Many practical engineering systems and their components have multiple performance levels and failure modes. If these systems form a monotonically increasing structure function (system model) with respect to the performance of their components and also if all of their components affect the overall system performance, then they are said to be multistate coherent systems. Traditionally, the reliability analysis of these multistate coherent systems has been carried out using paper-and-pencil or simulation based methods. The former method is often prone to human errors, while the latter requires high computational resources for large and complex systems having components with multiple operational states. As a complimentary approach, we propose to use Higher-order-logic (HOL) theorem proving to develop a sound reasoning framework to analyze the reliability of multistate coherent systems in this paper. This framework allows us to formally verify generic mathematical properties about multistate coherent systems with an arbitrary number of components and their states. Particularly, we present the HOL formalization of series and parallel multistate coherent systems and formally verify their deterministic and probabilistic properties using the HOL4 theorem prover. For illustration purposes, we present the formal reliability analysis of the multistate oil and gas pipeline to demonstrate the effectiveness of our proposed framework.


翻译:许多实际工程系统及其部件具有多种性能水平和故障模式。如果这些系统在其部件的性能方面形成单一增加的结构功能(系统模型),如果这些系统的所有部件都影响到整个系统性能,那么据说它们是多州一致的系统。传统上,这些多州一致系统的可靠性分析是用纸面和支架或模拟法进行的。前一种方法往往容易发生人为错误,而后者则需要具有多个运行状态的部件的大型和复杂系统的高计算资源。作为补充,我们提议使用高级命令(HOL)理论来开发一个健全的推理框架,以分析本文件中多州一致系统的可靠性。这个框架使我们能够正式核实关于多州一致系统的通用数学属性,其中含有任意数量的部件及其状态。特别是,我们用HOL4理论来介绍序列和平行多州一致性系统的正式化,并正式核实其确定性和概率性。为了说明我们提议的多州石油和天然气管道框架的有效性,我们提出了正式的可靠性分析。

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