同构三态贝叶斯网络在RBD可靠性分析中的应用

"本文主要探讨了一种不改变RBD（可靠性框图）拓扑结构的三态贝叶斯网络（BN）转化方法，旨在解决RBD转化为等价三层BN时出现的结构差异大和组合爆炸问题。论文提出将失效模式分为物理故障和正常却不工作两种，进而将网络节点转换为包含正常、物理故障和正常却不工作的三态节点，替代传统二态模型。此外，文章详细分析了三态BN模型节点的条件概率表（CPT）设置，并以某型飞机航行任务RBD为例，构建了与其等价的三层BN模型和同构三态BN模型，通过对比分析，证明了三态BN不仅保持了原RBD的拓扑结构，而且有效地解决了三层BN的组合爆炸问题，是一种有效的系统可靠性分析工具。" 这篇论文研究的是在系统可靠性分析中，如何将传统的可靠性框图（RBD）转化为贝叶斯网络（BN），同时保持RBD的原有拓扑结构不变，以解决转化过程中的结构差异和计算复杂性问题。RBD通常用于表示系统组件的失效模式和其对整体系统可靠性的影响，而BN则是一种概率图形模型，可以更灵活地表示和分析系统间的依赖关系。 在传统的方法中，将RBD转化为BN时，可能会导致结构的巨大变化，使得原本清晰的系统关系变得复杂，同时伴随着计算上的“组合爆炸”问题，即随着系统规模的增大，计算量急剧增加。为了解决这些问题，论文提出了一个创新的策略，即将系统组件的状态从二态（正常/失效）扩展到三态（正常、物理故障、正常却不工作）。这种三态模型能更好地捕捉实际系统中可能出现的不同故障模式。 论文详细阐述了如何设定三态BN模型节点的条件概率表（CPT），这是BN中描述节点状态依赖于其他节点状态的关键部分。通过设置CPT，可以准确地反映不同状态之间的转移概率，从而更真实地模拟系统行为。 为了验证所提方法的有效性，论文通过一个具体的例子——某型飞机航行任务的RBD，构建了对应的三层BN模型和同构的三态BN模型。对比分析显示，三态BN模型在保持拓扑结构一致性的同时，成功地简化了计算，避免了组合爆炸问题，提高了分析效率。 这项研究提供了一种新的方法，将RBD的结构优势与BN的分析能力相结合，对于系统可靠性评估和优化具有重要的理论和实践价值。这种方法可以应用于复杂系统的可靠性建模，特别是在工程领域，如航空航天、电力系统、交通网络等，有助于提高系统设计的可靠性和效率。