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第 2 期(总第 135 期) 机械工程与自动化 N o 2
2006 年 4 月 M ECHAN ICAL EN G INEER ING & AU TOM A T ION A p r
文章编号: 1672 6413 (2006) 02 0001 03
基于 Petri 网理论的动态系统可靠性建模方法研究
沈戈, 苏春, 许映秋
(东南大学机械工程系, 江苏南京 210096)
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摘要: 利用2 Petri 网对动态系统的描述能力, 将 Petri 网应用于机械系统可靠性分析领域。研究了基于 Petri 网
理论的故障事件及其逻辑关系的表达方法, 探讨了将 Petri 网应用于复杂动态系统可靠性建模的方法, 给出了
应用示例。
关键词: Petri 网; 可靠性; 动态系统
中图分类号: TB 114 3 文献标识码: A
0 引言以表征故障事件的发生。如果令牌处于故障逻辑关系
目前, 可靠性分析有多种方法, 其中故障树分析的顶库所, 则表示系统失效。库所中令牌数目的变化
法(Fau lt T ree A nalysis, FTA ) 和状态空间法应用最是由变迁激发(fire) 引起, 反映了系统状态的动态变
为广泛, 但这两种方法都存在一些缺陷[1 ]。如 FTA 是化过程。对变迁而言, 如果它的每一个输入库所都包
一种基于故障逻辑关系的图形表示法, 但缺乏对产品含至少一个令牌, 则该变迁是可激发的。需要指出的
或系统动态特性的描述能力; 状态空间法虽然能对系是, 这只是变迁激发的必要条件, 表示有激发的可能
统动态特性进行建模分析, 但是对系统状态的数目较性[5 ]。变迁激发将使得每个输入库所减少一个令牌, 而
为敏感, 当系统状态空间较大时, 状态转移图的可读每个输出库所增加一个令牌。
性下降, 使得状态空间的确定和系统特性的分析困难。利用上述 Petri 网的图形元素可以描述故障事件
1962 年, 德国人 Carl A dam Petri 提出一种描述之间的逻辑关系及其影响。表 1 比较了基于 Petri 网的
同步、并发行为的信息系统及其相互关系的网状数学模型及传统的故障树模型。其中, 圆圈表示库所, 短
模型, 进而形成了 Petri 网理论[2 ]。Petri 网不仅能用图粗线表示变迁, 库所中的黑点表示令牌。
形符号表示事件的原因和结果之间的关系, 而且能表与传统的 Petri 网相比较, 表征故障的 Petri 网主
示系统的动态行为[3 ]。它为复杂系统的集成化建模、分要具有以下特点: ①表征故障的 Petri 网中流动的是
析和评价提供了良好环境。本文基于 Petri 网理论研故障信息, 变迁激发后其前集库所中令牌数目并不发
究系统故障分析和逻辑关系的表示, 从故障建模和故生变化, 也就是说故障在向上层传递的过程中并未消
障率分析的角度研究 Petri 网在复杂动态系统可靠性失; ②它用来描述故障事件间的逻辑关系, 如: 一因
分析中的应用。一果、一因多果、竞争等, 而不存在冲突和冲撞现象。
1 基于 Petr i 网的故障逻辑关系表述 FPN (故障 Petri 网) 的激发规则见图