基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的可靠性分析平臺設(shè)計

0 引言

汽車的可靠性是人們一直關(guān)注的問題，如果汽車出現(xiàn)故障，不僅會對汽車本身產(chǎn)生影響，可能還會影響人們的生命及財產(chǎn)安全。對于農(nóng)用車制動系統(tǒng)來說，其復(fù)雜化程度在不斷提高，失效機(jī)理復(fù)雜，在建立模型對其進(jìn)行可靠性分析時，僅考慮完好和失效兩種狀態(tài)是不合理的，需要考慮系統(tǒng)的多態(tài)性問題

。此外，由于農(nóng)用車制動系統(tǒng)產(chǎn)生故障的過程不是瞬間的，而是逐漸變化的，很難獲得制動系統(tǒng)中各個部件的精確故障概率，因此需要對可靠性分析方法進(jìn)行改進(jìn)。

偉人毛澤東，在政治家、軍事家、思想家、哲學(xué)家外，還有詩人、雜文家之稱！“兼得”如此多，仍可用“三雜”來詮釋：學(xué)識雜、文體雜自不必說，閱歷雜亦毋庸贅言。

通過分析電子郵件的語言特征、結(jié)構(gòu)特征與格式特征，利用支持向量機(jī)做分類算法，分析出作者的寫作風(fēng)格，從而建立作者身份識別模型，當(dāng)需要識別某一封電子郵件時，將待識別的電子郵件通過建立的作者識別模型即可得到結(jié)果。通過測試集的電子郵件結(jié)果顯示，此方法用于中文電子郵件作者身份識別，具有較高的可行性與可靠性。本文與之前學(xué)術(shù)界相關(guān)研究比較，具有以下特點(diǎn)：

目前，通過學(xué)者的研究發(fā)現(xiàn)，常用的可靠性分析方法主要有故障樹和貝葉斯網(wǎng)絡(luò)分析法等，而貝葉斯網(wǎng)絡(luò)在處理復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性問題時更具優(yōu)勢。井娟麗等

針對光伏電站的可靠性衡量問題，提出了一種基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型的可靠性分析算法。羅小芳等

利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)對半潛式鉆井平臺鉆井設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行了可靠性分析。翟越等

提出一種改進(jìn)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)分析評估方法對建筑施工高處作業(yè)進(jìn)行綜合風(fēng)險分析。仝兆景等

提出了基于優(yōu)化算法的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)對變壓器故障進(jìn)行診斷分析。目前，較少學(xué)者基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行相關(guān)平臺的開發(fā)。敬瑞星等

設(shè)計開發(fā)了一種基于傳統(tǒng)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)可靠性分析平臺，但是對于復(fù)雜系統(tǒng)，傳統(tǒng)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)已無法滿足，需進(jìn)行改進(jìn)。隨著生產(chǎn)生活進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)時代，計算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展，有效收集、處理可靠性相關(guān)數(shù)據(jù)并進(jìn)行系統(tǒng)可靠性分析已經(jīng)成為當(dāng)今社會的潮流?；诖耍疚奶岢鲆环N模糊多態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的可靠性分析方法，并設(shè)計開發(fā)了一種可靠性分析平臺。

1 模糊多態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)概述

1.1 模糊多態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)是基于概率論和圖論的不確定知識表示模型，能夠很好地利用所帶有的條件概率表，進(jìn)行定性分析和定量分析

。簡單貝葉斯網(wǎng)路如圖1所示。此外，隨著系統(tǒng)復(fù)雜性的不斷提高，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)能夠憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢，很好地解決系統(tǒng)的多態(tài)性、模糊性等問題

。

將模糊理論與貝葉斯網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，能充分利用兩種方法的優(yōu)勢。一方面利用模糊理論有效對具體數(shù)據(jù)進(jìn)行模糊化處理和去模糊化操作，獲得網(wǎng)絡(luò)圖中節(jié)點(diǎn)概率值，以便進(jìn)行可靠性分析；另一方面，具有模糊性的專業(yè)知識用模糊理論進(jìn)行表達(dá)，可以更好地解釋網(wǎng)絡(luò)推理結(jié)果

。

1)通過專家打分對根節(jié)點(diǎn)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；

1.2 模糊多態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的推理流程

在利用模糊多態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行推理計算時，關(guān)鍵之處在于獲取各個根節(jié)點(diǎn)的先驗(yàn)概率，然后再進(jìn)行推理計算。先驗(yàn)概率的獲取步驟如下。

1.2.1 建立基本因素集

基本因素集也就是貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中各個根節(jié)點(diǎn)的集合，用

表示，即

在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中，很多教師認(rèn)為要想打好小學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，就應(yīng)該重視知識的傳授，牢記數(shù)學(xué)知識點(diǎn)，這樣才能為后期教學(xué)奠定良好的基礎(chǔ)，即便在記憶中容易產(chǎn)生遺忘，但通過反復(fù)鞏固依舊可以達(dá)到教學(xué)的效果。在這一教學(xué)理念下，很多的教師并不重視實(shí)踐活動課教學(xué)，甚至直接忽略了這一流程，影響了小學(xué)數(shù)學(xué)實(shí)踐課程教學(xué)的效果。

={

,

,

,…,

}

(1)

1.2.2 建立評判集

評判集是指評判人員對評判對象做出的評判值所組成的集合，用

表示，即

穿好衣服，阿里臉都沒洗，便跟羅爹爹出了門。他的情緒很是低落，因?yàn)榱_爹爹沒有叫他刷牙。雖然平常他最煩刷牙?？墒悄赣H說了，不刷牙就不給吃東西。這樣，他就記得每天必須刷牙。羅爹爹卻一字不提刷牙的事。果然他什么東西都沒有吃，就出了門。走出街上，風(fēng)刮起來。風(fēng)仿佛知道他的肚子很空，呼呼呼地全都朝里面灌，然后在肚子里四下撞擊，咕咕亂叫，似在找出口。

={

,

,

,…,

}

(2)

1.2.3 進(jìn)行專家評分

由于故障的發(fā)生存在很多可變因素，基本事件的失效概率很難用精確值來表示，需要對失效概率進(jìn)行模糊化，通過專家打分可以獲得模糊化數(shù)值。

1.2.4 進(jìn)行解模糊化

20世紀(jì)80年代中期，在谷祺教授的大力倡導(dǎo)和積極組織下，東北財經(jīng)大學(xué)先后邀請美國、日本、瑞典、澳大利亞、法國等國的著名會計學(xué)者來校講學(xué)，這些學(xué)者系統(tǒng)講授了審計、管理會計、經(jīng)營分析、國際會計等課程。此間，谷祺教授還親自組織并參與有關(guān)教材的編譯工作，并多次與國外學(xué)者同臺講學(xué)。這些交流與合作，對于國內(nèi)財會教學(xué)、科研工作者提高學(xué)術(shù)水平、拓寬專業(yè)視野，了解國外財會發(fā)展動態(tài)，促進(jìn)國內(nèi)財會研究走向世界，起到了積極的作用。

進(jìn)行解模糊化，獲得基本事件先驗(yàn)概率，模糊多態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的推理流程圖如圖2所示。

此外，還應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對人才的激勵管理，給予衛(wèi)生人才物質(zhì)、職業(yè)發(fā)展、技術(shù)提升等多方面的激勵措施，完善晉升和職業(yè)評定管理，提高衛(wèi)生人才的學(xué)習(xí)主動性、積極性，為人才提供良好發(fā)展前景的同時，鋪就了東麗區(qū)衛(wèi)生人才資源的長遠(yuǎn)道路。

2 農(nóng)用車制動系統(tǒng)可靠性分析平臺概述

本文設(shè)計的農(nóng)用車制動系統(tǒng)可靠性分析平臺是基于對農(nóng)用車制動系統(tǒng)故障和貝葉斯網(wǎng)絡(luò)理論知識的研究基礎(chǔ)上開發(fā)的。該平臺將診斷專家知識、可靠性分析理論與計算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，對農(nóng)用車制動系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析。一方面，研發(fā)設(shè)計人員通過分析結(jié)果可以更好地進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計，維修人員通過分析結(jié)果可以為系統(tǒng)維修提供依據(jù)。另一方面，該平臺使用方便，無需進(jìn)行特定程序輸入與輸出，只需在界面上輸入相關(guān)數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊運(yùn)行即可獲得系統(tǒng)可靠性分析結(jié)果。

本系統(tǒng)釆用Microsoft Visual Basic 6.0(以下簡稱VB)為開發(fā)工具，該語言功能強(qiáng)大，實(shí)現(xiàn)方式簡單，在進(jìn)行平臺設(shè)計時，只需添加菜單、建立控件、編寫實(shí)現(xiàn)程序功能的代碼即可，顯著提高了程序設(shè)計效率

。另外，在開發(fā)該平臺時，通過ActiveX方式實(shí)現(xiàn)VB與MATLAB的混合編程，實(shí)現(xiàn)基于模糊多態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的可靠性分析，減少了在數(shù)學(xué)處理方面的工作。

該可靠性分析平臺主要具有以下特點(diǎn)：1)基于VB語言開發(fā)的平臺能夠提供友好的操作界面，將VB與MATLAB相結(jié)合，可以直接調(diào)用MATLAB工具箱的算法進(jìn)行計算，減少計算時間；2)該平臺可以有效收集、處理可靠性相關(guān)數(shù)據(jù)并進(jìn)行系統(tǒng)可靠性分析，操作簡單，對于可靠性分析人員而言，工作效率明顯提高；3)在可靠性分析方法上，將模糊性、多態(tài)性與貝葉斯網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，分析結(jié)果更準(zhǔn)確、更具說服力。

3 農(nóng)用車制動系統(tǒng)可靠性分析平臺功能分析

農(nóng)用車制動系統(tǒng)可靠性分析平臺主要由用戶登錄界面、系統(tǒng)主界面、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)建立界面、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置界面、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理界面、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)可靠性分析界面組成。

3.1 用戶登錄界面

12月20日，上海市節(jié)能協(xié)會九屆三次理事會議在花園坊節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)園召開，協(xié)會王堅(jiān)理事長、宋雪楓副理事長、徐君秘書長及各副理事長單位、理事單位代表70余人參加會議。會議由王堅(jiān)理事長主持。

通過用戶登錄界面，可靠性分析人員在界面上輸入正確的“用戶名”和“密碼”后，點(diǎn)擊確定可進(jìn)入分析平臺的主界面。用戶登錄界面能對所設(shè)計的系統(tǒng)起到保護(hù)功能，只有具備操作權(quán)限的人員才可以進(jìn)入該平臺，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)平臺的管理。該登錄管理主要有以下內(nèi)容：

在班級群里，通過每日“家長作業(yè)”的展示和主題交流，家校溝通不再是教師喋喋不休的講解、勸導(dǎo)，而是與家長一起陪伴孩子成長進(jìn)步。人人會說話，人人有話說，人人想說話，這就是微信群的聊天姿勢。我們要在班級智慧的群聊中加深情感、交流信息、增強(qiáng)信任、共同提高，真正實(shí)現(xiàn)家校合作，共同助力孩子的幸福成長。

1)能夠?qū)崿F(xiàn)具有權(quán)限的用戶登錄系統(tǒng)；

2)賬戶密碼輸入錯誤時提醒用戶；

3)實(shí)現(xiàn)該登錄界面的關(guān)閉退出功能。

3.2 系統(tǒng)主界面

根據(jù)對可靠性分析平臺的功能分析，該平臺需要進(jìn)行用戶登錄、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)建立、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)可靠性分析等功能的設(shè)計。本次設(shè)計將系統(tǒng)登錄界面作為單一界面，設(shè)計了系統(tǒng)主界面可點(diǎn)擊進(jìn)入相關(guān)功能界面，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型建立為單一界面，模型建立結(jié)果、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)處理集中在一個界面，可靠性分析通過數(shù)據(jù)和圖表分別展示。

3.3 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)建立界面

貝葉斯模塊主要由兩部分組成，即貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型建立部分和貝葉斯網(wǎng)絡(luò)參數(shù)輸入部分。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型可以直觀反映可靠性分析系統(tǒng)，模型是在分析系統(tǒng)故障機(jī)理之后建立的。可靠性分析人員可以通過該界面中的添加、修改、刪除按鈕輸入節(jié)點(diǎn)名稱、節(jié)點(diǎn)代號、節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，從而構(gòu)造貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型。

3.4 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置界面

可靠性分析結(jié)果主要通過葉節(jié)點(diǎn)不同狀態(tài)的概率值、各個根節(jié)點(diǎn)后驗(yàn)概率及重要度來體現(xiàn)。為了更直觀地看出這些數(shù)據(jù)的結(jié)果，利用圖表的形式進(jìn)行繪出。該界面的主要功能是獲得可靠性分析數(shù)據(jù)及相關(guān)圖表。

其次，模糊多態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點(diǎn)是多態(tài)的。在傳統(tǒng)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中引入多態(tài)性，可以更好地對工程實(shí)際中的元件或系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行精準(zhǔn)表述，如果僅考慮兩種狀態(tài)過于簡單，有時在分析過程中甚至?xí)?dǎo)致嚴(yán)重錯誤，因此引入多態(tài)性是必須的

。

2)定義中間節(jié)點(diǎn)CPT。

3.5 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理界面

本文采用專家打分法對節(jié)點(diǎn)先驗(yàn)概率進(jìn)行打分，打分結(jié)果不是精確值，需要進(jìn)行解模糊化。該界面可以通過反模糊化對專家結(jié)果進(jìn)行處理。

青海的礦藏豐富，許多礦物含量居全國之冠，著稱于世界。2017年在青海鉆獲的高溫干熱巖體，實(shí)現(xiàn)了我國在高效清潔低碳能源上的重大突破。青海省的太陽能資源、風(fēng)力資源和水電資源具有不可比擬的優(yōu)越性，綠色能源建設(shè)也是走在全國的前列。

3.6 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)可靠性分析界面

利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行推理計算時，需要先輸入節(jié)點(diǎn)參數(shù)。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)參數(shù)輸入部分主要有以下內(nèi)容：

4 農(nóng)用車制動系統(tǒng)可靠性分析平臺設(shè)計

系統(tǒng)主界面的工具欄包括“貝葉斯網(wǎng)絡(luò)建立”“貝葉斯網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置”“貝葉斯網(wǎng)絡(luò)診斷”和“退出”四個功能菜單。用戶可點(diǎn)擊不同工具欄進(jìn)入其界面進(jìn)行相應(yīng)操作。

4.1 登錄界面

系統(tǒng)登錄界面如圖3所示，界面上提示需要輸入“用戶名”“密碼”后才可以登錄，如果輸入的用戶名不存在或密碼錯誤，系統(tǒng)會提示“沒有這個用戶”“密碼不正確”，需重新輸入正確用戶名和密碼，再次登錄即可

。

4.2 系統(tǒng)主界面

登錄系統(tǒng)后進(jìn)入系統(tǒng)主界面，系統(tǒng)主界面如圖4所示，其中工具欄包括“貝葉斯網(wǎng)絡(luò)建立”“貝葉斯網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置”“貝葉斯網(wǎng)絡(luò)診斷”和“退出”四個功能菜單。

4.3 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)建立界面

點(diǎn)擊系統(tǒng)主界面上面的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)建立菜單，進(jìn)入貝葉斯網(wǎng)絡(luò)建立界面，如圖5所示。通過添加、修改、刪除按鈕輸入節(jié)點(diǎn)名稱、節(jié)點(diǎn)代號、節(jié)點(diǎn)狀態(tài)構(gòu)造貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型。

4.4 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置界面

點(diǎn)擊系統(tǒng)主界面上面的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置菜單，進(jìn)入貝葉斯網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置界面，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)設(shè)置界面如圖6所示。其中包括“農(nóng)用車制動系統(tǒng)模糊貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型”“專家打分(節(jié)點(diǎn)參數(shù)設(shè)置)”“定義CPT”“模糊先驗(yàn)概率”四個模塊。

4.4.1 專家打分設(shè)置界面

點(diǎn)擊界面中的“專家一”按鈕，即可出現(xiàn)“專家一打分結(jié)果”界面，如圖7所示，然后輸入各個節(jié)點(diǎn)不同狀態(tài)打分結(jié)果。其他專家打分結(jié)果按照同樣方法，專家打分界面不再贅述。

樞紐及防洪配套工程年運(yùn)行費(fèi)按投資2.5%計，后續(xù)灌區(qū)配套工程按其投資4%計，防洪、養(yǎng)殖等配套工程按其投資5%計［2］，則正常年份年運(yùn)行費(fèi)32.77萬元。

4.4.2 CPT設(shè)置界面

點(diǎn)擊圖6貝葉斯網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置中的“定義CPT”，可對節(jié)點(diǎn)的CPT進(jìn)行定義，“定義CPT”界面如圖8所示。

4.5 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理界面

所有專家打分結(jié)果、CPT定義完成后，點(diǎn)擊“反模糊化”按鈕，得到根節(jié)點(diǎn)先驗(yàn)概率值，如圖9所示。

巧傳播：面向網(wǎng)絡(luò)傳播特點(diǎn)積極生產(chǎn)內(nèi)容，利用社交媒體中的本地人群和KOL（關(guān)鍵意見領(lǐng)袖），采用大數(shù)據(jù)所描述的精準(zhǔn)用戶畫像多場景、多維度的復(fù)合型精準(zhǔn)智能傳播。

4.6 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)可靠性分析界面

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)推理計算界面包含葉節(jié)點(diǎn)故障概率值、根節(jié)點(diǎn)后驗(yàn)概率、根節(jié)點(diǎn)重要度三個模塊，如圖10所示。

4.6.1 不同狀態(tài)下貝葉斯網(wǎng)絡(luò)根節(jié)點(diǎn)的后驗(yàn)概率折線圖界面

路過一所學(xué)校，記得前面有個街區(qū)，走上前、朝里拐，門牌號碼卻記不清了，因此返回原路，使勁兒默想。昨晚，陪外婆吃完飯后，又想起那個地方，在母親允諾離席的情況下，我獨(dú)自悄悄去那兒偷樂，看房屋是否有所變化，街坊鄰居是否還住在那兒。我憑著記憶走向二十年前陪我度過童年時光的另一個角落——東安三村。

點(diǎn)擊根節(jié)點(diǎn)后驗(yàn)概率下面的“plot”按鈕，得到相應(yīng)數(shù)據(jù)的折線圖，如圖11所示，可通過相關(guān)數(shù)值的排序情況更加直觀地進(jìn)行可靠性分析。

4.6.2 不同狀態(tài)下貝葉斯網(wǎng)絡(luò)根節(jié)點(diǎn)的重要度折線圖界面

點(diǎn)擊根節(jié)點(diǎn)重要度下面的“plot”按鈕，得到相應(yīng)數(shù)據(jù)的折線圖，如圖12所示，可通過相關(guān)數(shù)值的排序情況更加直觀地進(jìn)行可靠性分析。

5 總結(jié)

基于模糊多態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的農(nóng)用車制動系統(tǒng)可靠性分析平臺依照實(shí)用性、可擴(kuò)展和可維護(hù)性、安全可靠性及操作界面友好的基本設(shè)計原則，可視化的操作方式，界面簡潔、操作方便。一方面，研發(fā)設(shè)計人員通過分析結(jié)果可以更好地進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計，維修人員通過分析結(jié)果可以為系統(tǒng)的維修提供依據(jù)。另一方面，該平臺使用方便，無需進(jìn)行特定程序的輸入與輸出，只需在界面上輸入相關(guān)數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊運(yùn)行即可獲得系統(tǒng)可靠性分析結(jié)果。但是因?yàn)闀r間上和現(xiàn)在水平的限制，致使該可靠性分析平臺還有較多可改進(jìn)和提高之處：1)系統(tǒng)功能較為單一，功能方面應(yīng)能對農(nóng)用車制動系統(tǒng)以外的其他系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析，需要后期進(jìn)完善；2)界面美觀效果有待提高。

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