一种基于故障树和层次分析法的可靠性分配系统及分配方法

摘要

一种基于故障树和层次分析法的可靠性分配系统及分配方法，将故障树方法与层次分析法相结合，以故障树方法为主体，使得可靠性以全系统高度进行分配，利用层次分析法将可靠性分配分为两步：在第一步分配时选出系统中需要增加可靠性的关键部件，将系统的目标可靠性分配为最小割集的目标可靠性；第二步分配时，将主观判断和客观计算相结合，将最小割集的目标可靠性分配为基本事件的目标可靠性，使得系统的目标可靠性分配为元件或者子系统的目标可靠性。

主权项

一种基于故障树和层次分析法的可靠性分配系统，其特征在于包括：模型解析器、对象选择器、信息采集器、权值计算器、可靠性分配器和结果输出器6个模块；当需要对系统可靠性进行分配时，由这6个模块分两步进行分配，将系统的目标可靠性分配为基本事件的目标可靠性；模型解析器：对给定系统的常规故障树模型进行解析；根据系统外部参数输入基本事件失效率和基本事件最小故障间隔时间计算出系统最小割集、最小割集所包含的基本事件、最小割集失效率、最小割集中所有基本事件最小故障间隔时间的最大值、基本事件概率重要度，同时计算系统当前可靠性；然后向系统外部提供系统当前可靠性，并根据系统外部参数确定系统目标可靠性，保存系统目标可靠性；分离出的最小割集列表与基本事件列表送至对象选择器；最小割集列表包括最小割集名称、最小割集失效率、最小割集所包含基本事件、最小割集中所有基本事件最小故障间隔时间的最大值；所述基本事件列表包括基本事件名称、基本事件最小故障间隔时间、基本事件失效率、基本事件概率重要度；对象选择器：在两步可靠性分配中，根据模型解析器信息选择全部能够进行可靠性分配的对象，按照一定的指标进行排序，选择出要进行可靠性分配的分配对象作为信息采集器的输入信息，具体如下：在进行第一步分配的时候，从模型解析器的最小割集列表选择所有的最小割集，然后对所有最小割集按照最小割集列表中最小割集失效率从大到小进行排序，从系统外部获得参数确定要进行第一次可靠性分配的最小割集数目，然后按照最小割集失效率从大到小的顺序选择相应数目的最小割集作为第一步可靠性分配的分配对象，生成最小割集选择列表，最小割集选择列表包含：最小割集名称、最小割集失效率、基本事件个数、基本事件名称、所有基本事件最小故障间隔时间的最大值、第二步分配标识，其中第二步分配标识为对象选择器在第二步分配时所需的判断标识，以“是”和“否”来标识对象选择器所选中的最小割集是否完成第二步可靠性分配，其中“是”表示已经完成第二步可靠性分配，“否”标识还没有完成第二步可靠性分配；在进行第二步分配的时候，获取对象选择器第一步可靠性分配时所生成的最小割集选择列表和模型解析器中的基本事件列表，然后判断最小割集选择列表中是否有第二步分配标识为“否”的最小割集，如果没有，则结束可靠性分配，如果有，则按照列表顺序选择一个第二步分配标识为“否”的最小割集，获得此最小割集中全部基本事件名称，并按照此最小割集中基本事件的名称，从模型解析器的基本事件列表获得这些基本事件的概率重要度，然后 按照这些基本事件的概率重要度从大到小进行排序，向系统外部提供排序好的基本事件名称以及概率重要度，然后由系统外部参数输入确定要选择的基本事件数目，并按照概率重要度从大到小的顺序选择此数目的基本事件作为第二次可靠性分配的对象，将所选基本事件生成基本事件选择列表，并按照基本事件列表信息填写此列表，所述基本事件选择列表包括：基本事件名称、基本事件所属最小割集、基本事件概率重要度、基本事件失效率、基本事件最小故障间隔时间；然后将所选的可靠性分配对象送至信息采集器；信息采集器：在两步可靠性分配中，对所选的可靠性分配对象，向外部提供可选择的准则层因素，根据系统外部参数输入确定准则层所需要考虑的因素；根据准则层考虑的因素，从系统内部及外部获得层次分析法所需的两两比较矩阵信息，对于需要从系统外部获得信息的两两比较矩阵，根据系统外部输入参数，填充两两比较矩阵信息；对于需要从系统内部获得信息的两两比较矩阵，直接将系统内部参数归一化作为两两比较矩阵的优先数向量，然后向权值计算器输出含有系统外部参数的两两比较矩阵以及由系统内部参数计算获得的两两比较矩阵优先数向量，具体实现过程如下：在进行第一步分配时，从对象选择器获得最小割集选择列表，将最小割集选择列表中的所有最小割集作为可靠性分配对象，向外部提供可选择的准则层因素，根据系统外部参数选择准则层需要考虑的因素，可选择准则层因素包括：最小割集失效率、最小割集基本事件个数、最小割集中所有基本事件最小故障间隔时间的最大值；根据准则层考虑的因素，在系统外部获得准则层对目标层两两比较矩阵的参数输入；对于需要在系统内部获得信息的方案层对准则层的两两比较矩阵，根据最小割集选择列表信息，将最小割集参数归一化作为两两比较矩阵的优先数向量，然后信息采集器向权值计算器输出所得两两比较矩阵以及两两比较矩阵优先数向量；在进行第二步分配时，从对象选择器获得基本事件选择列表，选择基本事件选择列表中的所有基本事件作为可靠性分配对象，向外部提供可选择的准则层因素，根据系统外部参数选择准则层需要考虑的因素，准则层因素包括：系统复杂度、工作环境、基本事件最小故障间隔时间、基本事件概率重要度、后果严重程度、可靠性提高潜力、提高可靠性所需费用；根据准则层选择的因素，对于准则层对目标层的两两比较矩阵，从系统外部参数输入获得两两比较矩阵信息；对于方案层对准则层的两两比较矩阵，如果准则层选择了基本事件最小故障间隔时间，基本事件概率重要度，则直接根据对象选择器基本事件选择列表计算方案层对准则层的两两比较矩阵的优先数向量；如果选择其他因素则通过系统外部参数输入两两比较矩阵信息，然后信息采集器输出两两比较矩阵及两两比较矩阵优先数向量到权值计算器；权值计算器：从信息采集器获得两两比较矩阵及两两比较矩阵优先数向量，对含有外部 参数信息的两两比较矩阵进行一致性检验，若不满足一致性需求，则返回信息采集器重新获取系统外部参数输入，然后重新进行检验，如果满足一致性需求，则对需要进行可靠性分配的对象进行权值计算，然后输出可靠性分配权值，具体实现过程如下：第一步可靠性分配时，权值计算器从信息采集器获得以所选最小割集为分配对象的全部两两比较矩阵及两两比较矩阵优先数向量，检验准则层对目标层的两两比较矩阵的一致性，如果不满足一致性需求，则返回信息采集器重新获取外部参数输入，更新两两比较矩阵信息，然后重新进行检验；如果满足一致性，则按照全部满足一致性的两两比较矩阵以及两两比较矩阵优先数向量计算所选最小割集的可靠性分配权值，并将此权值储存为最小割集可靠性分配列表，列表包含：最小割集名称、最小割集的可靠性分配权值、最小割集目标可靠性，然后输出最小割集可靠性分配列表到可靠性分配器；第二步可靠性分配时，权值计算器从信息采集器获得以所选基本事件为分配对象的全部两两比较矩阵及两两比较矩阵优先数向量，并从对象选择器获得基本事件选择列表，检验准则层对目标层的两两比较矩阵的一致性，如果准则层考虑了工作环境、后果严重程度、可靠性提高潜力、提高可靠性所需费用等比较两两比较矩阵包含系统外部参数的准则层因素，则检验方案层对准则层这些因素的两两比较矩阵的一致性，将不满足一致性的两两比较矩阵返回给信息采集器重新获取系统外部参数，然后重新检验；若全部满足一致性，则按照全部满足一致性的两两比较矩阵以及两两比较矩阵优先数向量计算所选基本事件的可靠性分配权值，然后根据基本事件选择列表计算基本事件原始可靠性，并将此基本事件可靠性分配权值储存为基本事件可靠性分配列表，列表包含：基本事件名称、基本事件所属最小割集、所属最小割集目标可靠性、基本事件的可靠性分配权值、基本事件原始可靠性、基本事件目标可靠性，然后输出基本事件可靠性分配列表到可靠性分配器；可靠性分配器：获得权值计算器输出的可靠性分配权值，将目标可靠性分配到所选的对象上，并输出可靠性分配结果，具体实现过程如下：第一步可靠性分配时，从权值计算器获得最小割集可靠性分配列表，并从模型解析器获得系统目标可靠性，按照其中最小割集的可靠性分配权值，将系统的目标可靠性分配为所选最小割集的目标可靠性，并将最小割集目标可靠性填入最小割集可靠性分配列表和基本事件可靠性分配列表；第二步可靠性分配时，从权值计算器获得基本事件可靠性分配列表，按照其中基本事件的可靠性分配权值，将最小割集的目标可靠性分配为所选基本事件的目标可靠性，并将基本事件目标可靠性填入基本事件可靠性分配列表；结果输出器：当完成两步可靠性分配后，结果输出器从权值计算器获得全部基本事件可 靠性分配列表，对不同基本事件可靠性分配列表中同一基本事件的不同基本事件目标可靠性，取同一基本事件的不同基本事件目标可靠性的最小值，将此最小值更新到全部含有该基本事件的基本事件可靠性分配列表，然后整合更新后的全部基本事件可靠性分配列表，输出可靠性分配结果列表；可靠性分配结果列表包括：基本事件名称，基本事件目标可靠性。