基于CLPN的系统安全性分析方法

随着安全性攸关系统的智能化、自动化发展,系统规模和复杂度急剧增加,传统基于链式/树式安全性因果模型的安全性分析方法在非线性致危因素、非失效致危因素分析方面存在很大的局限性,现代基于系统理论的安全性因果模型虽然在航空航天、核电能源等多个领域得到有效性验证,但目前该类方法尚缺乏严格统一的分析步骤和自动化分析工具。为此,提出复杂系统控制过程的建模工具——控制逻辑Petri网(CLPN),对控制过程中的活动及其之间的交互影响关系进行形式化描述,并对系统CLPN模型的可达图进行失效扩展,在不影响安全性分析的前提下尽量避免因失效事件建模造成的分析模型规模激增。基于CLPN模型,以系统理论事故模型与过程(STAMP)系统安全性因果模型危险因素分类为标准,在可达性分析的基础上对作为系统致危因素的危险控制活动进行探索,实现系统安全性的自动化分析。最后,通过实例分析和方法对比,对所提方法的可用性和有效性进行验证。实验结果表明,基于CLPN的系统安全性分析方法在结果完备性和分析效率方面具有较大的优势。

基于STPA与模糊BN的新能源汽车安全性分析方法研究

随着新能源汽车自动化程度不断提高,各系统之间耦合造成的故障急剧增加,传统的安全分析方法已无法满足当前汽车复杂系统的危险性分析要求。针对新能源汽车突然失控事故存在的高危性、复杂多样的问题,提出一种基于STPA与模糊BN的新能源汽车安全性分析方法。首先,运用系统理论过程分析方法(STPA)分析新能源汽车突然失控事故,得出系统级事故及危险,构建控制反馈回路,并识别不安全控制行为;接着,根据STPA分析结果构建模糊BN,通过GeNIe软件训练数据,可视化模糊BN,得到基本事件的发生概率,并由试验仿真得出蓄电池及储能系统、电机电控和整车控制器的后验概率分别为0.70、0.17和0.16。结果表明,所提方法能有效识别系统潜在危险,发现系统薄弱环节,可为提高系统可靠性提供依据。

基于特征匹配度与异类子模型融合的安全性评估方法

机器学习模型的好坏影响预测精度、输入与输出结果的拟合情况。在复杂系统中,使用单一模型评估系统安全性问题时容易受数据量、数据格式、模型结构以及环境干扰等因素影响,使得这个模型在解决某个问题的能力上比较出色,而在解决其他问题时,结果却不尽如人意。针对上述问题,提出一种基于特征匹配度和异类子模型融合的安全性评估方法。首先,按照采样数据的输出值划分不同规模的数据集并构建子模型;其次,通过计算每个新数据对于这些子模型的匹配度,进而得到每个子模型的权重;最后,根据权重大小融合所有子模型的子输出得到最终的多模型融合结果。所提方法对山东省济宁市霄云煤矿采掘数据集进行研究,实验结果表明,该方法与多样本单模型、少样本单模型和传统多模型方法相比,在以330/70的比例来构建子模型的情况下均方根误差(RMSE)分别降低了15.13%、51.67%和12.46%,该方法充分集成各子模型所能提供的有效信息,减少和分散单一模型的预测误差,以提高模型的预测精度和泛化能力。

安全协议形式化分析方法研究综述

介绍了安全协议的基本概念和分类,然后对安全协议形式化分析方法进行了详细介绍,包括基于模态逻辑的方法、基于模型检测的方法、基于定理证明的方法和基于可证明安全性理论的方法。其中,基于模型检测的方法是目前应用最广泛的一种方法,因此详细介绍了一些常用的基于模型检测方法的工具。最后,总结了当前安全协议形式化分析方法的研究热点和未来的发展方向。

基于云模型-模糊FMECA法的水库大坝安全性分析

模糊FMECA法通过对水库大坝隐患出现的频率、影响程度进行评价,并通过赋予权重及模糊综合评判对大坝进行风险评估,具有一定的科学性及实用性,但仍存在无法体现大坝隐患因子的随机性及无法准确反应专家主观偏好关系的缺陷。基于此,提出了云模型-模糊FMECA法的水库大坝安全性分析方法,将模糊FMECA法中的评判矩阵、权重矩阵、对应的评语集进行逆向计算,得出了云模型数字特征值,通过模糊评判得到水库大坝风险评判结果的云模型;根据约束条件确定相应评语集的云模型的数字特征值,将大坝风险评判结果的云模型及各评语集云模型通过MATLAB仿真化,以此实现对水库大坝的安全性评价;将该方法运用到云南省某大坝中,得到了该大坝的内部安全评估等级为A,与现场专家组评判结果一致。证明了基于云模型-模糊FMECA法的水库大坝安全性分析具有一定的可行性及科学性。

基于改进能量模型的主动域自适应安全性评估方法

复杂动态系统运行过程中的在线安全性评估至关重要且富有挑战性.构建有效的数据驱动模型需要大量有标注数据,但这在实际中通常难以获得.此外,考虑到系统不同的运行工况,安全性评估模型应该具有良好的泛化能力.域自适应(Domain adaptation,DA)可以将模型从数据标注丰富的源域迁移到具有不同但相似数据分布的目标域.然而,源域中没有出现过的任务相关未知情景会降低模型的性能,是目前尚未解决的挑战.主动域自适应通过结合域自适应与主动学习技术,为解决上述挑战提供了思路.本文研究目标域存在任务相关未知情景的主动域自适应安全性评估问题,提出一种基于改进能量模型的主动域自适应方法.在所提方法中融合分布外检测器,在此基础上主动选择目标域中具有代表性的无标注样本进行标注,作为训练数据以提高域自适应模型的性能.最后,通过基于轴承数据的案例研究,验证所提方法的有效性和适用性.

基于有限元等效模型的大型膜顶搪瓷拼装储罐安全性分析

为了提高储罐的安全性,建立了大型膜顶储罐的等效分析模型,分析不同工况下罐体壁板及其零部件的应力及变形,探究拉筋带数量、中心立柱高度等对罐体的应力及变形的影响规律,求解得到了其最优值。结果表明:在膜顶拼装储罐未产气加上雨雪天气影响等极端工况下,储罐的罐壁以及抗风圈发生失效,需要对储罐结构进行优化以提高罐体安全性;拉筋带数量和中心立柱高度是影响罐体安全性的主要因素,拉筋带数量增加到80根,中心立柱与拉筋带夹角增大到77.5°可以有效提高罐体的安全性;首层壁板厚度和膜压已为最优值,满足罐体安全性要求。所得结论可提高拼接罐体的可靠性,为后续拼接罐体的设计提供参考。

农机安全性能检测方法与评估模型构建

农机安全性能检测与评估是确保农业机械安全运行与提高农业生产效率的重要环节,能够减少农机事故的发生,保障农民的生命安全。基于此,文章阐述了农机安全性能检测方法,构建了农机安全性能评估模型。模型的评估方法立足实测数据,运用编程提取特征,结果直观明晰,可定量优化指导产品安全设计。同时,为了验证农机安全性能评估模型的有效性,针对某小型拖拉机进行安全性能检测实验,实验从测试样机确定、检测方案制定和实验装置搭建三个方面展开,并进行验证。结果表明,设备运行可靠,满足检测精度需求,能有效提高拖拉机的综合安全系数,为用户提供可靠安全的操作使用保障。

基于模型检验的飞机系统安全性分析方法研究

传统的安全性分析方法,受到分析人员自身技能和经验等因素的影响,容易疏漏系统的失效状态或误判失效的影响。模型检验利用遍历算法,既可以从数学上保证搜索出系统的所有状态,不会发生疏漏;又可以利用计算机检验工具,实现自动分析过程,减少对分析人员技能和经验的依赖。将模型检验引入飞机系统安全性领域,提出了一种基于模型检验的安全性分析方法,以SAE ARP 4761标准附录中的机轮刹车系统为例,利用模型检验工具NuSMV对其安全性进行了分析,自动识别出导致某系统顶事件发生的最小失效组合,完成了传统故障树分析的目的。

一种针对嵌入式系统的安全性分析方法

嵌入式系统广泛应用于安全关键的工业领域,但目前嵌入式系统的安全性缺乏整体性的分析。为此,提出了一种较为全面且融合了失效概率及失效路径的嵌入式系统的故障演化链分析方法。对系统采用层次分析法,借鉴失效模式和影响分析的方法,构建出故障的演化关系链条,即故障演化链。利用故障演化链可以对系统中可能包含的故障、故障产生的原因、故障带来的危害等级及故障的传播路径进行分析。在2个嵌入式软件系统上进行实验,结果显示:基于故障演化链方法比故障影响分析、功能危害性分析和故障树分析更全面,故障演化链的方法能较好地对嵌入式系统进行安全性分析。

基于同伦分析方法和神经网络的复杂腐蚀缺陷海底管道屈曲压力计算方法

针对含复杂形状腐蚀缺陷海底管道屈曲压力计算难的问题,本研究中采用同伦分析方法对含复杂腐蚀缺陷海底管道的屈曲压力进行了计算,并用有限元方法进行了对比验证,进而根据计算结果提出了基于神经网络模型的海底管道屈曲压力的计算方法。结果显示:同伦分析方法可以有效、准确地计算含复杂腐蚀缺陷海底管道的屈曲压力,在相同情况下抛物线形腐蚀管道的临界屈曲压力大于椭圆形管道的临界屈曲压力。基于神经网络模型的腐蚀海底管道屈曲压力计算方法具有良好的泛化性能,可以很好地应用于工程现场的计算。

一种利用故障特征模型的系统安全性分析方法

系统安全性分析是系统安全工程的重要内容,但是传统安全性分析过程中面临着故障空间过大的问题.并且传统安全性分析中以故障列表的方式描述故障无法刻画故障间的约束关系.特征模型是软件产品线工程中描述软件产品家族共性和可变性特征以及特征之间关系的模型.本文提出一种利用特征模型描述故障约束关系的安全性分析方案.首先,从系统描述及安全需求中提取故障约束关系,利用特征模型对其建模,通过故障特征模型优化故障空间;然后,建立系统行为模型并利用时序逻辑描述系统安全属性;最后利用软件产品线模型检测器对系统进行验证.本文通过A320液压系统对方法进行说明,证明了方法的正确性,进而验证故障特征模型对于分析效率的提升.

地铁供电系统可靠性和安全性分析方法探研

地铁作为一种重要的城市轨道交通工具,其供电系统负责向列车提供足够的电力,是保障地铁正常运行的关键部分。地铁供电系统的可靠性和安全性对于地铁运营的安全稳定至关重要。当前,由于人口增加、城市扩张等原因,越来越多的城市开始建设地铁。然而,供电系统的故障情况时有发生,会导致列车停运或减速,进而对整个市民出行造成严重影响。同时,一旦发生安全事故,也将严重威胁乘客的生命财产安全。因此,研究地铁供电系统的可靠性和安全性,完善地铁的应急措施和管理制度,对于保障城市交通运输的快速、便捷和安全具有重要意义。另外,随着市场开放及技术创新的不断深入,地铁供电系统在节能减排、降本增效、智慧化管理等方面也存在较大的改进空间。通过研究地铁供电系统的可靠性和安全性,可以进一步推动地铁行业的可持续发展。本篇文章以地铁供电系统为研究对象,深入了解地铁供电系统的可靠性和安全性,全面分析地铁供电系统的安全措施,为后续更好的提升地铁供电系统的稳定性提供一定的帮助。

井筒流压快速分析方法及其在CO_(2)井中的应用

井筒作为井筒内工质流体和地下储层发生物质和能量交换的主要通道,其内部流体温度场和压力场的准确预测是深部流体注采工程中至关重要的内容,控制工程生产效率与安全性评估。通过总结前人研究工作,发现井筒内流体压力随深度近似线性变化的特征,在此基础上,提出一种关于井筒内流压的快速分析方法;建立了基于井筒内流体的质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程的井筒内流体温度、压力耦合计算模型,并利用该耦合模型就所提快速分析方法中待定参数与流体工况、井筒参数、地层物性等参数变化的敏感性进行分析;针对CO_(2)井,给出了井筒内流压快速分析表达式,结合工程现场数据进行验证,压力解精度在工程应用许可的范围内。所提井筒内流压快速分析方法基于文献统计得出,适用于气井、液井、生产井、注入井等,覆盖范围较广,具有计算参数少、方便快捷的特点,针对某指定工质流体的快速分析表达式中的待定参数可由室内研究人员给出。研究结果对现场工程师具有极大的便利性。

基于结构模型—词频计算的国防科技战略情报分析方法

[目的/意义]针对传统国防科技发展态势分析定性为主的不足,提出一种综合经典结构分析和自然语言处理(NLP)文本计量的国防科技战略情报分析方法。[方法/过程]首先,综述国防科技战略情报分析方法研究;其次,采用PEST“钻石”结构化模型分析主要国家国防科技战略政策调整动因;再次,解构主要国家国防科技战略政策文本,并运用NLP文本计量发掘国防科技发展重点热点;最后,结合定性定量研判辨析国防科技发展基本态势。[结果/结论]对2018—2022年主要国家发布的50个国防科技战略政策文本进行量化分析,对主要国家国防科技发展策略、高新科技领域重点进行研判。结果表明,文章构建的方法框架能够为认识和研判国防科技战略情报动向提供新的视角。

基于AADL的混合关键系统随机错误与突发错误安全性分析

许多复杂的嵌入式系统都是混合关键系统(mixed-criticality system,MCS).MCS通常需要在指定的关键性(criticality)等级状态下运行,但是它们可能会受到一些危害的影响,这些危害可能会导致随机错误和突发错误,进一步导致执行线程中止,甚至导致系统故障.目前的研究仅集中于对MCS的可调度性分析,未能进一步分析系统安全性,未能考虑线程之间的依赖关系.以随机错误和突发错误为研究对象,提出一种集成故障传播分析的基于架构的MCS安全分析方法.使用架构分析和设计语言(architecture analysis and design language,AADL)刻画构件依赖关系.为了弥补AADL的不足,创建新的AADL属性(AADL突发错误属性),并提出新的线程状态机(突发错误行为线程状态机)语义来描述带有突发错误的线程执行过程.为了将概率模型检查应用于安全分析,提出模型转换规则和组装方法,从AADL模型推导出PRISM模型.建立了两个公式,分别获得定量安全属性以验证故障发生的概率,以及定性安全属性以生成相应的正例来求出故障传播路径来进行故障传播分析.最后,以动力艇自动驾驶仪(power boat autopilot,PBA)系统为例,验证了该方法的有效性.

基于ISM结构模型的建筑装配式安全性评估

现代装配式建筑吊装的安全性评估具有重要意义,有利于降低事故风险。为了实现现代装配式建筑吊装的安全性评估,研究引入了解释结构模型与决策试验和评价实验法相融合的评估方案,构建20个安全影响因素,采用毕达哥拉斯模糊集与层次分析法-最优解法对其进行评估。结果表明:安全措施投入与使用情况的中心度高达2.49,重要性最高。安全标准政策环境的中心度最低仅为1.12,重要性最低。安全应急方案的原因度高达0.75,影响力最高。D3工种搭配协调度的原因度最低,仅为-1.24,其受其他因素的影响作用最高。经过对相关案例的深入分析,发现研究所提方法的应用结果与实际情况高度一致,充分证明了该方法在实际应用中的可行性。

基于动态组合赋权云模型的弧形钢闸门安全性评价

闸门的安全性评估是闸科学管理的关键环节。鉴于传统单一评估方法赋权存在的局限性,综合考虑闸门安装质量、启闭力、腐蚀程度等安全性评价指标,针对某些评价指标具有不确定性和模糊性的特点,引入动态组合赋权算法,重点考虑时间推移下弧形钢闸门各评价指标权重的变化,利用三标度法与熵值法得到组合权重,最终实现评价指标权重的主、客观与动静相结合,构建了基于动态组合赋权的弧形钢闸门安全性云评价模型。工程应用结果表明:所建立的评价模型不仅能定量且直观地反映弧形钢闸门安全性评价结果等级,而且能体现评价等级的时间推移规律,使得评价结果更符合实际情况,可以更好地反映钢闸门的运行情况。

面向人因的船舶极地航行过程安全性分析

为探究船舶极地航行过程中的人机环系统性影响,从人为因素视角出发,构建极地航行人因分析与分类系统(HFACS-PN),辨识出人-组织因素在浮冰水域船舶航行安全的影响因子;建立适用于极地航行环境的系统理论事故模型与过程(STAMP-PN),并采用系统理论过程分析方法(STPA)分析极地航行过程中不安全控制行为及其反馈信息的突出危险。研究结果表明:冰困事故是由复杂的动态系统过程中不安全的控制反馈行为所导致,船舶资源保障和船员极地航行专业素质安全约束力是事故防控的关键。研究结果揭示人为因素对船舶冰困事故发生及后果严重性的影响机理,对全行业提升船员岗位适任能力和应急响应效能具有重要参考意义。

随机间歇模型预测控制的系统稳定性与安全性

针对随机非线性仿射系统,采用间歇事件触发模型预测控制的方法研究其稳定性与安全性.利用无约束的控制李雅普诺夫函数和控制障碍函数相结合的方法,构建了控制李雅普诺夫-障碍函数.通过设定控制器的开启和关闭条件,构造间歇事件触发控制器,使其可以同时兼顾系统稳定性与安全性.结果表明:在模型预测控制中采用间歇机制能够有效提升系统性能.以轮式机器人回收系统为例,验证了间歇事件触发模型预测控制理论的有效性.