(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210992943.1 (22)申请日 2022.08.18 (71)申请人 北京交通大 学 地址 100044 北京市海淀区西直门外上园 村3号 (72)发明人 李曼　周鑫燚　杨修远　贾利民　 王艳辉　唐宇　杨楠　 (74)专利代理 机构 北京市商 泰律师事务所 11255 专利代理师 毛燕生 (51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01) G06N 7/00(2006.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/02(2020.01) (54)发明名称 一种基于部件间互操作性的机电系统动态 可靠度计算方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于部件间互操作性的 机电系统动态可靠度计算方法， 包括： (1)构建系 统风险传递的隐马尔可夫模型与部件间风险状 态传递矩阵； (2)结合负载效应， 计算部件间互操 作性与抵抗力系数， 量化状态转移矩阵相关参 数， 计算部件 经风险传递之后本身风险不升级的 概率； (3)对部件间的互操作性进行应用， 根据随 机计算的思想， 确定系统最终的状态序列， 并计 算系统的动态可靠度。 对于复杂机电系统， 本发 明的互操作性计算方法可以使系统可靠度计算 更贴近实际情况， 并以此提出了改进的维修策 略， 与传统的维修策略相比， 本发明提出的考虑 部件间互操作性的维修策略能将系统保持在更 高的可靠度并在长期上 具有更低的维修成本 。 权利要求书3页 说明书8页 附图3页 CN 115374703 A 2022.11.22 CN 115374703 A 1.一种基于部件间互操作性的机电系统动态可靠度计算方法， 其特征在于， 包括下述 步骤： 步骤一、 根据复杂机电系统的物 理结构， 构建风险传递的隐马尔可夫模型， 并计算部件 之间的风险传递状态 矩阵； 步骤二、 应用负载效应， 计算系统部件之间的互操作性与抵抗力系数， 计算部件在经风 险传递之后本身风险等级不升级的概 率； 步骤三、 对系统 的互操作性进行应用， 使用随机计算的方式计算系统最终的状态序列， 计算系统的可靠度， 并提出改进的维修策略与传统的维修策略进行对比。 2.根据权利要求1所述的一种基于部件间互操作性的机电系统动态可靠度计算方法， 其特征在于， 步骤一具体包括： 1.1根据复杂机电系统的物理结构建立由各个节点组成的隐马尔可夫模型， 对节点va定 义状态矩阵： A＝[a1， α2…an]， 其中ai表示节点va在状态i的概率， i的大小表示风险的严重程 度， i数值越大， 表示 风险越严重， 当i ＝n时， 风险引发 故障； 对于节点va向节点vb传递风险状态， 定义： Ba→b＝A·Ra→b， 其中Ra→b为节点va到节点vb的 风险传递矩阵， Ba→b表示在节点va影响下节点vb的状态矩阵， 简写为B； 对于单一路径的风险 状态传递矩阵如A →B→…→F时， 有： A·Ra→b·...·Re→f＝F， 即： F＝A ·ΠR； 其中， A表示节点va的状态矩阵， Ra→b为节点va到节点vb的风险传递矩阵， Re→f表示节点ve 到节点vf的风险传递矩阵， F表示节点vf的状态矩阵； 对于多个节点向单一节点的风险传递的情况， 根据风险状态类型和强度不同， 定义两 种运算： ⊙运算， 设有一行k列矩阵A、 B、 C满足A＝B ⊙C， 即 其中， ai表示矩阵A 中的第i个元素， bi、 bj表示矩阵B中的第i、 j个元素， ci、 cj表示矩阵C 中的第i、 j个元 素； 运算， 设有一行k列矩阵A、 B、 C满足 则ai＝∑m+n＝i+1bm·cn(i＜k)， ak＝ ∑m+n＞kbm·cn； 其中， ai表示矩阵A中的第i个元素， bm表示矩阵B中的第m个元素， cn表示矩阵C中的第n 个元素， m， n为任意的非零 正整数； 1.2建立多节点向单节点风险传递的状态矩阵， 如节点va、 vb向节点vc传递风险时， 有： Ca→c＝A·Ra→c和Cb→c＝A·Rb→c， 当风险状态类型相同， 则Cab→c＝Ca→c⊙Cb→c； 当风险状态 类型 不同时， 则 其中， Ca→c为va到vc的风险状态传递矩阵， A表示节点va的状 态矩阵， Cab→c表示节点va与节点vb到节点vc的风险传递矩阵； 当有多个节点如va、 vb、…、 ve、 vf、…、 vi、 vj直接向节点vg传递风险时， 若有va、 vb、…、 ve风 险状态类型相同， ve、 vf、 ...、 vi、 vj风险状态类型不同， 则有 其中， G为各个节点到vg的风 险状态传递矩阵， Ga→g， Gb→g， Ge→g， Gf→g， Gi→g， Gj→g分别表示节点va， vb， ve， vf， vi， vj到节点vg的 风险传递矩阵。 3.根据权利要求1所述的一种基于部件间互操作性的机电系统动态可靠度计算方法，权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115374703 A 2其特征在于， 步骤二具体包括： 2.1根据负载均衡， 在量化部件间相互影响程度时， 将信息流的数量作为重要依据， 对 于部件j(节点vj)， 其接受来自多个功能的信息流， 用其中某个部件i(节点vi)的信息流 数量 占j所接收的总信息流的比例可以表示i与j的关联程度； 设定 当j的全部信息来自于i， 即表 明i与j的互操作系数为1， 即 当i出现故障时j出现故障的可能性越高； 以Dij表示部件i对部件j的互操作性(信息流为i →j)， 用 Γe表示系统中与j所有相邻部 件集合， Hi→j表示相邻部件i传递信息流至部件j的路径数量， 则对于部件i， j： 其中Hl→j表示系统中从任意相邻部件l到部件j的传输路径数量， Hi→j表示从相邻部件i 到部件j的路径数量； 公式表明部件i对j的互操作性取决于j对i的负载接收的程度， 接收程 度越高则互操作性越强； 对于具有互操作性的部件i与部件j， 风险的传递不仅取决于作为故障源头的i， j对于i 传递的风险具有抵抗能力， 即在信息流传递错误的情况下， j具有维持风险度不升级的能 力， 将这种能力称为j的抵抗力， 抵抗力系数r为在前一级发生错误或故障时， 该部件仍能维 持自身风险状态等级不变的概 率， 表示j对风险传递的抵抗 程度； 2.2抵抗力系数r与部件互操作性成负相关， 与部件的可靠度成正相关， 与不可用 度正 相关， 抵抗力系数r公式为： 其中， R(t)表示部件在t时刻的可靠度， Dij表示部件i对部件j的互操作性； 可得r(t， Dij)的范围为 为保证所有传递部件的r的范围最终在(0， 1)之间， 对原 公式乘上一个修正系数， 最终得到： 取C为系统部件中最小的互操作性， 即 Dmin； 通过抵抗力系数r， 确定转移 矩阵Ri→j的具体数值， 以n阶矩阵为例； 其中Pij为前一个部件的状态i引发下一个部件状态j的概 率； 通过分析可知， 矩阵第一行为前一部件正常工作时的状态， 故P(i＞j)只与部件自身状 态有关， 因风险不能消除或者降级， 故Pij＝0(i＞j)， Pnn＝1； 矩阵第一行为前一部件正常工 作时的状态， 故Pij(i＞j)只与部件自身状态有关， 为已知量； 对于其余Pij(i≤j， 1＜i＜n)， 根据抵抗力系数r可计算： 4.根据权利要求1所述的一种基于部件间互操作性的机电系统动态可靠度计算方法，权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115374703 A 3