基于貝葉斯網絡和多源信息構建可靠性分析模型方法研究.pdf

1、可靠性是標示產品技術水平的重要指標。提高產品可靠性水平是提升制造業(yè)核心競爭力的關鍵。可靠性分析是產品可靠性設計的重要依據(jù)，是提高產品可靠性水平的根本措施。傳統(tǒng)的可靠性分析方法對復雜系統(tǒng)中普遍存在的描述事物的多態(tài)性、邏輯關系不確定性和部件失效相關性等問題分析效果不佳。貝葉斯網絡具有堅實的理論基礎，并且適用于表達和分析不確定性事物，因而在可靠性分析領域得到推廣應用。但是，在利用貝葉斯網絡對系統(tǒng)進行可靠性分析時，常常由于數(shù)據(jù)缺乏而導致建模困難

2、。為了解決這一問題，本論文研究對傳統(tǒng)可靠性分析方法的分析結果、專家意見和現(xiàn)場數(shù)據(jù)等來源各異、類型不同的多源信息進行分析、處理，用于構建和完善貝葉斯網絡可靠性分析模型的理論方法。本課題的研究內容能夠促進貝葉斯網絡理論在可靠性分析領域推廣應用，豐富系統(tǒng)可靠性分析基本理論；將本課題的研究成果應用于實踐，能夠提高工程技術人員對復雜系統(tǒng)的建模和可靠性分析的能力，為促進現(xiàn)代裝備制造業(yè)發(fā)展，保證重大裝備安全可靠運行發(fā)揮重要作用。
　　本論文開展

3、了以下研究工作：
　　1.在對貝葉斯網絡的表示、推理和建模等基本理論進行分析和總結的基礎上，探討了將貝葉斯網絡應用于系統(tǒng)可靠性分析的方法，分析了貝葉斯網絡在處理復雜系統(tǒng)中普遍存在的多態(tài)性、邏輯關系不確定性和失效相關性等問題的優(yōu)勢，說明了貝葉斯網絡是解決復雜系統(tǒng)可靠性分析問題的有力工具。
　　2.在分析 FMEA、FTA和貝葉斯網絡三種可靠性分析方法的優(yōu)勢和不足的基礎上，根據(jù)是否已經存在充分的信息，提出基于信息提取的建模方法和

4、FFB（FMEA-FTA-BN）建模方法，給出了這兩種建模方法的流程步驟。針對依靠專家經驗完成建模主觀偏差大、效率低的缺點，提出利用結構矩陣來表示FMEA、FTA和貝葉斯網絡中變量間的因果關系，給出結構矩陣綜合運算方法和合理性檢驗方法。并以風力發(fā)電機齒輪箱為例，利用FFB方法建立貝葉斯網絡模型。通過實例分析證明了利用該方法能夠快捷、有效地將FMEA和FTA信息整合建立貝葉斯網絡初始模型。
　　3.在對多狀態(tài)條件下獲取多父節(jié)點條件概

5、率分布時存在的難題進行分析的基礎上，針對專家意見帶有模糊性且存在主觀偏好的問題，提出基于模糊群決策的專家意見處理方法。該方法根據(jù)模糊數(shù)學理論將多位專家給出的語言變量轉化為三角模糊數(shù)，通過均值化、解模糊、歸一化等過程轉化為精確概率值。實例分析證明了該方法的有效性。針對利用專家意見獲取多父節(jié)點的條件概率工作量大且判斷困難的問題，提出多狀態(tài)條件下多父節(jié)點結構的條件概率計算模型。該方法使用標準化模糊數(shù)的形式來表示單原因事件獨立影響下的條件概率，

6、并給出了多種因果影響關聯(lián)關系假設下的條件概率計算模型。通過實例證明該方法能夠減少采集專家意見的工作量，并且具有更強的適用性。
　　4.在對現(xiàn)場數(shù)據(jù)特點進行分析的基礎上，研究利用現(xiàn)場數(shù)據(jù)對貝葉斯網絡模型進行完善的更新學習方法。針對貝葉斯網絡更新學習過程中更新時機難以確定的問題，提出基于性能監(jiān)測的參數(shù)更新方法；該方法根據(jù)所采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，利用對數(shù)評分規(guī)則對已建立的貝葉斯網絡模型的預測結果進行打分，判斷預測結果偏差是否過大；對于偏差大

7、的參數(shù)，以現(xiàn)場數(shù)據(jù)樣本量作為專家意見的等效樣本量對參數(shù)進行更新。然后利用Matlab的BNT工具包作為模擬工具，選擇經典貝葉斯網絡——Asia網作為模擬模型進行模擬實驗；實驗結果表明該方法能夠選擇合理的模型更新時機，能將專家意見和現(xiàn)場數(shù)據(jù)有效的結合，使模型參數(shù)漸進的接近理想值，更適用于利用逐漸收集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)對貝葉斯網絡進行更新的過程。
　　5.在對功能需求進行分析的基礎上，采用Visual Basic+Matlab+Access