專利名稱：基于Markov模型與D-S證據(jù)理論的安全儀表系統(tǒng)可靠性評估方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于工業(yè)安全儀表系統(tǒng)可靠性評估領(lǐng)域,涉及一種基于Markov模型與D-S證據(jù)理論的安全儀表系統(tǒng)可靠性評估方法。
背景技術(shù)：
工業(yè)安全儀表系統(tǒng)(Safety Instrument System, SIS),又稱為安全聯(lián)鎖系統(tǒng)(Safety interlocking System),主要為工廠控制系統(tǒng)中報警和聯(lián)鎖部分,對控制系統(tǒng)中檢測的結(jié)果實施報警動作或調(diào)節(jié)或停機(jī)控制，是工廠企業(yè)自動控制中的重要組成部分。SIS在危險事件發(fā)生前準(zhǔn)時并正確地地執(zhí)行其安全功能，由此避免或者減少事故 的發(fā)生。但是SIS的功能失效將導(dǎo)致其安全功能無法實現(xiàn)。IEC 61508《電氣/電子/可編程電子安全相關(guān)系統(tǒng)的功能安全》標(biāo)準(zhǔn)和IEC61511《過程工業(yè)領(lǐng)域安全儀表系統(tǒng)的功能安全》兩IEC標(biāo)準(zhǔn)對安全儀表系統(tǒng)(SIS)的可靠性計算并沒有作詳細(xì)的規(guī)定?，F(xiàn)有的安全儀表系統(tǒng)(SIS)的可靠性研究分別從可靠性框圖、故障樹、Markov模型等方面進(jìn)行，如通過故障樹對可編程電子系統(tǒng)進(jìn)行了危險失效和安全失效分析，計算了其平均要求時失效時間(average probability of failure on demand PFDavg);通過中間模型改進(jìn)傳統(tǒng)的Markov模型計算安全儀表系統(tǒng)的可靠性等。這些方法從不同層面來計算安全可靠性，但是均將安全儀表系統(tǒng)的每個狀態(tài)假設(shè)為一個常量，但在實際的應(yīng)用中，每個設(shè)備、系統(tǒng)隨著使用時間的增長其狀態(tài)會從“最佳”狀態(tài)變?yōu)椤按渭选睜顟B(tài)，雖然這些狀態(tài)仍然處于某一個特定的狀態(tài)，但是其可靠性卻發(fā)生了細(xì)微的變化，以往技術(shù)對此問題沒有考慮。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于Markov模型與D-S證據(jù)理論的安全儀表系統(tǒng)可靠性評估方法，通過該方法能夠?qū)崿F(xiàn)對安全儀表系統(tǒng)的平均要求時失效概率進(jìn)行更加準(zhǔn)確的計算。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案
本發(fā)明的基本思路為在SIS的Markov模型中，每個狀態(tài)并不是固定不變的，例如在正常狀態(tài)下剛開始使用該系統(tǒng)和工作一段時間后的該系統(tǒng)狀態(tài)會發(fā)生性能的細(xì)微變化，即使仍然處在正常工作狀態(tài)，但工作一段時間后的系統(tǒng)或設(shè)備更容易出現(xiàn)故障，所以其安全可靠性更低。D-S證據(jù)理論的信度函數(shù)和似然函數(shù)作為上下限函數(shù)符合Markov模型中各個狀態(tài)的變化規(guī)律，因此將D-S證據(jù)理論引入Markov模型。用Markov鏈建立模型可準(zhǔn)確的計算出影響SIS的因素等,Markov模型通過狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖來表示狀態(tài)的變化，如說明書附圖
中圖2和圖3所示。圓圈表示SIS的各個狀態(tài)(包括正常狀態(tài)、中間轉(zhuǎn)換狀態(tài)以及失效狀態(tài))，失效和維修的過程用一個帶箭頭的弧線表示。
Markov模型的求解方式在工程上通常使用離散時間矩陣相乘的方式來求值，以Α 為基本時間單位，狀態(tài)轉(zhuǎn)移的概率是維修率或失效率組成的轉(zhuǎn)移矩陣和At的乘積
(IiAt或AAt )。根據(jù)Markov模型的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖可得轉(zhuǎn)移矩陣P。若SIS的初始狀態(tài)為
權(quán)利要求
1.一種基于Markov模型與D-S證據(jù)理論的安全儀表系統(tǒng)可靠性評估方法，其特征在于所述方法包括以下步驟 步驟一根據(jù)安全儀表系統(tǒng)的冗余結(jié)構(gòu)確定狀態(tài)空間，將狀態(tài)組成一個辨識框架Θ ； 步驟二 根據(jù)各個狀態(tài)特征，在辨識框架冪集上建立基本的概率指派函數(shù)，進(jìn)而得到基本概率指派； 步驟三根據(jù)基本概率指派計算出信度函數(shù)和似然函數(shù)； 步驟四在信度函數(shù)和似然函數(shù)的基礎(chǔ)上計算Markov模型中的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣； 步驟五根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣計算出平均要求時失效時間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于Markov模型與D-S證據(jù)理論的安全儀表系統(tǒng)可靠性評估方法，其特征在于所述安全儀表系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)為Iool結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于Markov模型與D-S證據(jù)理論的安全儀表系統(tǒng)可靠性評估方法，其特征在于所述邏輯結(jié)構(gòu)為Iool的安全儀表系統(tǒng)的可靠性評估方法具體步驟為 步驟一根據(jù)Iool結(jié)構(gòu)確定狀態(tài)空間，這些狀態(tài)組成一個辨識框架& ^ = {0:12:3}；步驟二 根據(jù)步驟一中的各個狀態(tài)特征在辨識框架冪集—[Ο;上建立基本的概率指派函數(shù)，進(jìn)而得到基本概率指派in (00) — I — — Ar,); Iti (OI) ―/.;.^ — JT -; m (02) ~; m (03)—/.nr ；m(IO) = ; m(ll) = I-μ,D i m(12) (13)=0; m(20)=/i;;m(22) = l-/i; ; m C21)=m (23)=0; m(30)=m(31)=m(32)=0; m (33)=1; 其中為安全失效； 為危險失效；為檢測到的安全失效；zir為未檢測到的安全失效為檢測到的危險失效；/ : 為未檢測到的危險時效；μ:為危險失效修復(fù)概率；.uID為安全失效修復(fù)概率； 步驟三根據(jù)基本概率指派計算出信度函數(shù)和似然函數(shù)….ΑΛ33+)與H(OO)t....J3Z(JJ)； 步驟四在信度函數(shù)和似然函數(shù)的基礎(chǔ)上計算Markov模型中的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣 Ffei(OO)^/(01)BeHQZ) Bel(IQ)Bel(Il)Bel(U)BeI(U) Sf； ~ j BeKimBei(2rSBei(2:'!Bel(2j)IBelQmBeKJ I)Bel(32)&/(33)j
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于Markov模型與D-S證據(jù)理論的安全儀表系統(tǒng)可靠性評估方法，包括以下步驟一根據(jù)安全儀表系統(tǒng)的冗余結(jié)構(gòu)確定狀態(tài)空間，將狀態(tài)組成一個辨識框架；二根據(jù)各個狀態(tài)特征，在辨識框架冪集上建立基本的概率指派函數(shù)，進(jìn)而得到基本概率指派；三根據(jù)基本概率指派計算出信度函數(shù)和似然函數(shù)；四在信度函數(shù)和似然函數(shù)的基礎(chǔ)上計算Markov模型中的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣；五計算出平均要求時失效時間；將D-S證據(jù)理論應(yīng)用到Markov模型，通過D-S證據(jù)理論的信度函數(shù)和似然函數(shù)計算各個狀態(tài)的上下限值，進(jìn)而得出安全儀表系統(tǒng)的平均要求時失效概率，與以往的評估模型相比較，本評估模型具有更高的準(zhǔn)確性。
文檔編號G06F19/00GK102968569SQ201210502900
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者潘東波, 原紅麗 申請人:西南大學(xué)