一種基於重要度和敏感性複合排序的提高大型複雜系統風險設計及維修效率的方法
2023-10-08 22:59:34
一種基於重要度和敏感性複合排序的提高大型複雜系統風險設計及維修效率的方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於重要度和敏感性複合排序的提高大型複雜系統風險設計及維修效率的方法，其中全局敏感性能反映部件的參數值的不確定性對頂事件失效概率或頻率值不確定性的影響，而FV重要度則能反映部件的參數值對頂事件失效概率或頻率值的風險貢獻。具體實施步驟為先通過統計方法計算獲得部件的全局敏感性和FV重要度，再根據對他們進行加權計算的結果生成系統中部件的複合排序，最後根據部件的複合排序結果制定大型系統風險設計及維修的策略，從而減少經濟投入，增加系統可靠性，提高風險維修效率。該方法考慮了部件參數值的不確定性對部件重要度排序結果的影響，從而能夠獲得更具有現實意義的部件複合排序列表，進而更有效的指導風險設計及維修行為。
【專利說明】一種基於重要度和敏感性複合排序的提高大型複雜系統風 險設計及維修效率的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及複雜系統的概率安全評價與可靠性分析領域，具體來說是一種基於重 要度和敏感性複合排序的提高大型複雜系統風險設計及維修效率的方法。
【背景技術】
[0002] 大型複雜系統（如大型強子對撞器、航天航空系統、核電廠等系統）在設計、運行 和維護等階段中需要對系統的可靠性和風險進行評價分析，從而及時發現系統中的薄弱環 節以及甄別系統可能產生的異常甚至不可逆結果，進而對系統的設計、運行和維護過程進 行改進和修正。這樣才能在總資源有限的前提下，更加合理有效的對系統進行優化，提升經 濟效益和系統可靠性。
[0003] 核電廠中通常採用PSA(概率安全分析）技術對電廠系統的可靠性和風險進行評 價分析，而PSA技術中最常用的方法就是故障樹分析（FaultTreeAnalysis，FTA)方法。 故障樹分析方法包括定性和定量分析：故障樹定性分析是在系統設計、運行和維護過程中 通過對可能造成系統失效的原因從系統到部件再到零件逐層分析並繪製出一個逐漸展開 的樹狀分支圖，進而求出造成系統失效的各種可能組合方式；而故障樹定量分析是在故障 樹定性分析的基礎上，通過定量計算求得頂事件失效概率或頻率的分布或者點估計以及各 部件或零件的重要度，並通過重要度進行排序，根據排序結果及時發現系統中的薄弱環節 從而更加合理有效的對系統進行優化。
[0004] FV重要度是上世紀70年代由J.B.Fussel和W.E.Vesely提出的一種用於系統故 障診斷的重要度方法。FV重要度因為能夠直觀、簡明的確定部件應該被考慮的先後順序，而 被廣泛的應用在PSA中。
[0005] 全局敏感性是一種基於方差的不確定性重要度方法，其在上世紀90年代被M.D.McKay引入PSA中。因為全局敏感性考慮到參數值的分布信息，所以其可以反映出模型 中每一個參數值的不確定性對頂事件失效概率或頻率值的不確定性的影響。
[0006] 在針對大型複雜系統的PSA中，通常僅通過計算傳統的重要度（如FV重要度，RAW重要度等）對部件進行排序，而傳統的重要度計算都是建立在頂事件失效概率或頻率值的 點估計的基礎之上的；但在實際中，部件的參數值是以概率分布的形式存在的，部件的參數 值的不確定性會對部件和頂事件的失效概率或頻率值的不確定性產生直接和重要的影響。 因此，通過計算傳統的重要度對部件進行排序的結果是不完備且不夠準確的。
【發明內容】
[0007] 本發明技術解決問題：克服現有技術的不足，提出一種基於重要度和敏感性複合 排序的提高大型複雜系統風險設計及維修效率的方法。該方法改進了傳統PSA方法中基於 單一重要度的排序方法，同時考慮了部件的點估計風險貢獻值和部件參數值的不確定性對 部件重要度排序結果的影響，從而能夠獲得更具有現實意義的部件優先級複合排序列表， 進而制定更高效的大型系統風險設計及維修的策略，減少經濟投入，增加系統可靠性，提高 系統風險設計及維修效率。
[0008] 本發明的技術方案：一種基於重要度和敏感性複合排序的提高大型複雜系統風險 設計及維修效率的方法，其流程圖如圖1，其實現步驟包括：
[0009] (1)對於頂事件失效概率或頻率值為r二/防的故障樹模型，其中歹=/?.人 i= 1，2,…，n是所有基本事件f= /?.人i= 1，2,…，n的失效概率或頻率值的集合，根 據每個基本事件的模型和其所涉及的參數將其改寫成參數表達形式，即r= 其中 萬二私人i= 1, 2,…，m是所有參數又二/^.人i= 1, 2,…，m的值的集合；
[0010] ⑵將每一個參數的均值4二W人i= 1，2,…，m分別代入⑴中所述的每個 基本事件的模型和參數表達形式中，得到一組所有基本事件失效概率或頻率值的點估計值 &二i= 1,2,…，n和一個頂事件失效概率或頻率值的點估計值，即& =
[0011] (3)根據（1)中所述的參數表達形式和（2)中所得到的頂事件失效概率或頻率值 的點估計值，計算每一個參數的FV重要度；
[0012] (4)根據（1)中所述的參數表達形式和/5中所有參數的概率分布信息，計算每一 個參數的全局敏感性；
[0013] (5)將每一個參數的FV重要度和全局敏感性以特定的加權方式計算求得每一個 基本事件的複合重要度67^，i= 1，2,…，n，進而根據每一個基本事件的複合重要度對系統 中的部件進行複合排序；
[0014] (6)根據（5)中獲得的部件複合排序列表制定大型系統風險設計及維修的策略， 從而減少經濟投入，增加系統可靠性，提高風險設計及維修效率。
[0015] 如上所述的基於重要度和敏感性複合排序的提高大型複雜系統風險設計及維修 效率的方法，其特徵在於：所述步驟（5)中的以特定的加權方式計算求得每一個基本事件 的複合重要度f7Mi=1，2,--?，!!的方法如下：
[0016]
【權利要求】
1. 一種基於重要度和敏感性複合排序的提高大型複雜系統風險設計及維修效率的方 法，其特徵在於實現步驟如下 ： ⑴對於頂事件失效概率或頻率值為Π/TW的故障樹模型，其中 歹二=Λ是所有基本事件石二/?.人i二_/，名…，Λ的失效概率或頻率值的 集合，根據每個基本事件的模型和其所涉及的參數將其改寫成參數表達形式，即r=瓦〇5)， 其中i5二私人i二Λ名…，?是所有參數戈二化人i二Λ名…，?的值的集合； (2) 將每一個參數的均值瓦==Λ之…，?分別代入（1)中所述的每個基 本事件的模型和參數表達形式中，得到一組所有基本事件失效概率或頻率值的點估計值 各二二A名…，和一個頂事件失效概率或頻率值的點估計值，即A {瓦)； (3) 根據（1)中所述的參數表達形式和（2)中所得到的頂事件失效概率或頻率值的點 估計值，計算每一個參數的FV重要度； (4) 根據（1)中所述的參數表達形式和3中所有參數的概率分布信息，計算每一個參 數的全局敏感性； (5) 將每一個參數的FV重要度和全局敏感性以特定的加權方式計算求得每一個基本 事件的複合重要度=A3…，Λ，進而根據每一個基本事件的複合重要度對系統中 的部件進行複合排序； (6) 根據（5)中獲得的部件複合排序列表制定大型系統風險設計及維修的策略，從而 減少經濟投入，增加系統可靠性，提高風險設計及維修效率。
2. 根據權利要求1中所述的基於重要度和敏感性複合排序的提高大型複雜系統風險 設計及維修效率的方法，其特徵在於：所述步驟（5)中的以特定的加權方式計算求得每一 個基本事件的複合重要度A名…，η的方法如下： Cl,, =Xα?:\\. +β8λ ,1^ I, 2,·"·, η 其中α和β為調整因子取值在2至4之間。
【文檔編號】G06F19/00GK104318110SQ201410592313
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月28日 優先權日:2014年10月28日
【發明者】許銀龍, 汪進, 陳珊琦, 徐嘉文, 吳宜燦 申請人:中國科學院合肥物質科學研究院