本發(fā)明屬于航空產(chǎn)品故障分析領(lǐng)域，具體涉及一種利用隨機(jī)抽樣方法進(jìn)行故障模式觸發(fā)，利用隨機(jī)有色petri網(wǎng)表述故障關(guān)聯(lián)和狀態(tài)傳遞的方法。

背景技術(shù)：

隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，航空武器裝備研制已進(jìn)入多功能、全天候快速發(fā)展階段，其組成系統(tǒng)、設(shè)備的復(fù)雜和綜合化程度越來越高，由此耦合伴生了各種不確定性，這種不確定性由于復(fù)雜交聯(lián)關(guān)系而難于從認(rèn)識(shí)和技術(shù)手段上確定和控制，同時(shí)由于環(huán)境的隨機(jī)性，導(dǎo)致系統(tǒng)在執(zhí)行功能過程中始終伴隨著多樣化的物理不確定性，勢(shì)必影響功能有效性，乃至形成安全隱患或事故，這些變化都給航空裝備可靠性、安全性、維修性、測(cè)試性(簡稱四性)工作帶來了巨大的挑戰(zhàn)。

產(chǎn)品是組成系統(tǒng)的單元，故障是開展四性工作的基礎(chǔ)。航空系統(tǒng)中的產(chǎn)品屬于機(jī)、電、液或混合型的物理構(gòu)成，長期服役過程中存在性能退化的必然以及遭受非正常載荷作用的可能，從而形成其功能障礙，即故障。從故障角度看，產(chǎn)品的故障導(dǎo)致自身的任務(wù)功能障礙，并由此形成系統(tǒng)的任務(wù)功能障礙；同時(shí)，也極有可能導(dǎo)致系統(tǒng)的安全性障礙，這是更加危險(xiǎn)的情形。一個(gè)產(chǎn)品的生命周期可以描述為產(chǎn)品各狀態(tài)之間的一系列演變過程，這些演變過程可以分為以下兩類：

內(nèi)在的隨機(jī)過程——這類過程所具有的統(tǒng)計(jì)學(xué)特性可以看作元件的內(nèi)部屬性，例如電燈泡鎢絲斷裂就屬于這類過程。通常，元件在正常工作條件下，由于自身屬性的缺陷導(dǎo)致的某種故障形式的發(fā)生歸于這類過程。這類過程常常服從于一種分布，例如，電子元器件一般服從于指數(shù)分布，而機(jī)械元件一般服從于威布爾分布。

交互過程(或稱為故障傳播過程)——這類演變是由于系統(tǒng)內(nèi)部的其它地方或外部的一些事件的發(fā)生導(dǎo)致的。例如，一個(gè)備用部件處于正常卻不工作狀態(tài)(normal without working)，當(dāng)主件故障時(shí)，該備件就被激活而處于正常工作狀態(tài)(Normal)；當(dāng)飛機(jī)單發(fā)飛行時(shí)，飛機(jī)上的非重要的功能(例如娛樂設(shè)備)就要關(guān)閉；再比如，遭遇雷擊等對(duì)飛機(jī)造成的一些變化，從而導(dǎo)致一個(gè)或多個(gè)元件的損壞。這種交互的故障傳播過程往往服從某一特定的概率值。例如，單發(fā)飛行必然導(dǎo)致娛樂設(shè)施的關(guān)閉(概率1.0)，飛機(jī)上的人工感知系統(tǒng)的損壞可能導(dǎo)致飛行員的誤操作使得飛機(jī)處于過應(yīng)力狀態(tài)(0.0到1.0的某一概率值，不同的 飛行員飛行經(jīng)驗(yàn)不同，該概率值有大有小)。

綜上，狀態(tài)的改變一般具有統(tǒng)計(jì)特性：

1)內(nèi)在的隨機(jī)過程常常服從某一概率分布，可利用蒙特卡洛仿真抽樣方法抽得該隨機(jī)事件發(fā)生的時(shí)間T，若所關(guān)心的統(tǒng)計(jì)時(shí)間t≤T，表示該隨機(jī)事件沒有發(fā)生，反之，表示該隨機(jī)事件發(fā)生；

2)交互的故障傳播過程常常服從某一特定的概率值。但是，從建模的角度來講，后一種事件也可以描述為服從一個(gè)[0,1]上均勻分布的隨機(jī)事件，該特定的概率值為一個(gè)閾值，在蒙特卡洛仿真過程中，若在[0,1]均勻分布抽樣所得的概率值小于該閾值，表示該隨機(jī)事件發(fā)生，反之，表示該隨機(jī)事件不發(fā)生。

Petri網(wǎng)是由聯(lián)邦德國的Garl Adam Petri于1962年在他的博士論文“用自動(dòng)機(jī)通信”中提出，早期Petri網(wǎng)主要應(yīng)用于計(jì)算機(jī)科學(xué)相關(guān)領(lǐng)域，Petri網(wǎng)是一種網(wǎng)狀信息流模型，在條件和事件為兩類節(jié)點(diǎn)的有向二分圖的基礎(chǔ)上加上表示狀態(tài)信息的托肯分布，并按照一定的引發(fā)規(guī)則使得事件驅(qū)動(dòng)狀態(tài)演變，從而反映系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為過程。用小矩形或者短黑線表示事件節(jié)點(diǎn)，稱為變遷；用小圓圈表示條件節(jié)點(diǎn)，稱為庫所。兩個(gè)變遷和庫所節(jié)點(diǎn)之間通過有向弧連接，由此構(gòu)成基本的Petri網(wǎng)。

在可靠性分析中應(yīng)用較多的是利用Petri網(wǎng)的邏輯描述能力代替故障樹進(jìn)行系統(tǒng)可靠性分析建模，常用的邏輯關(guān)系“與、或、非”的Petri網(wǎng)表示，從而可以方便的將故障樹模型轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的Petri網(wǎng)模型，實(shí)際上簡單Petri網(wǎng)并不能對(duì)工程系統(tǒng)的故障網(wǎng)絡(luò)予以分析評(píng)估，必須對(duì)簡單Petri網(wǎng)注入隨機(jī)化信息驅(qū)動(dòng)，例如用于系統(tǒng)可靠性分析的隨機(jī)Petri網(wǎng)，故障診斷領(lǐng)域的故障Petri網(wǎng)、加入模糊數(shù)學(xué)方法的模糊故障Petri網(wǎng)等。盡管出現(xiàn)了各類Petri網(wǎng)，解決了工程系統(tǒng)網(wǎng)狀信息的動(dòng)態(tài)表達(dá)描述，然而并未涉及網(wǎng)絡(luò)信息流的計(jì)算分析問題。以工程物理系統(tǒng)綜合保障的技術(shù)觀點(diǎn)，最關(guān)注的信息流是系統(tǒng)運(yùn)行過程中故障觸發(fā)及傳遞的表述方法，為后續(xù)開展系統(tǒng)可靠性、維修性、測(cè)試性、安全性指標(biāo)計(jì)算提供技術(shù)條件。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種產(chǎn)品故障觸發(fā)及傳遞方法，利用隨機(jī)有色petri網(wǎng)表述故障關(guān)聯(lián)和狀態(tài)傳遞。

一種產(chǎn)品故障觸發(fā)及傳遞方法，包括：

步驟一、對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行故障模式分析，建立導(dǎo)致產(chǎn)品故障的各種輸入、輸出關(guān)系；并根據(jù)產(chǎn)品故障對(duì)系統(tǒng)的影響后果對(duì)故障模式進(jìn)行分類；

步驟二、用Petri網(wǎng)的庫所表示部件，用庫所內(nèi)的托肯表示產(chǎn)品的故障模式，根據(jù)故障模式影響后果不同對(duì)托肯分不同顏色進(jìn)行著色，通過賦予變遷不同屬性表述托肯故障因果傳播關(guān)系，從而構(gòu)建起產(chǎn)品故障的有色Petri網(wǎng)模型；

步驟三、利用Montel-Carl隨機(jī)抽樣方法，產(chǎn)生[0,1]區(qū)間隨機(jī)數(shù)，將航空產(chǎn)品不同故障模式發(fā)生的頻率比在區(qū)間[0,1]進(jìn)行排序，根據(jù)隨機(jī)數(shù)對(duì)應(yīng)區(qū)間的故障模式，在系統(tǒng)故障模型構(gòu)建過程中觸發(fā)產(chǎn)品該項(xiàng)故障模式發(fā)生。

還包括：

步驟四、將所建立的多個(gè)產(chǎn)品故障模型，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，搭建起對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的形式化模型，為后續(xù)系統(tǒng)開展故障分析提供手段。

在所述步驟一中，所述產(chǎn)品的故障模式包括由自身磨損、老化或上游輸入器件的突發(fā)不正常激勵(lì)所導(dǎo)致的一切不正常狀態(tài)。

在所述步驟二中，所述變遷包括延時(shí)變遷和瞬時(shí)變遷；所述延時(shí)變遷的觸發(fā)條件為自發(fā)性功能故障的狀態(tài)轉(zhuǎn)移或傳播，所述瞬時(shí)變遷的觸發(fā)條件為外部激勵(lì)作用下所述部件的功能故障的狀態(tài)轉(zhuǎn)移或傳播；所述的有色是故障影響等級(jí)的表征。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明根據(jù)導(dǎo)致產(chǎn)品故障的內(nèi)因和外因，梳理了產(chǎn)品故障關(guān)聯(lián)關(guān)系，對(duì)故障模型進(jìn)行分類并構(gòu)建了隨機(jī)有色petri網(wǎng)，對(duì)產(chǎn)品故障屬性進(jìn)行定義，利用Montel-Carlo隨機(jī)抽樣方法對(duì)故障模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)和隨機(jī)觸發(fā)，并在構(gòu)建的Petri網(wǎng)中對(duì)產(chǎn)品故障傳播過程進(jìn)行了表征，為復(fù)雜工程物理系統(tǒng)形式化建模與“四性”分析計(jì)算提供了手段。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種產(chǎn)品故障觸發(fā)及傳遞的表述方法的流程圖。

圖2為典型電子類機(jī)載設(shè)備輸入、輸出參數(shù)模型示意圖

圖3為典型機(jī)電類機(jī)載設(shè)備輸入、輸出參數(shù)模型示意圖。

圖4為典型的用于故障分析的petri網(wǎng)。

圖5為電傳飛控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖6為電傳飛控子系統(tǒng)之間的故障傳播過程。

圖7為座艙操縱子系統(tǒng)各LRU的故障傳播過程。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行更加詳細(xì)的描述。在附圖中，自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。

本發(fā)明基于Petri網(wǎng)的部件故障屬性表征方法主要包括以下步驟：

步驟一、對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行故障模式分析，建立導(dǎo)致產(chǎn)品故障的各種輸入、輸出關(guān)系；并根據(jù)產(chǎn)品故障對(duì)系統(tǒng)的影響后果對(duì)故障模式進(jìn)行分類；

步驟二、用Petri網(wǎng)的庫所表示部件，用庫所內(nèi)的托肯表示產(chǎn)品的故障模式，根據(jù)故障模式影響后果不同對(duì)托肯分不同顏色進(jìn)行著色，通過賦予變遷不同屬性表述托肯故障因果傳播關(guān)系，從而構(gòu)建起產(chǎn)品故障的有色Petri網(wǎng)模型；

步驟三、利用Montel-Carl隨機(jī)抽樣方法，產(chǎn)生[0,1]區(qū)間隨機(jī)數(shù)，將航空產(chǎn)品不同故障模式發(fā)生的頻率比在區(qū)間[0,1]進(jìn)行排序，根據(jù)隨機(jī)數(shù)對(duì)應(yīng)區(qū)間的故障模式，在系統(tǒng)故障模型構(gòu)建過程中觸發(fā)產(chǎn)品該項(xiàng)故障模式發(fā)生。

還包括：

步驟四、將所建立的多個(gè)產(chǎn)品故障模型，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，搭建起對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的形式化模型，為后續(xù)系統(tǒng)開展故障分析提供手段。

在所述步驟一中，所述產(chǎn)品的故障模式包括由自身磨損、老化或上游輸入器件的突發(fā)不正常激勵(lì)所導(dǎo)致的一切不正常狀態(tài)。

在所述步驟二中，所述變遷包括延時(shí)變遷和瞬時(shí)變遷；所述延時(shí)變遷的觸發(fā)條件為自發(fā)性功能故障的狀態(tài)轉(zhuǎn)移或傳播，所述瞬時(shí)變遷的觸發(fā)條件為外部激勵(lì) 作用下所述部件的功能故障的狀態(tài)轉(zhuǎn)移或傳播；所述的有色是故障影響等級(jí)的表征。

如圖1所示，以下對(duì)各個(gè)步驟進(jìn)行詳細(xì)說明。

首先，在步驟一中，故障機(jī)理研究可以分為宏觀故障機(jī)理研究(即故障的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)研究)和微觀故障機(jī)理研究(即故障的微觀機(jī)制理論和模型研究)。按照研究尺度的大小，微觀故障機(jī)理的研究又可分為細(xì)觀尺度、分子尺度和原子尺度的研究。故障機(jī)理研究采用的方法可以分為定性的方法和定量的方法，定量的方法又可分為確定型方法和概率型(或模糊型)方法。故障機(jī)理研究所采用的模型按所屬學(xué)科分為理化模型和物理數(shù)學(xué)模型，并可進(jìn)一步細(xì)分為力學(xué)模型、物理模型、化學(xué)模型、材料學(xué)模型、數(shù)學(xué)模型及其聯(lián)合作用的復(fù)合模型，具體的有：界限模型與耐久模型、應(yīng)力強(qiáng)度干涉模型、反應(yīng)論模型、失效率模型、最弱環(huán)模型與串聯(lián)模型、繩子模型與并聯(lián)模型、比例效應(yīng)模型、退化模型或損傷積累模型等，可以看出，故障機(jī)理定量研究的內(nèi)容和范圍廣泛、充實(shí)。

電子設(shè)備局部失效的主要機(jī)理大致可分為過應(yīng)力和耗損型兩大類。機(jī)電類產(chǎn)品故障模式一般是對(duì)產(chǎn)品所發(fā)生的、能被觀察或測(cè)量到的故障現(xiàn)象的規(guī)范描述。故障模式一般按發(fā)生故障時(shí)的現(xiàn)象來描述。故障模式分析的目的是從系統(tǒng)定義中的功能及故障判據(jù)的要求中，假設(shè)產(chǎn)品所有可能的故障模式，進(jìn)而對(duì)每個(gè)假設(shè)的故障模式分析其故障機(jī)理。根據(jù)機(jī)載設(shè)備輸入、輸出參數(shù)信息，給出典型機(jī)載設(shè)備輸入、輸出參數(shù)模型。具體見圖2和圖3所示。

在步驟二中，根據(jù)產(chǎn)品故障對(duì)系統(tǒng)安全或任務(wù)完成的影響后果，對(duì)產(chǎn)品包含的故障模式進(jìn)行分類，對(duì)產(chǎn)品的多故障模式根據(jù)影響后果按色標(biāo)分為以下五類：

Ⅰ災(zāi)難級(jí)——紅(RD)；

Ⅱ嚴(yán)重級(jí)——橙(OG)；

Ⅲ輕度級(jí)——黃(YW)；

Ⅳ輕微級(jí)——藍(lán)(BL)；

V特定級(jí)——綠(GR)。

第五類稱謂的“特定類”，定義為產(chǎn)品正常工作狀態(tài)，用綠色(GR)來表示。

隨機(jī)有色Petri網(wǎng)模型組成元素：庫所(兩類)、變遷(兩類)、托肯(六種)、有向流(兩類)，圖4為典型的用于故障分析的petri網(wǎng)。

(1)庫所包括以下兩類：

●表示產(chǎn)品正常工作狀態(tài)的庫所；

每個(gè)產(chǎn)品有唯一的該類庫所與其對(duì)應(yīng)。

●表示產(chǎn)品故障狀態(tài)的庫所；

每個(gè)產(chǎn)品有唯一的該類庫所與其對(duì)應(yīng)。產(chǎn)品存在多種故障模式，每種故障模式對(duì)應(yīng)一個(gè)有色托肯，故該類庫所可存在多個(gè)有色托肯。

(2)變遷包括以下兩類：

●延時(shí)變遷：表示LRU正常工作狀態(tài)到LRU某故障模式的演化過程(內(nèi)因)。

該類變遷一般服從一概率函數(shù)；如果LRU存在n個(gè)故障模式(不包括正常卻不工作模式)，那么該LRU有n個(gè)延時(shí)變遷。

●瞬時(shí)變遷：表示故障的傳播(外因)。

根據(jù)故障傳播的類型，瞬時(shí)變遷又分為以下幾類：表示確定性邏輯的變遷，表示NG型傳播關(guān)系的變遷，表示NL型傳播關(guān)系的變遷，表示FL型傳播關(guān)系的變遷。后三類變遷類型均為非確定性邏輯變遷。其中，NF1類變遷與一概率值對(duì)應(yīng)；NF2類變遷與一概率值對(duì)應(yīng)；FL類變遷與一概率值表對(duì)應(yīng)。

延時(shí)變遷多源于產(chǎn)品的物理損傷、磨損或老化，而損傷、磨損與老化狀態(tài)轉(zhuǎn)移成功能故障又往往是隨機(jī)的。因此，延遲性變遷多服從一定的分布，如指數(shù)分布、正態(tài)分布等；瞬時(shí)變遷主要源于外部環(huán)境因素或非正常工作狀態(tài)的突發(fā)性激勵(lì)，這種突發(fā)性的激勵(lì)可能會(huì)導(dǎo)致某種故障模式的發(fā)生，因此是確定的或非確定性邏輯量。

(3)托肯包括以下五大類：

●Ⅰ災(zāi)難級(jí)---紅(RD)；

●Ⅱ嚴(yán)重級(jí)---橙(OG)；

●Ⅲ輕度級(jí)---黃(YW)；

●Ⅳ輕微級(jí)---藍(lán)(BL)；

●正常工作狀態(tài)---綠(GR)；

在前四類托肯中，若每個(gè)產(chǎn)品同級(jí)別故障模式存在多個(gè)，按照嚴(yán)重程度又可細(xì)分為RD.1、RD.2、RD.3等。

(4)有向流兩類

●LRU正常工作模式→延時(shí)變遷-→LRU故障模式(內(nèi)因故障)；

LRU/子系統(tǒng)/系統(tǒng)故障模式-→瞬時(shí)變遷--→LRU/子系統(tǒng)/系統(tǒng)故障模式(外 因故障傳播)。

故障模式(因)到故障模式(果)的故障傳播過程在Petri網(wǎng)模型中對(duì)應(yīng)一個(gè)變遷，“變遷性質(zhì)”指明傳播過程的時(shí)間特性：瞬時(shí)或者延時(shí)。若傳播過程時(shí)間極短，則為瞬時(shí)變遷；若傳播過程服從一定的時(shí)間分布，則為延時(shí)變遷。相應(yīng)地，“變遷概率”需依據(jù)“變遷性質(zhì)”項(xiàng)填寫：如果是為變遷瞬時(shí)，填寫變遷發(fā)生的概率；如果是延時(shí)變遷，填寫變遷發(fā)生的時(shí)間分布函數(shù)。

“前置集”為導(dǎo)致“故障模式(果)”發(fā)生的一組“故障模式(因)”的集合。在故障傳播過程中，存在“多因一果”現(xiàn)象。“多因一果”導(dǎo)致“故障模式(果)”的前置集存在多個(gè)，用“A”、“B”、“C”等字母區(qū)分不同的前置集，如圖3前置集A與B；在故障傳播過程中，存在多個(gè)“故障模式(因)”共同作用，整體作為一個(gè)“因”導(dǎo)致“故障模式(果)”的現(xiàn)象。這種“共同作用”實(shí)為多個(gè)“故障模式(因)”的一種邏輯關(guān)系，可以為“與”(邏輯符號(hào)AND)、“或”(邏輯符號(hào)OR)、“表決2/3”(邏輯符號(hào)VOTE-2/3)等，如圖7前置集A與B均為“與”邏輯?！八谇爸眉瓣P(guān)系”填寫規(guī)則為：

1)“‘故障模式(因)’所在的前置集的字母—‘故障模式(因)’與其所在前置集其它元素的邏輯關(guān)系對(duì)應(yīng)的邏輯符號(hào)”；

2)在Petri網(wǎng)構(gòu)建和計(jì)算的過程中，通過該項(xiàng)信息，可以明確“故障模式(果)”發(fā)生的所有可能原因以及“故障模式(因)”傳播所需條件。

在步驟三中,在隨機(jī)抽樣的過程中，從[0.0，1.0]區(qū)間上有均勻分布的母體中產(chǎn)生的簡單子樣稱為隨機(jī)數(shù)序列(r₁,r₂,…,r_n)，而其中的每一個(gè)個(gè)體稱為隨機(jī)數(shù)。其它各類分布，如正態(tài)分布、Γ分布、泊松分布等，都可以用某種方法對(duì)這些均勻分布的隨機(jī)數(shù)進(jìn)行某種變換來實(shí)現(xiàn)。產(chǎn)生均勻隨機(jī)數(shù)的方法很多，如隨機(jī)數(shù)表方法、物理方法、計(jì)算機(jī)方法以及數(shù)學(xué)方法等。

隨著計(jì)算機(jī)及模擬技術(shù)的發(fā)展，研究工作轉(zhuǎn)向用數(shù)值方式或者算術(shù)方式產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，它是利用數(shù)學(xué)遞推公式來產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)的，通常把這種隨機(jī)數(shù)稱為偽隨機(jī)數(shù)。

目前，應(yīng)用廣泛的是一種在[0，1]上均勻分布的偽隨機(jī)數(shù)的方法是同余法。在各種程序設(shè)計(jì)語言中，都有生成在[0，1]上均勻分布的偽隨機(jī)數(shù)的函數(shù)。故此處不再詳細(xì)介紹產(chǎn)生[0，1]均勻分布的偽隨機(jī)數(shù)的方法。在[0，1]上均勻分布的 為隨機(jī)數(shù)服從U～U(0,1)。

蒙特卡洛模擬(MCs)是以統(tǒng)計(jì)抽樣理論為基礎(chǔ)，主要算法步驟為：產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，進(jìn)行抽樣試驗(yàn)(或稱隨機(jī)模擬)，對(duì)大子樣模擬結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，以統(tǒng)計(jì)特征量作為待解問題的數(shù)值解。實(shí)踐表明，數(shù)值仿真是復(fù)雜系統(tǒng)性能分析的有效方法，可以模擬復(fù)雜工程系統(tǒng)的信息動(dòng)態(tài)過程，進(jìn)而分析系統(tǒng)的基本性能特征。

MCs方法的優(yōu)點(diǎn)是：對(duì)問題的維數(shù)不敏感，對(duì)故障分布規(guī)律沒有嚴(yán)格的要求，適用于任意網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。因此，它特別適合于解決高位、非馬爾科夫問題以及難以用確定方法分析的復(fù)雜系統(tǒng)。對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)而言，蒙特卡洛仿真具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

在步驟四中,庫所內(nèi)變遷的關(guān)聯(lián)約束是指變遷觸發(fā)的并發(fā)性約束，在工程物理概念上，是指功能故障發(fā)生模式的并發(fā)性。坦言，工程物理元件同時(shí)發(fā)生多模式故障的可能性是存在的，但相比與物理元件自身發(fā)生某個(gè)故障以及該故障的傳播，前者的概率要小。由此，本報(bào)告假定一個(gè)工程物理元件發(fā)生兩個(gè)或兩個(gè)以上故障模式的概率較單一故障的發(fā)生及其傳播的概率小一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。做這樣的假定是符合工程物理的一般事實(shí)，更重要的是這種假定對(duì)于物理元件功能故障的傳播分析及其定量描述具有實(shí)用化的意義，否則將導(dǎo)致故障傳播信息數(shù)據(jù)量的幾何級(jí)數(shù)增長，且難于判斷數(shù)量級(jí)的大小。

對(duì)于一個(gè)動(dòng)態(tài)隨機(jī)有色庫所，其變遷的關(guān)聯(lián)約束分為兩個(gè)層次，即基準(zhǔn)托肯的狀態(tài)轉(zhuǎn)移變遷關(guān)聯(lián)約束，以及有色托肯的狀態(tài)轉(zhuǎn)移變遷關(guān)聯(lián)約束。

物理上，建立基準(zhǔn)托肯的狀態(tài)轉(zhuǎn)移變遷關(guān)聯(lián)約束指自發(fā)性功能故障的狀態(tài)轉(zhuǎn)移或傳播情形，并不包括外部觸發(fā)條件(上游物理元件功能故障的傳播或外部非正常激勵(lì))作用下的功能故障傳播。由此限定并結(jié)合前文的技術(shù)約定，基準(zhǔn)托肯的狀態(tài)轉(zhuǎn)移變遷關(guān)聯(lián)約束設(shè)置只是觸發(fā)機(jī)制的限制性策略問題。

·一個(gè)動(dòng)態(tài)隨機(jī)有色庫所的基準(zhǔn)托肯向有色托肯的狀態(tài)轉(zhuǎn)移變遷中一個(gè)時(shí)刻只可能有一個(gè)可實(shí)施。在技術(shù)處理上，哪個(gè)變遷進(jìn)入實(shí)施態(tài)是由均勻概率抽樣決定的，而可實(shí)施變遷的概率數(shù)值則是由該變遷的動(dòng)態(tài)隨機(jī)概率分布決定的(仍由概率抽樣完成)。

物理上，有色托肯的狀態(tài)轉(zhuǎn)移變遷關(guān)聯(lián)約束指一個(gè)LRU部件受到外部激勵(lì)作用下功能故障的狀態(tài)轉(zhuǎn)移或傳播情形。這種情形的復(fù)雜性源自于外部激勵(lì)物理的多樣性以及導(dǎo)致該元件狀態(tài)轉(zhuǎn)移的并發(fā)性。為使此項(xiàng)變遷約束關(guān)聯(lián)約束的設(shè)置具 備工程實(shí)用性，結(jié)合前文的技術(shù)假定，對(duì)此設(shè)計(jì)的限制性策略為：

·一個(gè)動(dòng)態(tài)隨機(jī)有色庫所的有色托肯狀態(tài)轉(zhuǎn)移變遷不允許兩個(gè)或兩個(gè)以上同時(shí)可實(shí)施。

設(shè)置此有色托肯狀態(tài)轉(zhuǎn)移變遷關(guān)聯(lián)約束存在兩方面的實(shí)用意義：

其一，在建立上游關(guān)聯(lián)庫所有色變遷狀態(tài)轉(zhuǎn)移到既定庫所有色托肯的可實(shí)施性信息數(shù)據(jù)時(shí)，不考慮上游關(guān)聯(lián)庫所有色托肯的并發(fā)可能。這對(duì)于建立功能故障傳播信息數(shù)據(jù)有極大降低數(shù)量的意義，即只要考慮上游關(guān)聯(lián)庫所中每一有色托肯向既定庫所每一有色托肯的狀態(tài)轉(zhuǎn)移變遷數(shù)據(jù)(稱為一對(duì)多數(shù)據(jù)信息)，而不計(jì)及上游關(guān)聯(lián)庫所中兩個(gè)或以上有色托肯向既定庫所多于一個(gè)的有色托肯的狀態(tài)轉(zhuǎn)移變遷數(shù)據(jù)(稱為多對(duì)多數(shù)據(jù)信息)。此即該約束設(shè)置的實(shí)用意義之一，工程上在兩個(gè)庫所有色托肯間所需的故障傳播信息數(shù)據(jù)量等于上游庫所有色托肯數(shù)乘以既定庫所的有色托肯數(shù)，這是工程系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行工程分析的最小數(shù)據(jù)集。當(dāng)然，這些數(shù)據(jù)的判斷與確定在工程中是容易做到的。

其二，庫所內(nèi)的有色托肯的狀態(tài)轉(zhuǎn)移變遷在動(dòng)態(tài)歷程中不能有兩個(gè)或以上同時(shí)可實(shí)施(并發(fā))的意義還在于使復(fù)雜系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)定量分析可行，否則需要制定復(fù)雜的計(jì)算策略，需求更大的計(jì)算機(jī)硬件資源，以及需要更大的信息數(shù)據(jù)資源。這種變遷約束的設(shè)置的物理含義是說一個(gè)LRU元件在時(shí)間歷程中某個(gè)時(shí)刻只可能發(fā)生一個(gè)故障，同時(shí)發(fā)生兩個(gè)或以上的故障概率是二階小量。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明根據(jù)導(dǎo)致產(chǎn)品故障的內(nèi)因和外因，梳理了產(chǎn)品故障關(guān)聯(lián)關(guān)系，對(duì)故障模型進(jìn)行分類并構(gòu)建了隨機(jī)有色petri網(wǎng)，對(duì)產(chǎn)品故障屬性進(jìn)行定義，利用Montel-Carlo隨機(jī)抽樣方法對(duì)故障模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)和隨機(jī)觸發(fā)，并在構(gòu)建的Petri網(wǎng)中對(duì)產(chǎn)品故障傳播過程進(jìn)行了表征，為復(fù)雜工程物理系統(tǒng)形式化建模與“四性”分析計(jì)算提供了手段。

下面再以飛機(jī)電傳飛控系統(tǒng)為例進(jìn)行簡要說明。

電傳控制分系統(tǒng)采用“具有自監(jiān)控功能的數(shù)字四余度計(jì)算機(jī)(PFC)+作動(dòng)器控制器(ACE)”的體系結(jié)構(gòu)，每個(gè)PFC包含指令支路和監(jiān)控支路，指令支路和監(jiān)控支路的主處理器板為非相似，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成見圖5。

依據(jù)電傳飛控各子系統(tǒng)、相關(guān)LRU的功能關(guān)系以及電傳飛控系統(tǒng)的FMEA信息，可得到電傳飛控系統(tǒng)的故障模式信息表，具體信息可見表1：

表1電傳飛控系統(tǒng)LRU基礎(chǔ)信息表

1)以電傳飛控系統(tǒng)的LRU級(jí)元件為庫所單元，對(duì)庫所單元注入多類型的故障模式，即建立庫所的各種托肯，對(duì)不同的托肯賦予不同的顏色。例如：水平安定面作動(dòng)器1(27-05-25)其存在一種故障模式，表示為RD.1,那么就需為該LRU建立一個(gè)庫所，其庫所內(nèi)放置一個(gè)紅色托肯，編號(hào)為RD.1，庫所編號(hào)即為水平安定面作動(dòng)器1的編號(hào)。同理，依據(jù)此法，可 為系統(tǒng)內(nèi)的所有LRU建立相應(yīng)的庫所和表示故障模式的托肯。

2)完成電傳飛控系統(tǒng)內(nèi)各LRU元件正常狀態(tài)向故障模式轉(zhuǎn)化的時(shí)間過程表示。仍以水平安定面作動(dòng)器1為例，為該LRU建立一個(gè)放置綠色托肯的庫所，并建立關(guān)聯(lián)故障模式服從概率分布的延時(shí)變遷。

3)對(duì)電傳飛控系統(tǒng)中的所有子系統(tǒng)/系統(tǒng)建立庫所，并依據(jù)子系統(tǒng)/系統(tǒng)故障嚴(yán)重級(jí)別放置相應(yīng)顏色托肯。

4)對(duì)各庫所內(nèi)的有色托肯建立瞬時(shí)變遷，按照工程物理系統(tǒng)的功能邏輯關(guān)聯(lián)實(shí)施有向弧構(gòu)造，以完成不同LRU之間、LRU與子系統(tǒng)、子系統(tǒng)與子系統(tǒng)、子系統(tǒng)與系統(tǒng)之間故障傳播過程的表示。

將圖6電傳飛控子系統(tǒng)間的故障傳播過程，與圖7中LRU到子系統(tǒng)的故障傳播過程連接起來，即可得到完整的Petri網(wǎng)圖，為后續(xù)電傳飛控系統(tǒng)四性分析計(jì)算提供支持。