張瑞軍　張路路　王曉偉　王囡囡

1.山東建筑大學(xué),濟(jì)南,2501012.山東省高校機(jī)械工程創(chuàng)新技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,濟(jì)南,250101

區(qū)間三角模糊多態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)可靠性分析方法研究

張瑞軍1,2張路路1王曉偉1,2王囡囡1

1.山東建筑大學(xué),濟(jì)南,2501012.山東省高校機(jī)械工程創(chuàng)新技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,濟(jì)南,250101

針對傳統(tǒng)系統(tǒng)可靠性分析方法在處理模糊信息方面的不足，建立了基于區(qū)間三角模糊貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的多態(tài)系統(tǒng)可靠性分析方法。通過區(qū)間三角模糊子集來描述根節(jié)點(diǎn)故障率;基于區(qū)間三角模糊子集,構(gòu)建了區(qū)間三角模糊多態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型；研究了區(qū)間三角模糊多態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)可靠性分析算法，給出了求解葉節(jié)點(diǎn)故障模糊可能性與去模糊根節(jié)點(diǎn)后驗(yàn)概率的計算方法。最后,對塔機(jī)傾覆事故進(jìn)行了可靠性分析,驗(yàn)證了該方法的有效性。

區(qū)間三角模糊;貝葉斯網(wǎng)絡(luò);多態(tài)系統(tǒng);塔機(jī)傾覆事故

0　引言

可靠性表示產(chǎn)品或部件在規(guī)定時間和條件下完成規(guī)定任務(wù)的能力[1-2]。系統(tǒng)可靠性理論是可靠性理論的一條重要分支,包含事件樹/故障樹(event treee/fault tree,ET/FT)[3]、二元決策圖(binary decision diagram,BDD)[4]、可靠性框圖(reliability block diagram,RBD)[5]和貝葉斯網(wǎng)絡(luò)(Bayesian network,BN)[6]等分析方法。在反向推理、處理模糊信息和建模等方面，BN都具有明顯的優(yōu)勢，并已成功應(yīng)用于可靠性分析、故障診斷和方案決策等領(lǐng)域[7-8]。文獻(xiàn)[9-10]將BN帶入到系統(tǒng)可靠性分析中,建立了基于BN的系統(tǒng)可靠性分析模型。該模型不但能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可靠性的雙向推理,而且能有效處理部件間的不確定故障邏輯關(guān)系，有效彌補(bǔ)其他可靠性分析方法在這些方面的不足。

上述基于BN的可靠性分析方法都是在假設(shè)節(jié)點(diǎn)故障率為精確值的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析計算的，而實(shí)際工程中，歷史數(shù)據(jù)的缺失以及多樣的工作環(huán)境使得故障率具有模糊性，用精確值來描述往往不符合實(shí)際。文獻(xiàn)[11-12]將模糊集合理論引入到BN中，用模糊子集代替精確值描述節(jié)點(diǎn)故障率，并應(yīng)用于實(shí)例分析中。這些方法在一定程度上使BN具有處理模糊信息的能力，然而確定部件故障率模糊子集的上下限是很困難的，簡單用定值表示往往造成信息丟失。

本文以模糊BN分析方法為基礎(chǔ)，將區(qū)間變量引入到BN根節(jié)點(diǎn)構(gòu)造中，建立區(qū)間三角模糊根節(jié)點(diǎn),在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了區(qū)間三角模糊BN可靠性分析模型，并將得到的這種新方法應(yīng)用到塔式起重機(jī)傾覆事故分析中，對造成事故主要原因的重要度進(jìn)行排序。

1　模糊BN簡述

BN由一個有向無環(huán)圖(directed acyclic graph,DAG)和若干條件概率表(conditional probability table,CPT)組成[13],可以表示為B=((N,E),p)。其中,(N,E)為一個具有n個節(jié)點(diǎn)的DAG,p為所有節(jié)點(diǎn)的條件概率表的集合,用來表達(dá)各節(jié)點(diǎn)與其父節(jié)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)聯(lián)系。

模糊BN是將BN的連續(xù)節(jié)點(diǎn)變量推廣到模糊節(jié)點(diǎn)變量[14]。模糊BN中的模糊性與不確定性不等同于隨機(jī)性。隨機(jī)性用來反映客觀現(xiàn)實(shí)中的不確定性，而這里的模糊性是用來反映由于已知信息有限或其他原因造成的主觀理解上的不確定性。

假設(shè)用Xi表示模糊BN的所有有限個節(jié)點(diǎn),第i個節(jié)點(diǎn)可以用xi(i=1,2,…,n)表示,節(jié)點(diǎn)xi的所有m個模糊故障狀態(tài)可表示為xi,j=(xi(1)，xi(2)，…,xi(m),用μi j(0≤μi j≤1；j=1，2，…，ri)來描述節(jié)點(diǎn)xi在模糊故障狀態(tài)j時的隸屬程度,隸屬度表示節(jié)點(diǎn)故障信息的模糊程度,所有故障狀態(tài)隸屬度之和為1,即

(1)

式中,ri為故障狀態(tài)個數(shù)。

2　區(qū)間三角模糊多態(tài)BN建模

2.1三角模糊BN節(jié)點(diǎn)的構(gòu)建

針對傳統(tǒng)BN中節(jié)點(diǎn)故障率用精確值來描述的不足,采用模糊子集表示的故障模糊可能性代替精確值來描述節(jié)點(diǎn)故障率。模糊子集的隸屬函數(shù)有多種形式,常用的隸屬函數(shù)有三角隸屬函數(shù)、梯形隸屬函數(shù)和正態(tài)隸屬函數(shù)等。其中，三角隸屬函數(shù)代數(shù)運(yùn)算簡單，常用于描述歷史數(shù)據(jù)較少條件下的失效率。現(xiàn)實(shí)中針對塔機(jī)傾覆事故原因的統(tǒng)計數(shù)據(jù)較少,因此文中采用三角隸屬函數(shù)來表述節(jié)點(diǎn)的故障率[12]。

假設(shè)節(jié)點(diǎn)xi在故障狀態(tài)xi(ki)時的模糊可能性用P(xi(ki))表示,它為模糊子集{gl,gm,gu}。gm為模糊子集的中心,gm-gl和gu-gm分別為左右模糊區(qū),隨著模糊區(qū)的增大,模糊程度也越來越強(qiáng)。P(xi(ki))的隸屬函數(shù)為

(2)

式中,g為故障概率。

式(2)用來表征節(jié)點(diǎn)故障率的模糊性,它的圖形表現(xiàn)形式見圖1。

圖1　P(xi(ki))的三角隸屬函數(shù)

2.2區(qū)間三角模糊BN節(jié)點(diǎn)構(gòu)建

現(xiàn)實(shí)中很難確定節(jié)點(diǎn)故障三角模糊子集的上限和下限,故引入?yún)^(qū)間變量代替精確值來表示三角模糊子集的上限和下限。節(jié)點(diǎn)xi在故障狀態(tài)xi(ki)時的模糊可能性為

(3)

P′(xi(ki))的隸屬函數(shù)為

μP′(xi(ki))(g)=

(4)

其曲線如圖2所示。

圖2　P′(xi(ki))的區(qū)間三角隸屬函數(shù)

2.3區(qū)間模糊多態(tài)BN的DAG

DAG為有向無環(huán)圖,用來表示BN中的因果關(guān)系。在DAG中，有向邊由父節(jié)點(diǎn)指向子節(jié)點(diǎn)。在BN中，根據(jù)父節(jié)點(diǎn)的先驗(yàn)概率以及父節(jié)點(diǎn)間的條件依賴關(guān)系，很容易求得任意父節(jié)點(diǎn)的后驗(yàn)概率。DAG結(jié)構(gòu)的好壞影響著BN的系統(tǒng)分析能力,因而DAG的構(gòu)造成為其在故障診斷應(yīng)用中的一個“瓶頸”。區(qū)間模糊多態(tài)BN的DAG與傳統(tǒng)BN的DAG在結(jié)構(gòu)上是完全一樣的，可由故障樹轉(zhuǎn)化得到。區(qū)間模糊BN的DAG結(jié)構(gòu)與故障樹圖結(jié)構(gòu)是一一對應(yīng)的，往往由一個葉節(jié)點(diǎn)和多個根節(jié)點(diǎn)組成。

2.4區(qū)間模糊多態(tài)BN的CPT

傳統(tǒng)BN的條件概率表假設(shè)部件和系統(tǒng)有兩種故障狀態(tài)——故障或安全?，F(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中,故障并非總是表現(xiàn)為“非此即彼”的二態(tài)性,而是表現(xiàn)出“亦此亦彼”的多態(tài)性。此外,傳統(tǒng)BN的CPT是由FT直接映射而來的,描述部件間確定的故障邏輯關(guān)系。實(shí)際中，由于信息的模糊性，很難確定系統(tǒng)中部件間的故障邏輯關(guān)系，因此，用確定的故障邏輯關(guān)系描述部件間的邏輯關(guān)系必然影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。區(qū)間模糊貝葉斯網(wǎng)絡(luò)CPT的構(gòu)造結(jié)合了專家知識和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，體現(xiàn)出了部件故障的多態(tài)性和部件間故障邏輯關(guān)系的模糊性，表1為圖3所對應(yīng)的區(qū)間模糊BN的CPT。

表1　區(qū)間模糊多態(tài)BN的CPT

表1中,m為葉節(jié)點(diǎn)的故障狀態(tài)的個數(shù),n為根節(jié)點(diǎn)的個數(shù),P(y=yi|x1=x2=…=xn=0)描述所有根節(jié)點(diǎn)故障狀態(tài)都為0(安全)的條件下,葉節(jié)點(diǎn)y故障狀態(tài)為yi的條件概率。

3　基于區(qū)間三角模糊BN的可靠性分析方法

將系統(tǒng)中的n個基本事件用BN根節(jié)點(diǎn)表達(dá),記為xi(i=1,2,…,n);系統(tǒng)分析中的頂事件轉(zhuǎn)換成BN中的葉節(jié)點(diǎn),記為T;系統(tǒng)中的其他m個事件轉(zhuǎn)化為BN中的中間節(jié)點(diǎn),記為yj(j=1,2,…,m);對于模糊BN的各節(jié)點(diǎn)，分別用模糊數(shù)xi(ki)、yj(kj)、Tv(ki=1，2,…,li;kj=1,2,…,lj;v=1,2,…,l)描述各相應(yīng)根節(jié)點(diǎn)、中間節(jié)點(diǎn)、葉節(jié)點(diǎn)故障狀態(tài),xi(ki)表示根節(jié)點(diǎn)xi的故障狀態(tài);yj(kj)表示中間節(jié)點(diǎn)的故障狀態(tài);Tv表示葉節(jié)點(diǎn)的故障狀態(tài);v描述當(dāng)前所處狀態(tài);l為狀態(tài)總數(shù)。

3.1葉節(jié)點(diǎn)各故障狀態(tài)模糊可能性

3.1.1葉節(jié)點(diǎn)各故障狀態(tài)模糊可能性

若已知所有根節(jié)點(diǎn)的各故障狀態(tài)的區(qū)間模糊可能性可以表示為P′(xi,ki),葉節(jié)點(diǎn)T處于故障狀態(tài)Tv的區(qū)間模糊可能性記為

P′(T=Tv)=

(5)

式中,π(T)是葉節(jié)點(diǎn)T的所有父節(jié)點(diǎn)集合;π(y1)為中間節(jié)點(diǎn)y1的所有父節(jié)點(diǎn)x1、x2、…、xn的集合。

3.1.2算法驗(yàn)證

以文獻(xiàn)[12]中某載重車液壓懸掛系統(tǒng)模糊貝葉斯網(wǎng)絡(luò)為例,將文獻(xiàn)中根節(jié)點(diǎn)各故障模糊可能性區(qū)間模糊化，并用區(qū)間模糊子集表示。例如，根節(jié)點(diǎn)x1故障狀態(tài)為1的模糊可能性為{11.5,13.5,15.5},則利用區(qū)間模糊子集表示為[(11.5,11.5);13.5;(15.5,15.5)]。

利用式(5)可以求出葉節(jié)點(diǎn)T在其故障狀態(tài)為1時的區(qū)間模糊可能性:

P′(T=1)=

[(2.498,2.498);3.100;(3.702,3.702)](10-5h)

由結(jié)果可知,葉節(jié)點(diǎn)區(qū)間三角模糊子集的上下限變量區(qū)間的下邊界與上邊界重合，所得結(jié)果與文獻(xiàn)[12]中利用三角模糊子集描述根節(jié)點(diǎn)故障模糊可能性所求結(jié)果相同，驗(yàn)證了式(5)的可行性。文獻(xiàn)[12]中的根節(jié)點(diǎn)故障率的三角模糊子集上下邊界為精確值，是區(qū)間的一種特殊形式，所以與文獻(xiàn)[12]所提出的方法相比，本文提出的方法更具有一般性。

3.2去模糊根節(jié)點(diǎn)后驗(yàn)概率

3.2.1去模糊根節(jié)點(diǎn)后驗(yàn)概率

后驗(yàn)概率反映葉節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障后根節(jié)點(diǎn)修正的故障概率，根據(jù)后驗(yàn)概率計算結(jié)果可以對系統(tǒng)可靠性狀況作進(jìn)一步了解。利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)反向推理能力和去模糊計算方法得到的葉節(jié)點(diǎn)區(qū)間模糊可能性，可以推理得到任意根節(jié)點(diǎn)的后驗(yàn)概率。

葉節(jié)點(diǎn)T在故障狀態(tài)Tv條件下,根節(jié)點(diǎn)xi在故障狀態(tài)為xi(ki)時的后驗(yàn)概率為

(6)

3.2.2算法驗(yàn)證

以文獻(xiàn)[15]中巷道運(yùn)輸車液壓系統(tǒng)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)為例，對文獻(xiàn)中的模糊根節(jié)點(diǎn)進(jìn)行區(qū)間模糊化處理，用區(qū)間三角模糊子集描述根節(jié)點(diǎn)。

利用式(6)求得葉節(jié)點(diǎn)T故障狀態(tài)為1的條件下,根節(jié)點(diǎn)x1去模糊后驗(yàn)概率：

P″(xi=1|T=0.5)=0.0332

同理,可求出其他節(jié)點(diǎn)的后驗(yàn)概率,限于篇幅不再贅述。對比計算結(jié)果可知,本文所提后驗(yàn)概率計算方法所得結(jié)果與文獻(xiàn)[15]所得計算結(jié)果相同，驗(yàn)證了式(6)的正確性與可行性。當(dāng)能夠獲取根節(jié)點(diǎn)三角模糊子集上下變量的精確值時，選用文獻(xiàn)[15]的方法，計算更加簡單；當(dāng)難以獲取根節(jié)點(diǎn)三角模糊子集上下變量的精確值時，本文所提方法更加符合實(shí)際。

4　實(shí)例分析

塔機(jī)現(xiàn)場工作環(huán)境復(fù)雜,且事故后果往往較為嚴(yán)重,因此,塔機(jī)應(yīng)具有較高的可靠性。為此,下面以避免塔機(jī)傾覆為目標(biāo),對塔機(jī)進(jìn)行區(qū)間模糊可靠性評估。

塔機(jī)傾覆事故的主要原因可以分為以下三類：突然卸載、操作失誤和超負(fù)荷工作。突然卸載主要包括起重斷繩、吊物脫鉤和起重折臂;操作失誤主要包括故意違章操作、人為判斷重量失誤和人為判斷操作失誤；超負(fù)荷工作包括安全裝置安裝錯位、斜吊力臂過大和軌道車連接螺栓松動。根據(jù)造成塔機(jī)傾覆事故原因之間的故障邏輯關(guān)系，以塔機(jī)傾覆事故為頂事件,建立圖3所示的故障樹。

圖3　塔機(jī)傾覆事故故障樹

圖3中,頂事件T代表塔機(jī)傾覆事故,x1～x9為底事件,分別代表突然卸載、操作失誤、超負(fù)荷工作、起重斷繩、吊物脫鉤、起重折臂、安全裝置失靈、斜吊力臂過大和人為判斷重量失誤;y1～y3為中間事件,分別代表突然卸載、操作失誤和超負(fù)荷工作。根據(jù)由FT向BN轉(zhuǎn)化方法[12],建立塔機(jī)傾覆事故的BN模型,如圖4所示。

圖4　塔機(jī)傾覆事故BN模型結(jié)構(gòu)

假設(shè),節(jié)點(diǎn)x1～x9、y1～y3和T的故障狀態(tài)都為三態(tài)：無故障、半故障狀態(tài)和完全故障，分別用模糊數(shù)0、0.5、1來表示。根據(jù)歷史數(shù)據(jù)與專家經(jīng)驗(yàn)獲得根節(jié)點(diǎn)完全故障狀態(tài)(用模糊數(shù)1來表示)下的區(qū)間模糊子集,如表2所示,根節(jié)點(diǎn)故障狀態(tài)為0.5的區(qū)間模糊子集與故障狀態(tài)為1的區(qū)間模糊子集相同。

表2根節(jié)點(diǎn)故障狀態(tài)為1時的區(qū)間模糊子集

10-6h

考慮到現(xiàn)實(shí)情況中部件間故障邏輯關(guān)系的模糊不確定性,綜合歷史數(shù)據(jù)和專家經(jīng)驗(yàn)得到各子節(jié)點(diǎn)的CPT,如表3所示。

表3　節(jié)點(diǎn)y1的CPT

(續(xù)表3)

同理,可得到節(jié)點(diǎn)y2、y3、T的后驗(yàn)概率,限于篇幅,本文不再贅述。表3描述的是父節(jié)點(diǎn)處于不同故障組合狀態(tài)條件下各子節(jié)點(diǎn)的條件概率。4.1葉節(jié)點(diǎn)各故障狀態(tài)模糊子集

利用式(5)可以求出葉節(jié)點(diǎn)處于各故障狀態(tài)時的模糊子集：

P′(T=1)=

[(4.994,5.579);8.941;(12.188,12.773)](10-5/h)

P′(T=0.5)=[(3.560,3.969);6.511;

(8.864,9.373)](10-5/h)

4.2根節(jié)點(diǎn)后驗(yàn)概率

利用式(6),得到根節(jié)點(diǎn)x1的故障狀態(tài)為1、葉節(jié)點(diǎn)T故障狀態(tài)為1的去模糊后驗(yàn)概率：

同理,可得到其他根節(jié)點(diǎn)的各故障狀態(tài)在葉節(jié)點(diǎn)T故障發(fā)生條件下的后驗(yàn)概率,見表4。

表4　根節(jié)點(diǎn)后驗(yàn)概率

在葉節(jié)點(diǎn)故障發(fā)生條件下得到的各根節(jié)點(diǎn)后驗(yàn)概率可用于系統(tǒng)故障診斷,應(yīng)按照后驗(yàn)概率由大到小的順序檢測相應(yīng)根節(jié)點(diǎn)。由表4可知,在系統(tǒng)處于半故障狀態(tài)下,對半故障狀態(tài)根節(jié)點(diǎn)進(jìn)行檢測應(yīng)按照下列順序進(jìn)行：x9、x3、x8、x7、x1、x4、x6、x5,即首先檢測的是人為判斷重量失誤,最后檢測的應(yīng)是吊物脫鉤。

以上僅對節(jié)點(diǎn)故障率隸屬函數(shù)為三角隸屬函數(shù)的系統(tǒng)可靠性進(jìn)行了討論分析,實(shí)際系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)故障率隸屬函數(shù)還存在其他多種形式。對不同形式隸屬函數(shù)同時存在的系統(tǒng)，隸屬函數(shù)間的相互融合是系統(tǒng)可靠性建模的難點(diǎn)，如何對隸屬函數(shù)進(jìn)行離散化處理、擬合系統(tǒng)響應(yīng)函數(shù)曲線將需進(jìn)一步研究。

5　結(jié)論

(1)文中將區(qū)間變量引入到根節(jié)點(diǎn)構(gòu)造中,建立了區(qū)間三角模糊子集描述節(jié)點(diǎn)的故障率，有效解決了現(xiàn)有系統(tǒng)可靠性分析方法在處理模糊故障率信息方面的不足。

(2)與傳統(tǒng)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)只能處理確定故障機(jī)理的二態(tài)系統(tǒng)相比，該方法能夠處理含不確定故障機(jī)理的多態(tài)系統(tǒng)。因此，傳統(tǒng)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)可看作區(qū)間模糊貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的一個特例，區(qū)間模糊貝葉斯網(wǎng)絡(luò)更具有一般性。

(3)將文中所提方法應(yīng)用到塔機(jī)傾覆事故可靠性分析中，能夠利用其正向推理能力，計算出葉節(jié)點(diǎn)各故障狀態(tài)的區(qū)間三角模糊可能性，同時，還可以利用其反向推理能力，計算得到根節(jié)點(diǎn)的后驗(yàn)概率，為進(jìn)一步進(jìn)行系統(tǒng)故障診斷提供了依據(jù)，對于塔機(jī)可靠性設(shè)計具有一定的工程意義。

[1]王少萍.工程可靠性[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2000.

[2]Pate-Cornell E,Dillon R.Probabilistic Risk Analysis for the NASA Space Shuttle:a Brief History and Current Work[J].Reliability Engineering and System Safety,2001,74(3):345-352.

[3]姚成玉,趙靜一.液壓系統(tǒng)模糊故障樹分析方法研究[J].中國機(jī)械工程,2007,18(14):1656-1675.

Yao Chengyu,Zhao Jingyi.Research on Fault Tree Analysis Method of Hydraulic System[J].China Mechanical Engineering,2007,18(14):1656-1675.

[4]楊莉瓊,李世蓉,賈彬.基于二元決策圖的建筑施工安全風(fēng)險評估[J].系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐,2013,33(7):1889-1897.

Yang Liqiong,Li Shirong,Ji Bin.Safety Risk Assessment for Construction Project with BDD-based Method[J].Systems Engineering-Theory & Practice,2013,33(7):1889-1897.

[5]陳志誠,齊歡,魏軍,等.基于可靠性框圖的可靠性建模研究[J].工程設(shè)計學(xué)報,2011,18(6):407-411.

Chen Zhicheng,Qi Huan,Wei Jun,et al.Research on Reliability Modeling Based on Reliability Block Diagram[J].Journal of Engineering Design,2011,18(6):407-411.

[6]張路路,張瑞軍,王曉偉,等.模糊支撐半徑變量貝葉斯網(wǎng)絡(luò)多態(tài)系統(tǒng)故障概率分析[J].工程設(shè)計學(xué)報,2014,21(5):405-411.

Zhang Lulu,Zhang Ruijun,Wang Xiaowei,et al.Failure Probability Analysis of Multi-state System Based on Bayesian Network with Fuzzy Support Radius Variable[J].Chinese Journal of Engineering Design,2014,21(5):405-411.

[7]劉希亮,陳桂明,李方溪,等.基于多傳感器信息融合的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)故障診斷方法研究及應(yīng)用[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù),2013,32(1):91-95.

Liu Xiliang,Chen Guiming,Li Fangxi,et al. Fault Diagnosis Approach of Bayesian Networks Based on Multi-sensor Information Fusion and Application[J].Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering,2013,32(1):91-95.

[8]Zhu J,Deshmukh A.Application of Bayesian Decision Networks to Life Cycle Engineering in Green Design and Manufacturing[J].Engineering Applications of Artificial Intelligence,2003，16：91-103.

[9]張根保,劉佳,葛紅玉.裝配可靠性的動態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)建模與分析[J].中國機(jī)械工程,2012,23(2):211-215.Zhang Genbao,Liu Jia,Ge Hongyu.Modeling and Analysis for Assemble Reliability Based on Dynamic Bayesian Networks[J].China Mechanical Engineering,2012,23(2):211-215.

[10]Alyson G W,Aparna V H.Bayesian Networks for Multilevel System Reliability[J].Reliability Engineering and System Safety,2007,92(10):1413-1420.[11]陸瑩,李啟明,周志鵬.基于模糊貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的地鐵運(yùn)營安全風(fēng)險預(yù)測[J].東南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2010,40(5):1110-1114.

Lu Ying,Lu Qiming,Zhou Zhipeng.Safety Risk Prediction of Subway Operation Based on Fuzzy Bayesian Network[J].Journal of Southeast University(Natural Science Edition),2010,40(5):1110-1114.

[12]陳東寧,姚成玉.基于模糊貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的多態(tài)系統(tǒng)可靠性分析及在液壓系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].機(jī)械工程學(xué)報,2012,48(16):166-183.

Chen Dongning,Yao Chengyu.Reliability Analysis of Multi-state System Based on Fuzzy Bayesian Networks and Application in Hydraulic System[J].Journal of Mechanical Engineering,2012,48(16):166-183.

[13]Jensen F V.An Introduction to Bayesian Networks[M].New York:Springer Press,1996.

[14]Pan Heping,Okello N,Mcmichael D,et al.Fuzzy Causal Probabilistic Networks and Multi-sensor Data Fusion[C]//SPIE International Symposium on Multispectral Image Processing.Wuhan,China,1998:550-561.

[15]姚成玉,陳東寧,王斌.基于T-S故障樹和貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的模糊可靠性評估方法[J].機(jī)械工程學(xué)報,2013,49(6):89-97.

Yao Chengyu,Chen Dongning,Wang Bin.Fuzzy Reliability Assessment Method Based on T-S Fault Tree and Bayesian Network[J].Journal of Mechanical Engineering,2013,49(6):89-97.

(編輯張洋)

Research on Reliability of Multi-state System Based on Interval Triangular Fuzzy Bayesian Networks

Zhang Ruijun1,2Zhang Lulu1Wang Xiaowei1，2Wang Nannan1

1.Shandong Jianzhu University,Jinan,250101 2.Key Laboratory of Mechanical Engineering & Innovation Technology,Jinan,250101

In order to overcome the shortages of dealing with fuzzy information in traditional system reliability analysis methods,this paper proposed a new method of reliability analysis method based on interval triangular fuzzy multi-state Bayesian network.An interval triangular fuzzy subset was built to describe fault rate of root nodes.A model of the interval triangular fuzzy multi-states Bayesian networks was built based on the interval triangular fuzzy subset.The calculation methods of leaf node fault probability were proposed,and the deblured posterior probability was researched by the reliability analysis algorithms of interval triangular fuzzy multi-state Bayesian network.At last,the method was applied in the reliability analysis of tower crane overturning accident,which shows that the proposed method is feasibility.

interval triangular fuzzy;Bayesian network;multi-state system;tower crane overturning accident

2014-06-05

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51175312);山東建筑大學(xué)博士基金資助項(xiàng)目(XNBS1244)

TH122DOI:10.3969/j.issn.1004-132X.2015.08.018

張瑞軍,男,1965年生。山東建筑大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院教授。主要研究方向?yàn)榻ㄖC(jī)械安全評估技術(shù)和結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠性設(shè)計理論。發(fā)表論文30余篇。張路路,男,1988年生。山東建筑大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院碩士研究生。王曉偉,男,1971年生。山東建筑大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院教授。王囡囡,女,1983年生。山東建筑大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院講師。