《基於功能共振的複雜系統事故機理研究及推演技術》是依託北京航空航天大學，由田瑾擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於功能共振的複雜系統事故機理研究及推演技術
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：田瑾
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目旨在突破傳統的以線性因果序列為核心的事故致因理論的局限性，提出基於功能共振的事故機理新理論及事故推演新方法。套用系統彈性工程思想，詮釋系統功能“變異-重組-穩定”的循環過程以及可能的失穩，闡明功能變異特性在多場耦合作用下的傳播與放大效應。利用系統動力學方法及結構化建模技術，建立事故推演微觀模型，明確功能變異耦合結構及映射規則，探索功能變異在系統微觀層面的傳導模式以及功能耦合關聯結構敏感性特徵。構建層級式的安全約束模型以支持確定事故推演判據。採用模型檢測手段提出功能共振傳播路徑辨識、功能耦合敏感性分析及危險波動阻尼決策設計方法。針對航空發動機典型事故進行實例套用與驗證。研究成果不僅可豐富現有事故致因理論，並著重挖掘複雜系統事故的湧現性及非線性等本質特徵，探索事故的深層機理和一般規律，為安全科學的發展提供有效的理論和技術支持。
結題摘要
本項目研究了系統行為彈性及功能共振機理，面向系統行為過程建立事故推演模型，並基於模型檢測提出事故推演支撐技術及系統設計架構，主要研究內容及其標誌性成果如下： (1) 以湧現現象與湧現的判定依據為基礎，討論功能共振現象的特點，提出了功能變異的度量方法，在現有功能共振分析方法（FRAM）基礎上深化細化功能建模方法，支持根據不同的耦合方式實現對系統行為過程的描述。 (2) 將FRAM與基於模型的安全分析（MBSA）的基本思想相融合，套用以有限狀態機理論為基礎的模型檢查技術，形成將事故推演機制進行形式化表達和實現的方法：在系統功能模型的基礎上，首先將FRAM規定的功能建模、功能變化、功能變化耦合以FSM進行表達，並採用線性時序邏輯描述對系統的安全性需求，綜合形成FRAM形式化規約模型；遵循MBSA的技術思維，將其轉化為模型檢測工具SPIN的輸入語言，在軟體平台上進行事故場景模擬和安全性需求驗證。 (3) 在上述功能變異特性、功能耦合關聯規則以及事故推演機制等研究成果的基礎上，形成較為完整的功能共振傳播路徑辨識方法FRAM-based Analysis (FRAMA)，該方法將上述關鍵技術的套用有機串聯起來，為事故推演分析提供具體的操作步驟及過程。主要包括三部分核心內容：（a）建立系統描述能力更強的FRAM模型；（b）將功能共振分析方法與模型檢查方法相結合，替代了分析人員自動化遍歷所有潛在的運行場景、驗證安全要求，找出其中的功能共振場景；（c）並根據抑制策略設計適當的改進方案。 (4) 基於功能共振機理，結合功能本身的特點，引入了工程中常見的事故防範措施，並分析了這些措施在FRAM模型中的適用性，提出了基於功能共振機理的功能變異抑制措施以支持危險防控決策，並實現對變異抑制措施的有效性檢驗。 本項目研究成果以航空領域“最小安全高度警報”系統在空中交通管理中的套用為例，對上述方法進行套用，完成該系統功能建模，分析功能變化及其影響，完成系統狀態和環境條件的轉移觸發條件等在模型檢查工具中的形式化編譯，並在SPIN軟體平台中進行安全性驗證，識別危險演化路徑，分析事故影響因素，提出控制策略，並將控制措施反映在模型調試中，以檢驗措施的有效性。
