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基于动态故障树的可靠性研究

陈永梅  
【摘要】:动态故障树(DFT)定义了具有明确意义的图形表示符号,通过将系统结构建模为便于分析和研究的图形化模型,能直观展示系统的运行机理和故障过程,同时它综合了马尔科夫模型的特点,对具有动态特性的系统具有较好的建模能力。DFT本身并不具备实际分析能力,必须借助于其他分析方法。现有的基于DFT模型的处理一般采用模块化的方法,将系统模型划分为若干个子模型,然后单独处理,该方法有效地提高了模型的分析效率。因此,基于DFT模型的可靠性分析方法被广泛地应用于众多领域的可靠性分析。可靠性分析和可靠性分配是可靠性工程的2个重要内容,对系统可靠性评估和系统设计具有重要意义。针对现有分析存在的一些不足,本文主要做了以下研究:瞬时可用性作为系统可靠性能的最好度量方式,而现有的基于DFT模型的可靠性分析方法只能计算系统的稳态可靠性而无法计算瞬时可用性。针对上述情况,结合DFT直观、明了的建模优势以及隐马尔科夫内含的双重随机过程中的统计对应关系,设计了一种基于隐马尔科夫的DFT瞬时可用性分析方法。该方法利用外部观测序列预测系统最可能的内部状态转移路径,从而得到系统的瞬时可用性。将其应用到航空电子全双工交换式以太网,通过给定的观测序列,预测系统运行过程中最可能的故障转移序列,得到系统的瞬时可用度。合理的分配模型对系统的高可靠性设计具有重要的指导意义。现有的可靠性分配方法只能处理具有串并联结构和静态特性的系统的可靠性分配问题。AGREE分配法因符合实际的预想分配原则,成为被广泛应用的可靠性分配方法之一。本文结合DFT的建模优势以及AGREE的分配原则,给出了一种基于DFT模块化和改进的AGREE可靠性分配方法。将其应用于静态故障树和动态故障树模型实现可靠性分配,并证明了该方法可以解决任意结构系统的可靠性分配问题。多值决策图(MDD)能有效的缓解基于马尔科夫链的动态故障树分析中出现的状态爆炸问题,然而也带来了新的问题:构建DFT对应的MDD图需要确定的事件变量序列,而该变量序列直接影响着MDD图的规模,最差情况下达到指数级别。通过分析MDD求解动态故障树的特点,以及二值决策图中事件变量序列的影响因素,设计了一种改进的MDD动态变量序列方法。通过两个动态故障子树进行实例分析,实验结果证明该方法的正确性,并通过与原方法的比较证明本方法的有效性。


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