一種基於權限管理和模型分解的故障樹協同分析系統的製作方法
2023-11-01 00:58:12
一種基於權限管理和模型分解的故障樹協同分析系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於權限管理和模型分解的故障樹協同分析系統，該系統主要由以下7個模塊組成：建模目標解析器，建模任務分解器，權限管理器，權限映射器，衝突預防器，模型合併器和模型分析器組成。該系統從建模目標解析和任務定義到具體的建模流程都引入了協同技術，在權限管理和映射機制的作用下，可以實現多人多角色合作故障樹建模分析；為故障樹建模人員提供了協同合作的平臺，可以完成航海、航空航天以及核電能源等領域大型複雜系統的故障樹建模任務；滿足了目前大型複雜系統故障樹建模中出現的模型規模方面和多學科交叉方面的需求，使得具有不同知識背景和專業技術的建模人員可以通過分工合作高效完成故障樹建模分析這一任務。
【專利說明】-種基於權限管理和模型分解的故障樹協同分析系統
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種基於權限管理和模型分解的故障樹協同分析系統，屬於系統可靠 性和概率安全分析中的故障樹分析【技術領域】。
【背景技術】
[0002] 故障樹分析（Fault Tree Analysis, FTA)方法是美國航空航天局和國防部於20 世紀60年代發展的一種安全分析技術，60年代初在航空航天工業中得到應用，此後有了 迅速發展，並成為反應堆、化工等領域不可缺少的分析工具之一。故障樹建模（Fault Tree Modeling)是在系統設計過程中通過對可能造成系統失效的各種因素進行分析，畫出邏輯 框圖的過程，該框圖是系統失效模式的一種抽象。
[0003] 要建立儘可能符合系統實際失效狀況的故障樹，首先要求建模分析者或專家熟悉 系統的組成及工作原理。只有充分深入地分析系統的結構和工作機理，才能準確地把握系 統的元件、部件（模塊）間的影響關係和邏輯關係，這是故障樹建模的關鍵；其次，對底事 件、頂事件和故障狀態進行準確地定義；第三，收集底事件的完整失效信息，分析各種故障 形成的原因。這些過程要反覆迭代進行，獲得的結論要經過多次修正。具體建立步驟如下：
[0004] (1)分析系統的結構和工作機理，廣泛收集系統的設計、運行資料、流程圖、設備技 術規範和描述系統有關狀態的技術數據；
[0005] (2)選擇和確定頂事件；
[0006] (3)尋找引起頂事件發生的直接原因。將頂事件作為輸出事件，將所有直接原因作 為輸入事件。根據事件間的邏輯關係，用適當的邏輯門來連接輸入事件；
[0007] 分析每一個與頂事件直接相聯繫的輸入事件。如果該事件還能進一步分解，則將 其作為下一級的輸出事件（子模塊的頂事件）；
[0008] (4)重複步驟2?4,逐級向下分解，直到所有的輸入事件不能再分解或不必再分 解為止。
[0009] 依次執行上述步驟，則可建立一棵倒樹狀邏輯圖一故障樹。
[0010] 隨著現代科技和工業水平的不斷發展，大型複雜系統的故障樹建模對於傳統的計 算機輔助建模技術提出了挑戰，傳統計算機輔助建模為建模人員提供了一個可視化的工作 平臺，建模人員可以藉助計算機的運算性能和操作便利性來提高自己的工作效率，並且可 以有效地與後端的分析相結合，但是現代的大型複雜系統無論在規模上和包括的學科背景 上都呈現出快速增長的趨勢，傳統的代表性故障樹分析軟體CAFTA，RiskSpectrum等仍然 採用單人單計算機建模的方式，無論從效率和正確性上已經不能滿足現代大型複雜故障樹 建模的需要。
【發明內容】
[0011] 本發明的目的在於：克服現有技術的不足，提出一種基於權限管理和模型分解的 故障樹協同分析系統，使得建模分析流程的效率和正確性得到提高。
[0012] 本發明的技術方案如下：一種基於權限管理和模型分解的故障樹協同分析系統， 如圖1所示包括：
[0013] (1)建模目標解析器：完成對故障樹頂事件失效模式的初步解析，解析器接收頂 事件失效的詳細數據，存儲數據到伺服器端資料庫中，同時發送數據到分析人員或者專家 的系統客戶端，分析人員或專家根據對數據的分析結果確立建模目標；
[0014] (2)建模任務分解器：根據建模目標確立建模任務，頂事件的失效被分解到子系 統單元的失效上，相當於故障樹被分解成為次級故障樹，建模任務被分解為下一層次級建 模任務，次級建模任務根據需求可繼續分解為多級子建模任務，建模管理人員或專家確立 分配原則，分解器根據分解原則將次級建模任務分配到各個建模小組，建模管理人員或專 家可以對分配結果進行手動調整；
[0015] (3)權限管理器：對所有使用建模系統的人員按照角色定義進行動態權限分配和 管理，管理員按照建模人員的知識背景和分工為其定義一個角色，並為該角色分配建模權 限，該建模權限定義了建模人員對模型的操作類型；
[0016] (4)權限映射器：將建模人員的操作權限映射到模型的具體部分，建模人員擁有 的操作權限只可以在被分配到的建模任務中使用，根據實際需求映射器能將單個建模人員 的操作權限映射到多個建模任務中，也能將多個擁有操作權限的建模人員映射到單個建模 任務中；
[0017] (5)衝突預防器：避免不同建模人員對同一建模任務的操作產生衝突，預防器實 時讀取模型的結構和模型中的邏輯門，基本事件等單元的狀態，狀態中包含目前該單元當 前的操作情況，根據操作情況對單元進行讀寫限制，避免該單元多個修改同時進行造成的 衝關；
[0018] (6)模型合併器：將所有已完成的子建模任務按照分解時的邏輯關係連接起來， 組成最終的故障樹模型，各個子建模任務都作為單獨的子故障樹保存在模型文件中，合併 器將這些文件按照合併協議合併起來，通過建模組的審核之後此合併模型才能成為最終結 果；
[0019] (7)模型分析器：模型合併器完成子故障樹的合併之後將最終結果發送到模型分 析器，模型分析器將建模最終結果的故障樹文件轉化為後臺計算引擎的計算文件並將計算 文件發送到後臺計算引擎，故障樹分析任務被分析器發送到分析人員或者專家的系統客戶 端，分析人員或專家完成分析設置之後分析器生成分析設置文件發送到後臺計算引擎，計 算引擎根據分析設置文件分析計算文件，分析結果發送到分析人員或專家客戶端。
[0020] 其具體實現步驟如下：
[0021] (1)分析人員或專家根據建模目標解析其提供的數據對故障樹頂事件進行全面分 析，提出故障樹建模的目標；
[0022] (2)建模任務分解器根據制定的建模目標建立建模任務並制定相應的分配方案， 建模管理人員或專家對任務分解和分配方案進行檢查之後分解器實施方案；
[0023] (3)權限管理器按照角色指定所有參與本次建模任務的建模人員的權限，管理員 對權限分配方案按照實際情況進行確認和調整之後實施權限分配方案；
[0024] (4)權限映射器獲取權限分配方案和任務分解分配方案，根據任務分解分配方案 中建模任務和人員的對應關係將人員權限映射到任務相關的模型部分中；
[0025] (5)建模人員在上述步驟完成之後開始各自的建模任務，在建模過程中衝突預防 器實時監測當前時刻建模人員對模型的修改，防止衝突的產生；
[0026] (6)每一個建模人員的模型完成之後，模型合併器將保存的模型文件按照分解器 的任務分解分配邏輯框架重新合併起來，輸出為整體故障樹模型。
[0027] (7)在建模完成後分析器接收整體故障樹模型作為輸入，將故障樹模型轉化為故 障樹計算文件，再讀取界面保存的分析設置生成計算設置文件，後臺計算引擎以計算文件 和計算設置文件為輸入開始計算，計算完成後分析器將計算結果顯示到客戶端。
[0028] 所述建模任務分解器對建模任務進行分解的具體實現方式如下：首先分解器從建 模目標解析器獲取建模目標的分析結果，即故障樹頂事件的失效信息，分解器從任務分解 資料庫中檢索該失效信息，如果存在則從資料庫中下載該失效信息，資料庫中的數據表存 儲表示為三元組〈TOP，DE，DS>，TOP為失效事件，DE為之前的典型分解方案，分解器按照該 方案直接對任務進行分解，DS為之前採用的任務分工方案，分解器按照方案將子任務分配 到各個建模小組；如果資料庫中不存在該失效信息，則分解器將任務分解相關信息發送到 專家或建模管理人員的客戶端，按照他們設定的分解和分配方案來進行任務分解分配，一 次任務分解完成之後，此次分解過程保存為一個三元組，分解器將該三元組發送到專輯或 建模管理人員客戶端，經過檢查後存入失效信息資料庫。
[0029] 所述權限管理器對建模人員的權限管理具體實現如下：權限管理器將每一個使用 系統的建模人員抽象為一個多元組PM = ，U表示的是建模人員集合，R表示 的是人員角色，角色代表了一種資格、權利和責任，系統有默認的一套角色集合，管理員也 可按照實際需求自定義角色加入默認集合，P是權限集合，，w為寫權限，表示建模人員可以 對模型進行新建、刪除和編輯操作；r為只讀權限，表示建模人員只可以瀏覽模型，不能對 模型進行任何修改；f為禁止訪問，表示建模人員沒有對模型的任何操作權限，s表示的是 核查權限，即對系統各個方案決策進行覆核，該權限僅面向建模管理人員或專家，a為分析 權限，表示對建模任務進行分析相關的操作，例如建模目標的建立和建模任務的分解分配 等，限制在建模管理人員和專家的範圍內，UR是人員角色分配關係集合，UR= (u，r|u|U， r I R}，其中u，r不是一一對應的關係，即一個建模人員可以被分配多個角色，同一角色也可 以分配給多個建模人員，RP是角色權限配置關係集合，RR = (r，p | r | R，p | P}，表示的是某一 角色所對應的權限，PM保存在資料庫中的權限數據表中。
[0030] 每一個建模人員使用系統的時候，權限管理器都會從資料庫中的權限數據表中檢 索該人員的記錄，即PM，根據PM提供的信息，管理器賦予建模人員相應的操作權限，對權 限外的操作加以限制，系統初次運行權限數據表為空，只有系統默認的權限集合P和角色 集合R，管理員們根據建模組內的實際分工為每個成員分配相應的角色和權限，建模組的權 限分配方案同樣也需要經過管理人員或者專家的覆核和調整，覆核之後才可以在系統內實 施。
[0031] 所述權限映射器的將權限映射到建模任務的具體實現如下：權限映射器的輸入為 建模人員多元組PM以及建模任務分解器的分配方案，映射器以任務分解器和權限管理器 的輸出作為輸入，輸出為將建模人員操作權限映射到建模任務具體模型部分的映射方案， 該方案可以表示為一個多元組MAP = ，映射器將分配方案抽象為一個二元組DIS =〈Μ, T>，Μ為建模子任務集合，T為建模小組集合，其中t是一個數組，表示該小組包含的 成員，映射器可以根據DIS找到每一個建模人員對應的建模任務，再根據該建模人員的身 份信息在PM中進行檢索，找到該建模人員的權限多元組pm，映射器首先將建模任務所包含 的模型部分進行任務定位，即根據操作所在分支確定當前該人員正在完成哪項任務，定位 完成之後將這部分模型按照pm中提供的角色信息開放給該建模人員，該人員只能對自己 被分配到的任務進行所擁有權限範圍內的操作。
[0032] 衝突預防器避免建模人員對模型相同部分操作衝突的具體實現如下：首先衝突 預放器對整個模型進行遍歷，每遍歷到一個故障樹節點，就對該節點進行編號，編號的集合 為，將節點類型、命名和編號抽象為一個三元組Node =〈TYPE, ID，NUM>，TYPE表示節點類 型，TYPE = {type I type I TYPE}，包含邏輯門，基本事件，房型事件等故障樹節點類型，STAT 表示該節點的狀態，STAT= {free|edit|tocked}，將該三元組保存到一張數據表中，在遍 歷過程中每訪問到一個節點就對這張表進行檢索，如果該節點存在說明之前已經出現過該 節點，直接將原有編號賦給該節點，衝突預防器為每個節點定義了以下三種狀態：修改中、 凍結中、空閒中，修改中說明有建模人員正在對該節點進行修改，其他建模人員無法對該部 分進行修改操作，凍結中是為了避免間接衝突而設置，目前正在修改中的節點可能在故障 樹其他部分出現，如果在其他部分中被修改，同樣會造成衝突，衝突避免器為目前正在與被 修改的節點分布在模型其他部分相同的節點加上凍結鎖，避免間接衝突，空閒中代表目前 該節點沒有人員操作產生，擁有該節點相應權限的建模人員可以對節點進行修改，修改中 和凍結中兩種狀態在操作完成建模人員保存之後解除，節點恢復成空閒中狀態。
[0033] 模型分析器以合併器輸出的最終結果故障樹模型文件為輸入，獲取建模完成之後 的故障樹模型文件之後分析器首先對文件中的故障樹邏輯進行解析，解析採用自上而下的 方式，從頂事件開始到所有的底事件，解析過程中按照解析出的邏輯生成後臺計算引擎的 計算文件，計算文件按照後臺計算引擎所要求的文件格式生成，包括所分析故障樹的邏輯 結構、基本事件參數、基本事件可靠性模型、參數數值，後臺計算引擎直接讀取計算文件作 為計算輸入，後臺計算引擎準備完畢後分析器將該次分析任務相關信息發送到分析人員或 者專家客戶端，分析人員或者專家在客戶端可視化界面上對此次分析進行設置，包括概率 截斷值、階數截斷值、頂事件失效率計算類型、定量分析選項，設置完成之後保存，分析器按 照保存之後的設置生成分析設置文件並發送到後臺計算引擎，分析設置文件是分析器與後 臺計算引擎之間的控制接口文件，分析器通過分析設置文件將界面所保存的分析設置發送 到後臺計算引擎，後臺計算引擎按照該分析設置來分析計算文件中的故障樹，分析完畢後 分析器解析後臺計算引擎輸出的結果文件，將計算結果發送到分析人員或專家客戶端。 [0034] 本發明與現有技術相比優點在於：
[0035] (1)、現有的故障樹建模技術仍然採用的是單人次的計算機輔助建模，而且這種計 算機輔助建模僅為建模人員提供了一個可視化的工作平臺，大部分操作仍然需要建模人員 手動去完成，如果採用傳統的技術去完成大型複雜系統的故障樹建模會給建模人員帶來較 大的工作負擔，而且由於模型自身涉及到的多學科背景，單人次的建模方式也不能保證最 終結果的正確性。本發明將協同工作流程引入到故障樹建模中，通過建模工作組的方式來 完成大型建模任務，採用半自動的建模任務分解器將建模任務分解成為相對獨立的子任 務，再將任務分配到各個建模組，權限管理映射機制明確每個人員在建模組內的角色，通過 角色來確定每個人的責任、權利和資格，將權限映射到具體的建模任務中去，使每個建模人 員只可以在規定的任務中按照自己所擁有的權限進行工作，衝突預防器在建模過程中實時 監測模型的修改情況，採用模型鎖的方式來防止衝突的產生，當每個建模組完成了各自的 建模任務之後，模型合併器按照分解策略將各個子模型合併成為最終的故障樹，整個故障 樹協同建模流程都是可控的，管理員和專家可以對建模目標、任務分解、權限分配等方案策 略進行覆核和調整，通過覆核的方案策略可以保存在系統資料庫中以便下次使用。
[0036] (2)、採用了權限管理映射機制，權限管理器可以有效地確立每個建模組成員在任 務中的角色，建模人員根據各自的權限及對應的權限對模型進行操作，映射器結合任務分 解策略中的分工方案將用戶的權限映射到與其任務相對應的模型部分中去，相當於將每一 個建模人員定位到各自的任務模塊中，既避免了重複工作，又在一定程度上減少了協同過 程中產生衝突的機率。
[0037] (3)、衝突預防器在實際的建模過程中避免了衝突的產生，預防器實時遍歷整個故 障樹模型，對故障樹中的所有節點進行編號並加鎖，當建模人員對模型進行修改的時候預 防器對改動進行監測，根據節點當前的狀態對建模人員的操作請求進行判斷，如果該節點 被加上修改鎖或者凍結鎖，則拒絕建模人員對當前節點的操作，有效避免了協同過程中的 直接衝突和間接衝突，確保了最終結果的正確性。
[0038] (4)、實現了建模組的理念，將故障樹建模從一個單人次的簡單任務升級為一個團 隊協同的流程，建模組內每個人都有自己被分配的角色，每個人員按照角色代表的資格、權 利和責任在系統平臺上完成自己的工作，既可以保證整個建模流程的順利進行，又可以實 現對整個建模任務的控制，充分滿足了現代大型複雜系統的多學科交叉特性，也解決了單 人次工作量過大的問題。
[0039] (5)、完成了從故障樹建模到分析的完整流程，建模任務解析器、分解器、權限管理 器、分配器、衝突預防器、模型合併器完成故障樹的多人多計算機協同建模任務，完成之後 的最終故障樹模型結果作為分析器的輸入，分析器能夠根據後臺計算引擎的需求進行計算 文件格式的轉換，將界面的計算設置保存輸入到後臺計算引擎，讀取計算引擎輸出的計算 結果並顯示在可視化界面上。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0040] 圖1是本發明的系統結構圖；
[0041] 圖2是本發明的系統工作流程圖；
[0042] 圖3是本發明的建模目標解析器工作流程圖；
[0043] 圖4是本發明的建模任務分解器工作流程圖；
[0044] 圖5是本發明的權限管理器工作流程圖；
[0045] 圖6是本發明的權限映射器工作流程圖；
[0046] 圖7是本發明的衝突預防器工作流程圖；
[0047] 圖8是本發明的模型合併器工作流程圖；
[0048] 圖9是本發明的模型分析器工作流程圖；
[0049] 圖10是本發明的一個具體應用實例的常規故障樹模型。
【具體實施方式】
[0050] 為了更好地理解本發明，先對一些基本概念進行一些解釋說明。
[0051] 故障樹：一種表達系統失效模型的樹形結構，通過對系統失效機理進行逐層展開 建模，直至無需或無法繼續展開的基本部件為止；
[0052] 中間事件：故障樹中邏輯門的輸出即為中間事件；
[0053] 頂事件：故障樹的頂節點，通常為系統失效，是一種特殊的中間事件；
[0054] 底事件：故障樹的葉子節點，即系統故障樹中無需或無法繼續展開的基本部件；
[0055] 下面結合附圖對本發明進行詳細說明
[0056] 如圖1所示，本發明面向故障樹分析領域的基於權限管理和模型分解的故障樹協 同分析系統包括建模目標解析器，建模任務分解器，權限管理器，權限映射器，衝突預防器 和模型合併器6大模塊。
[0057] 圖2是該系統的工作流程圖，整個實現過程如下：
[0058] (1)、首先獲取本次故障樹建模的任務對象，即頂事件，建模目標解析器對該事件 進行失效分析，產生相應的失效信息和數據結果；
[0059] (2)、解析器的分析結果輸出到建模任務分解器，分解器綜合失效信息庫和專家意 見生成任務的分解分配方案，將一個大建模任務分解為規模較小的子任務並且分配到各個 建模組，該方案經過建模管理人員或專家覆核之後由系統實施；
[0060] (3)、在分析任務的解析和分解進行的同時，權限管理器初始化權限信息表，由管 理員完善建模組全體成員的信息並為每個人分配角色權限，分配策略和方案經過建模任務 管理人員或專家覆核之後由系統實施；
[0061] (4)、任務分解分配和權限分配方案作為權限映射器的輸入，映射器將每個建模人 員被分配到的子任務和權限對應起來，首先對建模子任務進行定位，然後將建模人員的操 作權限限定在定位的區域；
[0062] (5)、在實際的建模過程中，衝突預防器實時遍歷當前的故障樹模型，對節點進行 編號，在不同子模型中出現多次的節點編號相同，根據當前各個節點的狀態對節點上鎖，鎖 定狀態的節點不允許修改直到鎖定解除；
[0063] 出）、模型合併器根據任務分解分配策略生成一個頂層邏輯，自頂向下從左到右找 到分配策略中的子任務，按照邏輯門的輸入輸出邏輯將子模型連接起來，形成的總模型經 過專家覆核後作為最終輸出。
[0064] (7)、模型分析器接收合併器輸出的模型作為輸入，將模型轉化為故障樹計算文 件，再讀取界面保存的分析設置生成計算設置文件，後臺計算引擎以計算文件和計算設置 文件為輸入開始計算，計算完成後分析器將計算結果發送到客戶端並予以顯示。
[0065] 上述各模塊的具體實現如下：
[0066] 1.建模目標解析器：
[0067] 該模塊的實現如圖3所示：
[0068] 解析器的輸入是故障樹建模的對象，即失效頂事件，解析器接收並存儲頂事件的 相關信息數據，將這些信息和數據可視化的展示在系統界面上，建模分析人員或專家可以 在界面上查看該頂事件並且對其進行分析，分析完成之後該頂事件的故障樹的建模目標就 已經建立完成，這些建模目標作為解析器的輸出到達系統的其他模塊；
[0069] 2.建模任務分解器：
[0070] 該模塊的實現如圖4所示：
[0071] 首先分解器從建模目標解析器獲取建模目標的分析結果，即故障樹頂事件的失效 信息，分解器從任務分解資料庫中檢索該失效信息，如果存在則從資料庫中下載該失效信 息，資料庫中的數據表存儲表示為三元組MA =〈TOP，DE，DS>，TOP為失效事件，DE為之前的 典型分解方案，分解器按照該方案直接對任務進行分解，DS為之前採用的任務分工方案，分 解器按照方案將子任務分配到各個建模小組；如果資料庫中不存在該失效信息，則分解器 將任務分解相關信息發送到專家或建模管理人員的客戶端，按照他們設定的分解和分配方 案來進行任務分解分配，一次任務分解完成之後，此次分解過程保存為一個三元組，分解器 將該三元組發送到專輯或建模管理人員客戶端，經過檢查後存入失效信息資料庫。
[0072] 建模任務分解器米用的是半自動的分配策略，在第一次使用系統的時候，任務分 解器的失效信息表是不包含失效信息的，在多次完成建模任務之後，其中存儲的失效信息 以及典型分配策略會逐漸增加，形成一個失效信息庫，在之後的建模任務中可以直接採用 這種分配方案而不用每次都採用專家分配的方式，對於一些通用性較強的頂事件，可以集 成對應的失效信息庫，相當於系統初始的失效信息庫。
[0073] 分解方案DE和分工方案DS都採用特定格式來存儲，DE描述從頂事件向下的分解 邏輯，相當於故障樹頂層邏輯框架，框架中的子任務都是相對獨立的故障樹邏輯模塊，DS描 述的是子任務與建模組的對應關係，確定某個建模組負責某個子任務。
[0074] 3.權限管理器：
[0075] 模塊的實現如圖5所示：
[0076] 權限管理器將每一個使用系統的建模人員抽象為一個多元組PM = ，U表示的是建模人員集合，R表示的是人員角色，角色代表了一種資格、權 利和責任，系統有默認的一套角色集合，管理員也可按照實際需求自定義角色加入默認集 合，P是權限集合，w為寫權限，表示建模人員可以對模型進行新建、刪除和編輯操作；r為 只讀權限，表示建模人員只可以瀏覽模型，不能對模型進行任何修改；f為禁止訪問，表示 建模人員沒有對模型的任何操作權限，s表示的是核查權限，即對系統各個方案決策進行復 核，該權限僅面向建模管理人員或專家，a為分析權限，表示對建模任務進行分析相關的操 作，例如建模目標的建立和建模任務的分解分配等，限制在建模管理人員和專家的範圍內， UR是人員角色分配關係集合，UR = (u，r |u|U，r |R}，其中u, r不是--對應的關係，即一個 建模人員可以被分配多個角色，同一角色也可以分配給多個建模人員，RP是角色權限配置 關係集合，RR- (r，p | r | R，p | P}，表示的是某一角色所對應的權限，PM保存在資料庫中的權限 數據表中。
[0077] 每一個建模人員使用系統的時候，權限管理器都會從資料庫中的權限數據表中檢 索該人員的記錄，即PM，根據PM提供的信息，管理器賦予建模人員相應的操作權限，對權 限外的操作加以限制，系統初次運行權限數據表為空，只有系統默認的權限集合P和角色 集合R，管理員們根據建模組內的實際分工為每個成員分配相應的角色和權限，建模組的權 限分配方案同樣也需要經過管理人員或者專家的覆核和調整，覆核之後才可以在系統內實 施。
[0078] 在建模分析和任務分解正在進行的時候，權限管理器初始化權限信息庫，讀取所 有建模組成員的角色權限信息，按照人員角色權限的對應關係生成權限分配方案，每一個 建模人員的角色權限以及分配策略都用PM多元組的形式保存在系統資料庫中，權限分配 方案的生成採用專家建議的方式，建模管理人員或專家根據不同建模組的知識背景和能力 差別來為每個成員定義角色，每一個角色定義有默認權限，系統每次進行故障樹建模任務 的時候需要建模管理人員或專家確定參與此次建模的所有人員並為每個人分配角色。
[0079] 4.權限映射器：
[0080] 該模塊的實現如圖6所示：
[0081] 權限映射器的輸入為建模人員多元組PM以及建模任務分解器的分解分配方案， 映射器以任務分解器和權限管理器的輸出作為輸入，輸出為將建模人員操作權限映射到建 模任務具體模型部分的映射方案，該方案可以表示為一個多元組MAP = ，映射器 將分配方案抽象為一個二元組DIS = ，Μ為建模子任務集合，T為建模小組集合，其 中t是一個數組，表示該小組包含的成員，映射器可以根據DIS找到每一個建模人員對應的 建模任務，再根據該建模人員的身份信息在PM中進行檢索，找到該建模人員的權限多元組 pm，映射器首先將建模任務所包含的模型部分進行定位，即根據操作所在分支確定當前該 人員正在完成哪項任務，定位完成之後將這部分模型按照pm中提供的角色信息開放給該 建模人員，該人員只能對自己被分配到的任務進行所擁有權限範圍內的操作。
[0082] 映射器的主要操作分為兩種，一種是按照人員名對分配方案和權限數據表進行檢 索，檢索到該人員負責參與的子任務及其具備的權限，另外一種是對子任務對應的子模型 進行定位，定位需要用到任務分解方案Μ中的分解方案DE，DE確定了頂事件到各個子任務 的邏輯框架，即指定了該子任務所在的分支，當確定了該人員擁有的權限及子任務之後，映 射器將子任務定位到模型的對應分支上，該人員只能在子任務包含的範圍內進行權限允許 的操作，映射器將分解器和權限管理器的分配方案策略實施到具體建模過程中去。
[0083] 5.衝突預防器：
[0084] 該模塊的實現如圖7所示：
[0085] 首先衝突預防器對整個模型進行遍歷，每遍歷到一個故障樹節點，就對該節點進 行編號，編號的集合為，將節點類型、命名和編號抽象為一個多元組Node =〈TYPE，ID，NUM， STAT>，TYPE表示節點類型，TYPE = {type I type I TYPE}，包含邏輯門，基本事件，房型事件等 故障樹節點類型，STAT表示該節點的狀態，STAT= {^^6|6(1;[1:|1:001^(1}，將該三元組保存 到一張數據表中，在遍歷過程中每訪問到一個節點就對這張表進行檢索，如果該節點存在 說明之前已經出現過該節點，直接將原有編號賦給該節點，衝突預防器為每個節點定義了 以下三種狀態：修改中、凍結中、空閒中，修改中說明有建模人員正在對該節點進行修改，其 他建模人員無法對該部分進行修改操作，凍結中是為了避免間接衝突而設置，目前正在修 改中的節點可能在故障樹其他部分出現，如果在其他部分中被修改，同樣會造成衝突，衝突 避免器為目前正在與被修改的節點分布在模型其他部分相同的節點加上凍結鎖，避免間接 衝突，空閒中代表目前該節點沒有人員操作產生，擁有該節點相應權限的建模人員可以對 節點進行修改，修改中和凍結中兩種狀態在操作完成建模人員保存之後解除，節點恢復成 空閒中狀態。
[0086] 預防器遍歷整個模型開始於每一次建模人員保存修改之後，保存完成之後預防器 開始遍歷整個模型，對節點進行重新編號，編號原則保持不變，這樣可以將上一輪建模中新 增加的節點也進行編號，編號完畢之後預防器對新編號的模型進行狀態監測，對開始要進 行修改的按照加鎖原則進行加鎖，只有空閒中的節點才可以加鎖，已經加修改鎖的節點不 可以再加鎖，也不允許對其有任何的操作，已經加了凍結鎖的節點不可以被修改，但是可以 進行結構上的編輯，包括刪除，增加和移動，對節點本身的修改完成之後該節點解鎖，重新 進入空閒狀態，擁有這部分子模型寫操作權限的建模人員可以進行修改操作。
[0087] 6.模型合併器：
[0088] 該模塊的實現如圖8所示：
[0089] 模型合併器啟動是在建模的最終階段，所有的子任務都已經完成，對應的子模型 都已經存儲在系統中，合併器首先接收建模任務分解器的任務分解方案DE，根據DE當中的 故障樹邏輯框架生成初步的連接線，子模型的部分先不處理，然後合併器從系統中接收各 個子模型，每接收一個子模型，合併器從分解方案DE中檢索到這個子模型對應的子任務信 息，按照該信息將子模型連接到框架中去，重複這一操作直到所有的子模型都被連接到框 架中。
[0090] 連接完畢之後並不代表最終的模型已經完成，合併器的輸出結果需要經過建模管 理人員或專家的覆核才可以作為最終的建模輸出。
[0091] 7.模型分析器：
[0092] 該模塊的實現如圖9所示：
[0093] 分析器在建模的所有階段都完成之後啟動，分析器從合併器接收故障樹模型最終 結果，對最終結果文件進行解析，解析完成後按照解析結果中的邏輯的數據生成計算文件， 計算文件發送到後臺計算引擎，之後分析器將此次分析任務相關信息發送到專家或者分析 人員的客戶端，專家或者分析人員在界面上完成計算設置並保存，分析器按照該設置生成 計算設置文件，計算設置文件發送到後臺計算引擎之後引擎會檢測計算文件和設置文件的 可用性，如果發現錯誤則重新進行解析生成的步驟直到檢測正確為止。
[0094] 兩個文件接收完畢之後後臺計算引擎開始計算輸入計算文件中的故障樹即所建 故障樹，計算完畢之後結果輸出為文件，分析器讀取解析文件並將結果輸出到專家或者分 析人員客戶端界面。
[0095] 下面以蒸汽鍋爐缺水爆炸故障為例來進行詳細說明。蒸汽鍋爐作為一個獨立的系 統，其故障樹建模在規模和知識背景上並沒有達到超出單人次能力範圍的程度，但是它基 本具備了大型複雜系統的基本要素，可以作為本發明的分析對象，假設這次建模是系統初 次運行。
[0096] 建模目標解析器接收蒸汽鍋爐缺水爆炸故障這一頂事件作為輸入，將這一故障、 產生環境以及影響分類顯示在系統界面上，建模分析人員與專家直接查看並進行分析，對 於蒸汽鍋爐缺水爆炸故障來說，其發生原因主要可以分為兩類，一類是鍋爐自身的設備故 障，一類是操作人員失誤，即人因故障。鍋爐設備故障也分為兩種，一種是鍋爐機械裝置部 件故障，另外一類是安全防護裝置故障，狀態異常沒有及時預警。根據以上分析結果，解析 器確定建模目標為三個：安全裝置故障，機械裝置故障，人因故障。
[0097] 建模任務分解器獲取建模目標之後，在失效信息表MA中檢索該失效信息，未檢索 到鍋爐失水相關的三元組，將建模目標顯示在系統分解器的界面上，建模管理人員或專家 查看各個建模目標並建立對應的建模任務，經過對三個建模目標的分析，分解器將建模任 務分解為以下三個頂事件的建模子任務：警報器失靈，內部水位下降，人員未發現，將鍋爐 缺水爆炸作為頂事件T0P1，三個子任務依次為XI，Ml，M2,其組成的故障樹頂層邏輯和各自 的信息作為分解方案DE1，分解器獲取此次建模任務參與的建模組信息，此次任務一共有三 個建模組Tl，T2, T3參與，如圖9第一層所示。管理人員根據三個建模組的知識背景和工作 能力將XI分配給T2, Ml分配給Tl，M2分配給T3,這種分配關係作為分工方案DS1，其組成 的三元組mal =〈T0P1，DE1，DS1>即為鍋爐缺水爆炸故障的失效信息，覆核通過之後保存至 失效息表中。
[0098] 系統啟動的時候權限管理器開始初始化權限數據表，由於是初次運行，建模管理 員需要定義建模組的角色權限，權限管理器首先獲取管理員輸入的所有建模組成員信息， 之後將管理員為每個成員定義的角色與該成員關聯起來形成UR，最後將角色與所擁有的權 限對應起來形成RP，本次任務中建模管理人員Al，A2被分配了管理員角色，專家Bl，B2被 分配了管理員和分析員的角色，建模分析人員C1被分配了分析員角色，建模小組成員Tla， Tlb，T2a，T3a，T3b被分配了建模人員角色，這種分配關係保存在多元組集合pml中，每個 成員根據自己的角色參與到本次建模任務的各個環節，根據自己所擁有的權限進行建模操 作。
[0099] 任務分解器和權限管理器工作結束之後，權限映射器接受此次任務的任務分解分 配方案mal和權限分配方案pml，按照人員集合U中的人員對mal和pml進行檢索，在MA的 DS1中檢索到該人員對應的建模任務，例如Tla對應了任務Ml內部水位下降，映射器就將 Tla定位到Ml所在的故障樹邏輯分支下，再到pml中檢索Tla，Tla被分配了建模人員的角 色權限，映射器將Tla的操作按照建模人員的角色權限限定在Ml的分支下，Tla無法對其 他分支進行操作，也無法對Ml分支進行建模人員權限以外的操作。
[0100] 在本次建模任務中，Ml和M3兩個子任務對應是多人的建模組，相當於多人建立子 模型，由於擁有權限相同，在實際操作中會出現操作到同一節點的情況，衝突預防器在實際 建模開始後遍歷目前的整棵故障樹，採用深度優先遍歷的方法，在遍歷的同時進行節點編 號，編號保存在nodel三元組中，已經出現過的節點採用第一次遍歷到的編號，編號之後讀 取該節點的狀態STAT，如果為edit則為該節點加上修改鎖，在之後的遍歷中發現相同編號 則加上凍結鎖，這樣的實時加鎖機制避免了此任務中直接和間接衝突的產生。
[0101] 子建模任務完成之後，模型合併器啟動，首先獲取分解器的任務分解分配策略 mal，從mal中讀取分解方案DE1，解析其頂層故障樹邏輯，然後讀取各個子任務的模型XI， Ml，M2,將各個子模型連接到頂層邏輯下。
[0102] 合併器完成子模型合併之後分析器啟動，分析器自頂向下從左到右解析故障樹， 按照頂事件，XI，Ml，M3, M4, M2, M5, M6的大順序進行解析，即從上到下從左到右按照分 支進行逐個解析，將解析的結果以及基本事件數據生成為後臺計算引擎要求的文件格式， 然後分析人員或者專家對計算進行設置，本例中設置為失效率Q計算類型，概率截斷為 1. 0e-20,階數截斷為12,計算結果顯示最小割集包含72個割集，根據鍋爐實際運行的基本 事件失效數據，頂事件失效概率在1. 〇e-ll這個量級上，可以判定鍋爐近階段的運行狀況 安全。
[0103] 本發明未詳細描述部分為故障樹建模領域的公知技術。
【權利要求】
1. 一種基於權限管理和模型分解的故障樹協同分析系統，其特徵在於包括： 建模目標解析器：完成對故障樹頂事件失效模式的全面解析，解析器接收頂事件失效 相關的詳細數據，將數據存儲到伺服器端資料庫中，同時發送數據到分析人員或者專家的 系統客戶端，分析人員或專家對數據進行分析，系統根據分析結果確立建模目標； 建模任務分解器：根據建模目標確立建模任務，頂事件的失效被分解到子系統部件單 元的失效上，相當於故障樹被分解成為次級故障樹，建模任務被分解為下一層的次級建模 任務，次級建模任務根據需求可繼續分解為多級子建模任務，建模管理人員或專家根據任 務分解方案確立分配原則，分解器根據分配原則將次級建模任務分配到各個建模小組，建 模管理人員或專家可以在覆核階段對分解分配方案進行手動調整； 權限管理器：對所有使用建模系統的人員按照角色定義進行動態權限分配和管理，管 理員按照建模人員的知識背景和分工為其定義一個角色，並為該角色分配建模權限，該建 模權限定義了建模人員對模型的操作類型； 權限映射器：將建模人員的操作權限映射到模型的具體部分，建模人員擁有的操作權 限只可以在被分配到的建模任務中使用，根據實際需求映射器能將單個建模人員的操作權 限映射到多個建模任務中，也能將多個擁有操作權限的建模人員映射到單個建模任務中； 衝突預防器：避免不同建模人員對同一建模任務的操作產生衝突，預防器實時讀取模 型的結構和模型中的邏輯門，基本事件等單元的狀態，狀態中包含目前該單元當前的操作 情況，根據操作情況對單元進行讀寫限制，避免該單元多個修改同時進行造成的衝突； 模型合併器：將所有已完成的子建模任務按照分解時的邏輯關係連接起來，組成最終 的故障樹模型，各個子建模任務都作為單獨的子故障樹保存在模型文件中，合併器將這些 文件按照合併協議合併起來，通過建模組的審核之後此合併模型才能成為最終結果； 模型分析器：模型合併器完成子故障樹的合併之後將最終結果發送到該模型分析器， 模型分析器將建模最終結果的故障樹文件轉化為後臺計算引擎的計算文件並將計算文件 發送到後臺計算引擎，故障樹分析任務被分析器發送到分析人員或者專家的系統客戶端， 分析人員或專家完成分析設置之後分析器生成分析設置文件發送到後臺計算引擎，計算引 擎根據分析設置文件分析計算文件，分析結果發送到分析人員或專家客戶端。
2. 根據權利要求1所述基於權限管理和模型分解的故障樹協同分析系統，其特徵在於 所述的建模任務分解器具體實現方式如下： 首先分解器從建模目標解析器獲取建模目標的分析結果，即故障樹頂事件的失效信 息，分解器從任務分解資料庫中檢索該失效信息，如果存在則從資料庫中下載該失效信息， 資料庫中的數據表存儲表示為三元組〈TOP，DE，DS>，TOP為失效事件，DE為之前的典型分解 方案，分解器按照該方案直接對任務進行分解，DS為之前採用的任務分工方案，分解器按照 方案將子任務分配到各個建模小組，如果資料庫中不存在該失效信息，則分解器將任務分 解相關信息發送到專家或建模管理人員的客戶端，按照他們設定的分解和分配方案來進行 任務分解分配，一次任務分解完成之後，此次分解過程保存為一個三元組，分解器將該三元 組發送到專家或建模管理人員客戶端，經過覆核階段後存入失效信息資料庫。
3. 根據權利要求1所述基於權限管理和模型分解的故障樹協同分析系統，其特徵在於 所述的權限管理器具體實現方式如下： 權限管理器將每一個使用系統的建模人員抽象為一個多元組PM = ，U 表不的是建模人員集合，R表不的是人員角色，角色代表了一種資格、權利和責任，系統有 默認的一套角色集合，管理員也可按照實際需求自定義角色加入默認集合，P是權限集合， w為寫權限，表示建模人員可以對模型進行新建、刪除和編輯操作；r為只讀權限，表示建 模人員只可以瀏覽模型，不能對模型進行任何修改；f為禁止訪問，表示建模人員沒有對模 型的任何操作權限，s表示的是核查權限，即對系統各個方案決策進行覆核，該權限僅面向 建模管理人員或專家，a為分析權限，表示對建模任務進行分析相關的操作，例如建模目標 的建立和建模任務的分解分配等，限制在建模管理人員和專家的範圍內，UR是人員角色分 配關係集合，UR - iu,r丨M I I珩，其中u，r不是一一對應的關係，即一個建模人員可 以被分配多個角色，同一角色也可以分配給多個建模人員，RP是角色權限配置關係集合，
,表示的是某一角色所對應的權限，PM保存在資料庫中的權限數 據表中； 每一個建模人員使用系統的時候，權限管理器都會從資料庫中的權限數據表中檢索該 人員的記錄，即PM，根據PM提供的信息，管理器賦予建模人員相應的操作權限，對權限外的 操作加以限制，系統初次運行權限數據表為空，只有系統默認的權限集合P和角色集合R， 管理員們根據建模組內的實際分工為每個成員分配相應的角色和權限，建模組的權限分配 方案同樣也需要經過管理人員或者專家的覆核和調整，覆核之後才可以在系統內實施。
4. 根據權利要求1所述基於權限管理和模型分解的故障樹協同分析系統，其特徵在於 權限映射器的具體實現方式如下： 權限映射器的輸入為建模人員多元組PM以及建模任務分解器的分配方案，映射器以 任務分解器和權限管理器的輸出作為輸入，輸出為將建模人員操作權限映射到建模任務具 體模型部分的映射方案，該方案可以表示為一個多元組MAP = ，映射器將分配方 案抽象為一個二元組DIS = ，Μ為建模子任務集合，T為建模小組集合，其中t是一個 數組，表示該小組包含的成員，映射器可以根據DIS找到每一個建模人員對應的建模任務， 再根據該建模人員的身份信息在PM中進行檢索，找到該建模人員的權限多元組pm，映射器 首先對建模任務所包含的模型部分進行定位，即根據任務分配方案對子任務對應的次級故 障樹進行定位，每一個次級故障樹相當於是整棵樹的一個分支，定位完成之後將這部分的 分支模型按照pm中提供的角色權限信息開放給該建模人員，該人員只能對自己被分配到 的任務對應模型進行所擁有權限範圍內的操作。
5. 根據權利要求1所述基於權限管理和模型分解的故障樹協同分析系統，其特徵在於 衝突預防器的具體實現方式如下： 首先衝突預放器對整個模型進行遍歷，每遍歷到一個故障樹節點，就對該節點進行編 號，編號的集合為，將節點類型、命名和編號抽象為一個三元組Node =〈TYPE，ID，NUM>， TYPE表示節點類型，
，包含邏輯門，基本事件，房型事件等故 障樹節點類型，STAT表示該節點的狀態，STAT-{froe，odtt，lockod}，將該三元組保存到一 張數據表中，在遍歷過程中每訪問到一個節點就對這張表進行檢索，如果該節點存在說明 之前已經出現過該節點，直接將原有編號賦給該節點，衝突預防器為每個節點定義了以下 三種狀態：修改中、凍結中、空閒中，修改中說明當前有建模人員正在對該節點進行修改，其 他建模人員無法對該部分進行任何修改操作，凍結中是為了避免間接衝突而設置，目前正 在修改中的節點可能在故障樹其他部分出現，如果在其他部分中被修改，同樣會造成衝突， 衝突避免器為目前正在與被修改的節點分布在模型其他部分相同的節點加上凍結鎖，避免 間接衝突，凍結中節點本身的屬性信息無法被修改，但是可以對節點整體進行操作，如刪除 節點、移動節點、新建節點，空閒中代表目前該節點沒有人員操作產生，擁有該節點相應權 限的建模人員可以對節點進行修改，修改中和凍結中兩種狀態在操作完成建模人員保存之 後解除，節點恢復成空閒中狀態。
6.根據權利要求1所述基於權限管理和模型分解的故障樹協同分析系統，其特徵在於 模型分析器的具體實現方式如下： 模型分析器以合併器輸出的最終結果故障樹模型文件為輸入，獲取建模完成之後的 故障樹模型文件之後分析器首先對文件中的故障樹邏輯進行解析，解析採用自上而下的方 式，從頂事件開始到所有的底事件，解析過程中按照解析出的邏輯生成後臺計算引擎的計 算文件，計算文件按照後臺計算引擎所要求的文件格式生成，包括所分析故障樹的邏輯結 構、基本事件參數、基本事件可靠性模型、參數數值，後臺計算引擎直接讀取計算文件作為 計算輸入，後臺計算引擎準備完畢後分析器將該次分析任務相關信息發送到分析人員或者 專家客戶端，分析人員或者專家在客戶端可視化界面上對此次分析進行設置，包括概率截 斷值、階數截斷值、頂事件失效率計算類型、定量分析選項，設置完成之後保存，分析器按照 保存之後的設置生成分析設置文件並發送到後臺計算引擎，分析設置文件是分析器與後臺 計算引擎之間的控制接口文件，分析器通過分析設置文件將界面所保存的分析設置發送到 後臺計算引擎，後臺計算引擎按照該分析設置來分析計算文件中的故障樹，分析完畢後分 析器解析後臺計算引擎輸出的結果文件，將計算結果發送到分析人員或專家客戶端。
【文檔編號】G06F17/50GK104298825SQ201410531281
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月10日 優先權日:2014年10月10日
【發明者】徐嘉文, 汪進, 陳珊琦, 許銀龍, 吳宜燦 申請人:中國科學院合肥物質科學研究院