針對多失效模式關聯繫統的安全性概率風險評價方法

2023-11-11 04:39:12

針對多失效模式關聯繫統的安全性概率風險評價方法
【專利摘要】本發明屬於系統安全性技術研究領域，涉及一種利用集合理論針對多失效模式關聯繫統的安全性概率風險評價方法。本發明首先針對複雜系統多失效模式關聯特點，利用集理論將系統的失效模式通過多個時變極限狀態函數對應的失效域來表示，解決了多失效模式下系統安全性建模難題；再針對失效模式關聯繫統退化特性，考慮時間因素，得到多模式多失效模式下系統安全性模型隨時間變化情況；在得到多失效模式對應的累積失效域基礎上，利用蒙特卡洛方法進行安全性風險概率分析評價，解決了多失效模式相關且具有時變特性的系統安全性定量評價難題。
【專利說明】針對多失效模式關聯繫統的安全性概率風險評價方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於系統安全性技術研究領域，涉及一種利用集合理論針對多失效模式關聯繫統的安全性概率風險評價方法。
【背景技術】
[0002]隨著航空武器裝備研製水平提高，現代航空裝備系統具有兩個特點:一個特點是系統與飛機的多個功能相關或對多個功能有影響，另一個特點是系統的狀態複雜，不能通過試驗獨立證明其安全性，並且在沒有分析工具的幫助下難於理解其邏輯性，因此複雜系統安全性分析成為目前研究難點。
[0003]國外相關系統安全性標準和規範對複雜系統進行了具體定義，同時要求考慮多重失效對系統安全性的影響。ARP 4754及ARP 4761將複雜系統定義為:系統或者產品的一種使其運行難於理解的屬性，系統的這種屬性的增高通常是由複雜的部件、多重相互關係等因素導致。ARP 4761中通過共模分析(CMA, Common Mode Failure)校驗故障樹分析中「與門」事件的獨立性，FAR25.1309要求通過分析手段來驗證飛機系統安全性定量要求(包括災難的、危險的、主要的和次要的)，其中包括對多重失效的分析與評估。
[0004]因此，對複雜系統而言，由於影響系統安全性的多個失效狀態之間具有相關性，「相關」是其失效的普遍特徵，忽略系統失效的相關性，簡單地在系統各部分失效狀態相互獨立的假設下進行系統安全性分析與評估，常常會導致過大的誤差。在相關標準和規範明確要求在飛機系統安全性評估過程中對共因失效進行定性和定量分析，並且要驗證失效狀態之間的獨立性，綜上所述，如何針對多失效模式關聯的複雜系統，進行安全性概率風險評價是目前研究難點。

【發明內容】

[0005]本發明的目的是提出針對多失效模式關聯繫統的安全性概率風險評價方法，該方法突破傳統的系統安全性評估中失效模式獨立性假設，考慮的複雜系統失效模式的相關性和時變性，構建多模式關聯繫統安全性分析模型，並進行定量的安全性概率風險評價，解決傳統失效模式獨立的假設下系統安全性分析與評估中誤差過大難題。
[0006]本發明的技術解決方案是，
[0007]步驟一:識別影響模式關聯繫統安全性的關聯失效模式，
[0008]步驟二:定義模式關聯繫統安全性概率風險評價模型，
[0009]假設模式關聯繫統存在m個失效模式，則對應m個時變極限狀態函數，第i個時變極限狀態函數定義為:G.1i,Χ{1,ω)) = D1 -DiIXd,ω))? i = 1，2，…，m，t e [0，T]。其中A
和0「.)為第i個極限狀態函數的廣義強度和廣義應力，ω表示樣本空間；
[0010]步驟三:定義步驟二中隨機向量X(t，ω)隨機特性，包括分布類型、均值和標準差;
[0011]步驟四:確定安全性概率風險評價模型中的失效域和安全域；[0012]根據步驟二定義的時變極限狀態函數，當G(iX>表示安全域，OVXim )￥表示極限狀態，G (t, X (t, ω )) < O表示失效域；
[0013]步驟五:定義單一失效事件集合和危險概率；
[0014]使用期[0-.內，模式關聯繫統單個失效表示為:
【權利要求】
1.針對多失效模式關聯繫統的安全性概率風險評價方法，其特徵是， 步驟一:識別影響模式關聯繫統安全性的關聯失效模式， 步驟二:定義模式關聯繫統安全性概率風險評價模型， 假設模式關聯繫統存在m個失效模式，則對應m個時變極限狀態函數，第i個時變極限狀態函數定義為:0,(?,Χ(?,ω)) ^ Dl-DAXit^o))? i = 1，2，…，m，t e [O，T]。其中 A 和DiC )為第i個極限狀態函數的廣義強度和廣義應力，ω表示樣本空間； 步驟三:定義步驟二中隨機向量X(t，ω)隨機特性，包括分布類型、均值和標準差； 步驟四:確定安全性概率風險評價模型中的失效域和安全域； 根據步驟二定義的時變極限狀態函數，當G(/,Y(m )>表示安全域,GitXirn肺示極限狀態，G (t, X (t, ω)) < O表示失效域； 步驟五:定義單一失效事件集合和危險概率； 使用期[σ',肉，模式關聯繫統單個失效表示為:￡二仏》私|?))<0，3^￡[0，7]}累積失效概率為#^(0,7)=汽￡) = /10仏1仏|?))<0,3^€[0,1:|};在時刻ti的瞬時失效概率定義為PtiUi) =PiGailXai, ω))≤0}，其中，Ρ(.)表示概率函數，下標f表示失效； 步驟六:連續時間離散化； 將連續的時間區間[0，τ]離散化，設時間步長為h，則離散的時間區間數量為L = T/h，第I個時間步為h = lXh，其中I = O, I,…，L，T為系統使用周期； 步驟七:定義第i個失效模式對 應的失效域； 設模式關聯繫統第i個時變極限狀態函數為Gi (t, X (t，ω))，則系統在tl時刻的第i個失效模式對應的失效域定義為Eu = Ix e X, Gi U11Xai, ω)) ^ 0}； 步驟八:建立單個並聯子系統對應的瞬時失效域； 假設系統由並聯和串聯子系統構成，則由％個零部件組成的第j個並聯子系統在h時

Λ刻的瞬時失效域為:______


?=Ι 步驟九:建立單個串聯子系統對應的瞬時失效域； 同理步驟八，由Sj個零部件組成的第j個串聯子系統在h時刻的瞬時失效域為^=U * 步驟十:建立若干個子系統構成整個失效模式關聯繫統瞬時失效域 根據模式關聯繫統的構成方式，採取以下兩種方法之一: 1)建立若干個並聯子系統以串聯的形式構成整個系統瞬時失效域； 由η個並聯子系統以串聯的形式構成的系統，在h時刻的瞬時失效域為: Ει =為 j UiijU-U Iljl = (J,, Lt, j(ι ? 2)建立若干個串聯子系統以並聯的形式構成整個系統瞬時失效域。 由s個串聯子系統以並聯的形式構成的系統，在h時刻的瞬時失效域為:
【文檔編號】G06F19/00GK103559422SQ201310598576
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月25日 優先權日:2013年11月25日
【發明者】宮綦, 李巖, 蘇多, 劉欣, 李曉勳, 馮暢 申請人:中國航空綜合技術研究所