空间故障网络理论与系统故障演化过程研究

为描述和分析系统故障演化过程,提出了空间故障网络理论。该理论基于先期提出的空间故障树理论,继承了其多因素影响分析、故障大数据处理及因果关系分析的能力。实际系统故障演化过程较为复杂,使用空间故障树树形结构难以描述,因此提出空间故障网络。故障演化过程的实质是由事件和连接组成的按照一定因果关系相连的网络结构。又由于事件由对象及其状态表示,空间故障网络研究的是故障演化过程中对象、状态和连接之间的关系。论述了以往研究的不足,给出了各概念的物理含义、转化步骤、单向环分类、最终事件发生概率计算方法等。论述了空间故障网络研究存在的不足及今后需要研究的关键问题。     

系统故障演化过程最终事件状态及发生概率研究

为探究系统故障演化过程(SFEP)中系统故障的发生特征,基于空间故障网络(SFN)和量子博弈理论提出最终事件状态及发生概率确定方法,以管理者和操作者的安全和不安全行为制定博弈假设,通过量子力学方法表示混合策略概率;研究单一事件混合策略的概率、事件逻辑关系的量子博弈表示、最终事件状态形式及发生概率。结果表明:利用管理者和操作者的静态博弈确定预期收益,求导得到各方安全和不安全行为概率,即可得到最终事件全部状态的发生概率;但由于安全和不安全行为概率是由管理者和操作者收益确定的,因此最终事件全部状态的发生概率是不精确的。     

空间故障树与空间故障网络理论综述

为了研究多因素变化对系统可靠性的影响,在2012年提出空间故障树理论。随着研究的深入,在2015年逐渐将智能科学和大数据技术引入空间故障树,作为分析故障大数据和因素间因果逻辑关系的处理方法。进一步地,由于实际故障发生过程中事件和影响因素多是相互联系的网状结构,在空间故障树基础上提出空间故障网络理论。其主要用于描述自然灾害和人工系统故障发生过程,是研究系统故障演化过程的理论。上述理论发展可归纳为3个阶段:空间故障树基础、空间故障树改进、空间故障网络基础。通过综述形式总结并论述了以往空间故障树及空间故障网络的提出、发展过程和作用,以使读者对空间故障树和空间故障网络有一个较为全面的认识,并以此为基础在安全科学,特别是系统可靠性领域做出更大贡献。     

含有单向环的多向环网络结构及其故障概率计算

树形拓扑结构是网状拓扑结构的特例,即空间故障树(SFT)是空间故障网络(SFN)的特殊形式。研究更广泛的系统的可靠性与影响因素的关系,将SFT理论中系统结构的树形表示改为网状表示,形成SFN。给出SFN的性质、基本结构及其与SFT转化方法。SFN的结构包括一般网络结构、多向环网络结构及含有单向环的多向环网络结构。由于单向环的特殊性,具有循环连锁发生故障的特征,无法单独构成SFN,因此将其加入多向环网络结构形成含有单向环的多向环网络结构。重点论述含有单向环的多向环网络结构的表示方法和故障概率计算方法。研究结果表明:构建的SFN可处理具有网络结构的故障发生过程,同时SFN可转化为SFT,进而可利用SFT现有理论方法分析故障过程。     

基于SFN-SD的北极冰区船舶航行风险传递路径研究

为明晰北极冰区船舶航行风险传递路径,从人员、船舶、环境、管理4方面识别北极冰区航行风险因素,并应用空间故障网络(SFN)理论和决策试验与评估实验室(DEMATEL)方法,分析船舶北极航行风险事件;采用主观数据获得风险传递概率和传递路径,构建北极冰区船舶航行风险传递网络模型;基于永盛轮北极航行记录数据,运用系统动力学(SD)方法,仿真并验证北极冰区船舶航行风险传递网络模型。结果表明：船舶北极航行风险事件中,8种为边缘事件,14种为过程事件,8种为最终事件;从边缘事件到最终事件有15条网络传递路径;经实例验证,所构建的风险传递网络模型可靠;通过该模型能够描述风险事件的传递效应和传递路径,获得最终风险事件的动态概率曲线,揭示北极冰区船舶航行风险传递的规律,为风险防范措施的制定提供技术支持。     

系统故障演化过程中关键事件的确定方法研究

为研究系统故障演化过程中关键事件的确定方法,提出了一种基于核局部保持投影(Kernel Locality Preserving Projections, KLPP)的关键事件确定方法。首先论述了系统故障演化过程、关键事件和因素空间,随后提出了关键事件确定方法,最后进行了实例分析。研究认为系统故障演化过程具有复杂的结构和层次,经历事件是演化测量得到的对象,其中具有决定作用的就是关键事件。关键事件是描述演化过程的基础,可通过因素空间中的对象分布进行确定。通过KLPP方法对对象分布特征进行研究,实现近邻对象分析,得到特征对象。这些特征对象对应的经历事件即为关键事件。按照测量时刻升序排列特征对象即为所求,最终作为描述演化过程的空间故障网络的节点。实例分析得到了预期结果,并说明了方法的特点和研究意义。     

单一事件故障状态中管理者和操作者的收益关系研究北大核心CSCD

为了更深刻地了解系统故障演化过程(System Fault Evolution Process,SFEP)中事件故障状态受管理者和操作者安全和不安全行为的影响,基于量子博弈模型提出了单一事件故障状态量子博弈模型,并对管理者和操作者的收益情况进行了研究。首先论述了利用量子博弈研究单一事件故障状态的可行性并提出假设;其次研究了管理者和操作者在博弈后的期望收益;最后探讨了管理者和操作者混合策略中各行为的实施概率,得到了针对事件故障状态变化的量子博弈模型。结果表明该博弈一般是非对称博弈。管理者采取安全行为且操作者采取不安全行为对双方收益的影响最大;操作者选择安全行为的概率越大,管理者越有利;管理者选择安全行为的概率越大,操作者越有利;确定了双方采取混合策略时各自的期望收益;最后通过实例说明了模型的使用方法。该混合策略具有纳什均衡非博弈演化稳定性,可应用于空间故障网络(Space Fault Network,SFN)的系统故障状态量子博弈分析。     

基于贝叶斯网络的物流无人机失效风险评估*

为降低城市物流无人机（UAV）失效坠落风险,通过考虑其运行环境和系统故障等因素的影响,以城市物流无人机运行数据为基础,从系统故障、运行环境和人为因素3方面提取失效诱因;分析物流无人机失效模式,并构建意外坠落事故的贝叶斯网络;基于所建网络和失效诱因发生概率分别计算不同工况下意外坠落事故及各中间事件概率,并基于网络拓扑结构展开反向推理,推演事故的主要失效诱因。结果表明:物流无人机正常运行时发生安全事故的概率为6.54×10-3;其中,电池电量不足、桨叶失效和电池故障是坠落事故的主要诱因,计算结果可为无人机运行安全风险防控提供依据。     

基于事故树和贝叶斯网络的飞机偏冲出跑道风险分析

为了加强对飞机运行过程的安全管理,降低飞机起降偏冲出跑道事件发生的概率,利用事故树和贝叶斯网络模型对飞机偏冲出跑道事件进行了定性和定量的分析。首先,建立事故树模型,对飞机起降冲偏出跑道的原因进行分析。一方面,总结导致飞机起降偏冲出跑道的基本事件,计算基本事件的结构重要度,指出基本事件对顶事件发生的结构重要度影响,同时计算飞机起降冲偏出跑道事故树模型的最小割集和最小径集,分析顶事件发生的条件和为避免顶事件的发生需要采取的应对措施;另一方面,通过对基本事件发生概率的赋值,计算基本事件的概率重要度和顶事件发生概率,指出基本事件发生概率对顶事件发生概率的影响。其次,为了便于各职能部门加强管理,明确工作的重点,结合贝叶斯网络计算中间事件的条件概率。     

生物质气化火灾爆炸事故BN-LOPA分析

提出一种基于BN-LOPA的生物质气化火灾爆炸事故评价方法。绘制出生物质气化火灾爆炸故障树并转换为贝叶斯网络,计算出的事故发生概率为2.600×10-3,根据风险矩阵得出对应风险等级为10级,因此需要在计划内采取安全措施降低风险。采用贝叶斯网络的向后推导计算基本事件后验概率,找出失效后易导致事故发生的节点,对这些节点设置独立防护层并计算设置后基本事件及顶事件的发生概率。最后得出在设置独立防护层后,生物质气化火灾爆炸事故的发生概率降低至8.068×10-6,对应风险等级从10级降至5级,可满足安全生产的要求。     

基于故障贝叶斯网的边坡垮塌事故风险评估方法研究

针对故障树分析方法在风险评估中的局限性,研究了故障贝叶斯网络在边坡垮塌事故风险评估中的应用.在边坡垮塌事故故障树的基础上,建立了边坡垮塌风险评估的故障贝叶斯网络模型,结合统计数据和专家经验,获得了各节点事件间的条件概率分布.结合工程案例,运用故障贝叶斯网络模型对边坡垮塌事故发生概率进行预测,并对导致边坡垮塌事故发生潜在因素进行排序.结果表明,基于故障贝叶斯网络的风险分析方法简单易用,且可以得到更丰富的信息.     

基于动态贝叶斯网络的水下连接器故障诊断

为进行垂直卡爪式水下连接器机械结构故障诊断及失效预测,提出一种3层动态贝叶斯网络的垂直卡爪式水下连接器故障诊断方法。针对垂直卡爪式水下连接器常见部位(卡爪、密封圈和驱动环)及失效方式,利用动态贝叶斯网络模拟材料状态随时间的退化,采用专家打分法获得连接器部件的失效数据,从而确定故障层状态的先验概率与故障发生后症状层状态的条件概率,并利用GeNle软件求解动态贝叶斯网络。结果表明:根据观测到的症状层状态,能够得到3种关键部件的后验失效概率变化趋势,并确定故障部件。     

基于贝叶斯网络的城市地下燃气管网动态风险分析

为研究城市燃气管网风险的动态性,针对传统风险分析方法的局限性,提出基于贝叶斯网络的燃气管网动态风险分析方法。构建燃气管网失效蝴蝶结模型并将其转化为贝叶斯网络模型;在事故发生状态下更新事件失效概率,识别出关键因素;根据异常事件数据和贝叶斯理论,对基本事件失效概率进行实时动态改变;随之更新管网失效及各后果发生的概率,从而实现管网的动态风险分析。研究结果表明:该方法克服了传统风险分析方法的不足,可动态反映燃气管网失效和事故后果发生概率随时间变化的特征,能够为城市地下燃气管网的风险分析与事故预防提供参考。     

SFN中不同角色事件重要性分析方法研究

为了了解系统故障演化过程(System Fault Evolution Process,SFEP)中不同事件以不同角色对演化过程的影响,提出了一种基于场论的事件重要性分析方法.在SFEP中,相同事件可以作为原因事件、结果事件或两者兼备,但不同角色发挥作用不同.场论可以研究SFEP中各事件与相邻事件的相互作用.使用空间故障网络(Space Fault Network,SFN)描述SFEP,将场论分析需要的参数替换为SFN参数分析各事件相互作用.将场论中的距离等效为传递概率的倒数,质量等效为事件的入度和出度,并提出了一系列概念和方法实现事件重要性确定.试验表明,通过该方法可得到SFEP中不同事件分别作为原因事件、结果事件和两者兼备情况下的事件重要性排序,包括综合入度势、综合出度势和综合入出度势.研究可为SFEP的防治和预测提供方法.     

基于FTA-BN的云ERP不安全事件的人因失误分析

为明确云企业资源计划(ERP)不安全事件的人因失误因素,构建基于故障树分析-贝叶斯网络(FTA-BN)的人因失误分析模型,以避免单一方法的局限性。首先,对云ERP安全审计记录披露的不安全事件进行分类和追因分析,构建云ERP不安全事件故障树,并定量分析最小割集、结构重要度;然后,将故障树映射为BN结构,利用案例数据进行结构学习和参数学习得到最终的贝叶斯网络;最后,依托贝叶斯网络的敏感性分析辨识关键人因失误因素,凭借预测推理计算发生不安全事件的概率。研究结果表明：云ERP安全人因失误因素中工作不到位、培训不足、资源分配不足、管理流程存在问题、职责不清等因素在对应的事件域中应得到重点关注,以保障持续安全。     

系统故障演化过程不连续现象的原因及消除方法研究*

为研究系统故障演化过程中,通过原因事件得到的结果事件发生可能性与直接试验得到的结果事件发生可能性不同的问题,定义系统故障演化过程的不连续现象,研究不连续现象出现的原因和消除方法。根据不连续现象的程度将原因分为3层,第1层是基本的原因事件、结果事件或传递的概率错误造成的不连续;第2层是因素对应错误造成的概率错误;第3层是演化结构不清造成的错误。针对这些错误提出消除方法,基本方法包括试验法、结构分析法和逻辑推理法;第2层次使用空间故障树和因素空间等方法;第3层使用三值逻辑等方法。研究结果表明:导致不连续的原因是演化过程的结构性问题,消除的方法应根据实际情况进行选择和变化。     

系统故障演化过程中事件综合效用系数计算方法研究

为确定各事件在系统故障演化过程(System Fault Evolution Process, SFEP)中的效用，衡量对演化过程的贡献，提出了事件综合效用及系数计算方法。研究认为，影响SFEP的要素包括事件、事件故障概率、影响因素、演化过程中的事件演化关系和事件逻辑关系；进而提出了事件效用系数、事件逻辑效用系数和事件结构效用系数来表征这些要素；给出了3个系数的推导过程和计算方法；综合3个系数形成了事件综合效用系数。通过实例展示了计算流程，得到了实例SFEP中各事件的综合效用系数。结果表明：事件综合效用从大到小依次为过程事件、最终事件、边缘事件；对比事件效用系数，事件逻辑效用系数和结构效用系数对实现演化的作用更大；事件综合效用系数是通过所有因素的具体值确定的，只对确定因素值有效。成果可为SFEP增加研究事件效用的新方法。     

“三高”气田钻井过程硫化氢泄漏动态风险分析

传统的H2S泄漏风险分析方法不能很好地对事故发展过程进行动态分析,导致分析结果偏离实际。基于贝叶斯方法,构建了高温、高压、高含硫（“三高”）气田钻井过程中H2S泄漏的蝴蝶结模型并提出将其转化为贝叶斯网络,在事故已发生的情况下更新基本事件发生的概率。然后,假定事故后果在确定的时间段内发生的累积次数已知的条件下,更新安全屏障及事故后果发生的概率,从而完成对H2S泄漏的动态风险分析。结果表明,该方法克服了传统静态定量分析方法中的不足,可动态评估导致H2S泄漏的基本事件发生的概率和对顶事件发生的影响程度,并动态反映安全屏障和事故后果的风险变化,能为钻井过程中H2S泄漏的风险分析及防控措施提供参考。     

安全系统工程知识讲座:第四讲 事故树分析──探索事故奥秘的一把钥匙(下)

对于系统不希望发生的事件,可以通过编制事故树进行定性和定量分析,提供防止事故的科学依据。 事故树的定性分析,就是对任何事件都不给予数“值,即不给予基本事件的发生概率或故障率,而只分配“0”或“1”的分析方法,指出事件是否发生。发生为“1”,不发生则为“0”。它的目的,主要是对事故(故障)的状态进行分析和计算,搞清楚各个事件之间的关系,找出各个原因事件的种种组合形式以及它们对顶上事件的发生的影响。 事故树的定量分析,是在给出基本事件发生概率或故障率的基础上,评价顶上事件发生概率。由于进行定量分析时,很难获得精确的基本…     

模糊概率事件的故障树分析

许多职业事故的基本致因事件多属于模糊事件,其概率很难确定。本文以煤矿典型危害——内因火灾为例,探讨了模糊概率下的故障树分析问题。煤矿内因火灾故障树虽具有确定的结构形式,其基本致因事件的概率却无法统计。经过长期的生产实践,煤矿中一大批防火专家可以用自然语言较准确地描述基本事件发生的可能性,这就为故障树分析提供了有效信息。文中以模糊数学为基础,引入Delphi方法,征集并整理了25位专家对龙凤矿内因火灾致因的意见,确定了基本事件的模糊概率及其临界重要度排序,提出了行之有效的防治内因火灾措施。