基于最小割集的计算机辅助安全性分析系统

王帆 张胜修 吴多胜
第二炮兵工程学院,陕西西安710025

文章摘要:论述了所设计的计算机辅助故障树安全分析系统的功能及程序结构与设计原理。分析系统由编辑生成、分析计算、诊断输出和数据库四个模块组成,使得故障树的生成与分析非常直观而简便,只需用鼠标在屏幕上绘制出故障树图,系统就能自动识别并进行定性与定量分析。最后,以具体实例的形式给出了某导弹在发射筒中自毁故障树的定性和定量分析的结果。
文章主题:故障树 最小割集 定量分析 定性分析

文章内容：1.32,.10,2007火力与指挥控制第32卷第10期2007年10月文章编号:1002—0640(2007)10-0134—04基于最小割集的计算机辅助安全性分析系统王帆,张胜修,吴多胜(第二炮兵工程学院,陕西西安710025)摘要:论述了所设计的计算机辅助故障树安全分析系统的功能及程序结构与设计原理.分析系统由编辑生成,分析计算,诊断输出和数据库四个模块组成,使得故障树的生成与分析非常直观而简便,只需用鼠标在屏幕上绘制出故障树图,系统就能自动识别并进行定性与定量分析.最后,以具体实例的形式给出了某导弹在发射筒中自毁故障树的定性和定量分析的结果.关键词:故障树,最小割集,定量分析,定性分析中图分类号:391文献标识码:,—,—(.',710025,):—.,.:—,—,.-',.—.—,.,..:—,,,—一百故障树分析系统首先由电话实验室的??于1961年提出,作为系统可靠性的数学模型,经过许多学者的发展,已成为较完善的系统可靠性分析技术,广泛应用于各个领域.随着计算机技术的发展,人们开发出了各种计算机分析软件,但现行的软件可视化程度不高,故障树的输入与生成非常繁琐.本文基于所接课题,以++6.0程序语言,研制出了一套可视化程度很高的故障树分析系统.它可以实现用鼠标在屏幕上很方便收稿日期:2006—02一修回日期:2006—12—10作者简介:王帆(1979一),女,山东人,硕士研究生,研究方向为自动控制,仿真和决策支持.地绘制出故障树图,并能自动识别故障树图和进行分析,将所有功能集成在一个图形化的操作平台上,使得故障树的生成与诊断分析非常直观,简便.功能模块基于最小割集的计算机辅助故障树分析系统由四部分组成,分别是数据库模块,故障树生成模块,分析计算模块和文件输出模块,其结构框图如下页图1所示.1.1数据库模块数据库模块的内容由设计部门提供,用于保存事件之间的相互关系.数据库包含的内容有事件代码,下级事件数,事件的描述,与之相连的逻辑门代码,逻辑门类型和事件在故障树中的层次.如果要进王帆,等:基于最小割集的计算机辅助安全性分析系统(总第32—1281)'135'系统管理模块数据库编辑生1分析计诊所拎模块)成模块算模块!)出模块避拟,求最小割..贝集,计算顶事兰兰图1系统框图行定量分析,在以上数据库中还应存储各个底事件的发生概率.在数据存储过程中,主要根据系统关系,首先确定顶事件,在存储完顶事件的相关信息后,找出下级事件,逐层向下完成数据储存工作.采用了三重链式的存储结构进行存储,以便于进行定性分析和定量计算.1.2故障树生成模块在进行动态建树的编程工作时,关键是建立一个图形类,故障树中的各种图形(事件,逻辑门)符号有一些相同的元素,可以设计一个基类来存放这些图形的共同元素.程序设计时可以根据需要往类中增加新的成员变量和成员函数.在基类建好以后,就可以从中派生出各个图形类,每个类中加入自己特定的成员函数和成员变量,每个类都要有在屏幕上画图的功能.不同的类所画的图形也不同,相应的画图函数也就不一样,这样就需要在每个类中都加入一个画图成员函数.还有一点比较重要的是图形符号的连接,只有把上述的图形符号进行有效的连接,才能组成一棵完整的故障树.程序设计主要是通过存储生成的图形类实例的指针来保存已绘制的各个图形符号,而图形的连接是通过操作这些指针来完成的.在前面提到的基类中,设置一个成员变量用来记录上一级图的指针(父指针).通过上述的描述,每一个事件就确定了在图中的位置和上下连接关系,为了方便定性分析和定量分析,在存储每一个事件时设置以下数据结构:厂];[];[];[];[];在以上数据结构中,存放事件的代码,存放事件的上面的逻辑门的代码,存放上级逻辑门的类型,存放下级逻辑门的代码,存放下级逻辑门的类型.1.3分析计算模块分析计算模块主要是提供定性分析和定量计算功能.故障树定性分析的目的在于寻找导致事件的原因和原因组合,即识别顶事件所代表的所有系统故障模式.故障树定性分析的另外一点是寻找故障树的最小路集,确定系统的安全性.正规故障树的系统故障模式用最小割集表示.定性分析通常是采用下行法或上行法求出故障树的布尔视在割集(),再经布尔简化,得出故障树的所有最小割集().定性分析的结果包括:故障树的最小割集,定性的部件重要度和对共因敏感失效的一些最小割集.故障树定量分析包括两方面的任务,就是在言嚣羹鹰水伸佻1水敷,,1异俐里和已知底事件发壅割—童墨主爵求顶事件发生概里墨垄竺竺竺率(即以顶事件为图2分析计算模块的工作流程判据的系统的失效概率)和计算底事件(部件)重要度.分析计算模块的工作流程如图2所示.故障树定性分析的结果是求得的全部最小割集.它的基本用途在于识别导致顶事件的所有可能的系统故障模式.这种基于严格演绎逻辑求得的系统故障模式和根据系统故障履历,或个人经验所得到的认识有原则性差别:后者限于事后经验,前者可以事前推理;后者可能有所遗漏,前者在原则上可能保证完整性.因而有助于判明潜在的故障,避免遗漏重要的"想不到的"系统故障模式,有助于指导故障诊断和制订使用维修方案.故障树定性分析是进一步定量分析的基础,如果能够对故障树中各个底事件发生概率做出推断,接下来应当进行故障树定量分析.故障树定量分析包括两方面的任务,就是在底事件互相独立和已知底事件发生概率的条件下,求顶事件发生概率(即以顶事件为判据的系统的失效概率)和计算底事件(部件)重要度.1.4结论输出模块结论输出模块的输出包括定性分析和定量分析的结论两部分的内容.其中,定性分析的结论包括:所求故障树的最小割集,各底事件对系统安全性影响的定性分析结果等等.定量分析的结论包括顶事件发生概率,底事件重要度,其中重要度包括概率重?136?(总第32—1282)火力与指挥控制2007年第10期要度,相对概率重要度和结构重要度.2实例分析——导弹在发射筒中自毁故障树分析在导弹武器系统中,安全自毁分系统较为简单,但是它的重要性却不逊于其他重要的分系统.众所周知,如果导弹在工作