ為布爾結構函數。
8.根據權利要求I所述的一種複雜表決系統的可靠性建模與解算方法，其特徵在於步驟7中所述的BDD不交化為二元決策樹不交化,該結構函數為布爾結構函數。
全文摘要
一種複雜表決系統的可靠性建模與解算方法，其步驟如下1，搜索可靠性框圖中的全部最小路集，生成全系統結構函數φ＝α+β，β為包含表決器VM的最小路集項；2，將β子圖獨立出來，並以表決器VM為節點分為兩個子圖，β＝η+θ，η稱為廣義表決結構；3，搜索η中起的S到各表決模塊的最小路集，生成各表決模塊的等效布爾結構函數λi；4，根據每個表決模塊的λi，將廣義表決結構轉換為等效簡單表決結構；5，採用表決系統結構函數法求解等效簡單表決結構，即求解廣義表決系統的結構函數η；6，用最小路集法求解VM到終點T的結構函數θ；7，分別求得β和φ，對φ進行BDD不交化求得不交化結構函數，進而求出系統可靠度R(φ)。本發明在系統可靠性建模與仿真技術領域裡有良好的應用前景。
文檔編號G06F19/00GK102663227SQ201210058508
公開日2012年9月12日 申請日期2012年3月7日 優先權日2012年3月7日
發明者孫宇鋒, 常增柱, 許健, 趙廣燕 申請人:北京航空航天大學