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核电站p s a 软件数据库系统开发 摘要 开发核电站数据库系统对于核电站运行安全的改善具有非常重要的意义。 p s a ( p r o b a b i l i s t i cs a f e t ya s s e s s m e n t ) 分析面临的瓶颈就是可靠性数据的缺 乏。完整的可靠性数据是p s a 分析的基础。 在对核电站p s a 软件数据库系统进行了需求分析的基础上，作者采用目前 比较流行通用的关系型数据库设计方法，设计并开发出核电站p s a 软件数据库 系统，它能为p s a 分析提供方便而充分的可靠性数据。p s a 软件数据库系统包 括四类子库和三个功能模块，其中用户管理机制和用户可自定义的智能编码规 则管理模块是设计中的两个亮点。p s a 软件数据库系统己完成调试、测试工作， 作为p s a 分析软件的数据库模块已得到了应用。 关键字：核电站，概率安全分析，数据库系统，可靠性数据 奄 d e v e l o p m e n t o fp s a r e l i a b i l i t yd a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e m a b s t r a c t t h ed e v e l o p m e n to fn u c l e a rp o w e rp l a n ts o f t w a r ed a t a b a s es y s t e mh a sa s i g n i f i c a n tm e a n i n gf o ri m p r o v i n gn u c l e a rp o w e rp l a n t ss e c u r i t yd u r i n gi t sr u n n i n g t h es h o r t a g eo f r e l i a b i l i t yd a t ai so n eo fm a j o rd i f f i c u l t i e st h a tp s a ( p r o b a b i l i s t i c s a f e t ya s s e s s m e n t ) f a c e s p s ai so n t h eb a s i so f i n t e g r a t er e l i a b i l i t yd a t a b ym a k i n gu s e o ft h e p o p u l a rr e l a t i o n a ld a t a b a s ed e s i g nm e t h o d ，n u c l e a r p o w e rp l a n tp s a s o f t w a r ed a t a b a s es y s t e mi sd e s i g n e da n d d e v e l o p e d ，b a s e do n t h e a n a l y s i so fi t sr e q u i r e m e n t i ta l s oc a ns u p p l yc o n v e n i e n ta n ds u f f i c i e n td a t af o r p s a i ti n c l u d e sf o u rs u b - d a t a b a s e sa n dt h r e ep r o g r a mm o d u l ea n dt w od e s i g n f e a t u r e s t h et w of e a t u r e sa r eas u i to fu s e r sm a n a g e m e n t s y s t e ma n da ni n t e l l i g e n t c o d i n gr u l em a n a g e m e n tm o d u l ei n c l u d i n gu s e r sd e f i n a b l ea b i l i t y n u c l e a rp o w e r p l a n tp s a s o f t w a r ed a t a b a s es y s t e mh a sb e e nd e b u g g e da n dt e s t e ds u c c e s s f u l l y a l s oi th a sb e e na l r e a d ya p p l i e da sad a t a b a s em o d u l eo fp s a a n a l y s i ss o f t w a r e k e y w o r d s ：n u c l e a r p o w e r p l a n t ，p s a ，d a t a b a s es y s t e m ，r e l i a b i l i t yd a t a 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据 我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的 研究成果，也不包含为获得盒目曼王些盔堂或其他教育机构的学位或证书面使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢 意。 学位论文作者签字：毅 立签字日期：f 年月6 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金胆王业太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅本人授权盒 篷王些盔堂可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文者签名 鲥 杰 签字日期：6 斗年月5 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师张欠7 小处 签字日期：争够年多_ r 日 电话： 邮编： 致谢 在近三年的硕士研究生学习期间，我的导师邓小玖教授在学业上给予了我 精一i i , 的指导，在生活上给予我无微不至的关一1 1 , 。同时，导师的渊博知识、活跃 的思想和严谨的治学精神以及豁达的处世之道也是我学习的楷模，也是我终身 受益的财富。在此，笔者向导师致以衷心的感谢! 在校期间，得到了中科院等离子体物理研究所吴宜灿研究员的悉心指导。 他在学习、工作上要求我严谨、认真和务实，在生活上给了我非常多的关心和 帮助。他以工作为快乐的态度给我留下了深刻的印象和启迪，也是我学习的楷 模。 感谢中科院等离子体物理研究所刘晓平教授、黄群英研究员、刘萍博士、 黄德所博士、颜苎杉老师和以及合肥工业大学理学院何晓雄教授、邓铁如教授、 罗乐老师、高峰老师等给予的热情帮助和指导。 感谢合肥工业大学储德林、江海燕、胡继刚、高纯静、李强、王墨林、唐 琼、张胜、叶有祥、张中卫、戴帅、周云和金瑜等同学以及中科院等离子体物 理研究所陈朝斌、杨宇、柯严、郑善良、王红艳、罗月童、翁晓毅以及其他很 多同学对我的关一i i , 和帮助。 感谢我的父母及家人。他们给予我生活上和精神上的大力支持，使我毫无 后顾之忧，全身心投入到学习中去。 最后，感谢所有帮助过我的亲人、师长、朋友和同学。 作者：张士杰 2 0 0 4 5 2 0 第一章绪论 p s a ( p r o b a b i l i s t i cs a f e t y a s s e s s m e n t ) 即概率风险评价，它是建立在布 尔代数、概率论、安全工程学和计算机科学基础上的一门学科，是方法学及其 应用紧密相结合的一门学科。p s a 分析是可靠性与可维修性分析的部分，是 一种可应用到任何复杂系统的侧重于定量分析的一种方法，它是可靠性与可维 修分析的重点内容，目前在土木工程建设、核反应堆安全分析、化学工厂建设 以及有害废物处置工厂建设等领域得到了广泛应用。在核电站中，概率风险分 析的重点是安全分析，目标是找到单元或系统中存在的能导致不期望事故发生 的各种在设计、建造、安装、维护、试验等环节出现的或可能出现的缺陷、失 误等“”，在核电站中，最不期望事故是反应堆堆芯大规模熔化导致放射性物 质泄露到环境中去。 1 1 概率安全分析在核电站中的应用 核电站是一个先进技术的庞大系统，无论操作和维修人员是否可以进行精 确的判断已经采取正确的措施确认它的安全都是非常重要的。1 9 7 5 年正式发表 的“反应堆安全研究”( w a s h - 1 4 0 0 ) 是第一部对核电站进行p s a 分析的出版物， 它奠定了这一分析方法的基础。美国三哩岛核电站事故后，这一研究方法得到 了广泛的发展和应用。许多国家在p s a 方面开展了大量的工作，并逐步要求将 p s a 分析作为发放核电站建厂许可证的前期工作。其他有核电站或核能计划的 国家都不同程度的开展了p s a 的工作“1 。 p s a 分析方法日趋成熟，并在定性方面具有鲜明的特点。目前，p s a 发展的 一个显著特点就是用来改进核电站运行安全，另一个则是在核电站运行管理方 面的应用”卜“”。具体说来，核电站p s a 分析的内容为： 始发事件和系统响应； 事故树定性分析； v ，事故树定量分析； 相依故障和人因分析； v ，事件树和事故序列分析； 数据和数据分析： 堆芯融化和安全壳失效模式； 放射性核素的迁移、沉积和释放； 放射性核素在大气下的扩散； 核电站的事故的后果分析。 核电站p s a 分析可以分为三个级别，表1 1 给出的是核电站p s a 分析的三 个级别的具体任务和分析规模。 规模 任务估计人力 ( 人月) 系统分析( 一级p s a ) 原始资料收集l 2 事件树建立，系统模型化 2 9 3 8 人一可靠性和处理分析 2 3 规 数据建立 5 6 模事故序列定量化 g 1 2 i 外部事件 1 4 1 8 不确定性分析 3 4 结果说明 2 3 合计 5 1 8 6 系统和安全分析( 二级规模i 5 1 8 6 p s a )物理过程分析 1 5 1 3 7 放射性核素释放和迁移分析 5 2 0 规外部事件 3 4 模 不确定性分析 2 8 i i结果说明 2 3 0 合计 7 5 2 8 5 系统和安全分析( 三级规模i i 7 5 2 8 5 p s a )环境迁移和后果分析 3 4 外部事件 1 2 规不确定性分析 i 2 模 结果说明合计 l 2 i i i合计 8 0 2 9 5 表1 1 核电站p s a 分析人力图 如上所述，p s a 分析占用的人力物力资源大，是一个循序渐进的过程，涉及到 核电站的大部分系统，所以p s a 软件数据库系统的开发离不开对核电站相关知 识的了解以及核电站专业人员的支持。 1 2 核电站可靠性数据库的发展现状 可靠性数据是进行系统故障树定量分析及事故序列定量分析所需的基本事 件数据，包括设备可靠性参数：运行失效率或启动失效概率、初因事件发生频 率、共因失效概率。而可靠性数据库就是用来储存和管理可靠性数据的容器。 1 2 1 国外可靠性数据库的发展现状 目前，国外很多国家都进行了可靠性数据库的研究和开发，并已成功地应用 2 于核电站的p s a 分析和维修计划的制定等过程中，建立了针对本国核电站的可 靠性数据库，如i n p o ( i n s t i t u t eo fn u c l e a rp o w e r o p e r a t i o n s ) 、 n u p e c ( n u c l e a rp o w e re n g i n e e r i n gc o r p o r a t i o n ) s 、n u s i r c ( n u c l e a rs a f e t y i n f o r m a t i o nr e s e a r c hc e n t e r ) ”1 等，尤其在切尔诺贝利核电站恶性事故之后， 各国都更加重视运行经验反馈，世界各主要核电国家几乎都建立了自己的可靠 性数据系统；还有一些国际组织如国际原子能机构( i a e a ) 和经济合作与发展组 织核能局( o e c d n e a ) 也都分别建立了核电站事故报告系统，欧洲麸同体也发展 了e p d s 系统。 1 2 2 国内可靠性数据库的发展现状 我国许多单位也开展了可靠性数据库的相关工作，如核动力运行研究所研 制的核电运行数据库“、中国核工业总公司负责开发的核电工程数据库系统 “”、上海核工程研究设计院开发的3 0 0 m w 核电站设计数据库“”等，其中核电站 可靠性数据库“1 、大亚湾核电站建立的设备可靠性数据库”1 、p r a ( p r o b a b i l i s t i cr is ka s s e s s m e n t ) 通用数据库等，对支持核电站p s a 分析的可 靠性数据库进行过专门研究。 1 3 开发p s a 软件数据库系统的意义 1 3 1p s a 软件数据库系统在核电站p s a 分析中的作用 核电站的发展要借鉴以前的经验，拥有一个准确、可靠的数据库对核电站 部件的可靠性、维修性和经济性都是非常重要和必要的。无论从工程角度，还 是从安全评价和管理预测的角度出发，建立一个完善的p s a 软件数据库系统是 非常重要的。 图i 1 核电站p s a 流程图 图1 l 给出了核电站p s a 分析的大致流程。从图上可以看出，基本部件的 可靠性数据是p s a 分析的基础1 。而且对于p s a 这种定量方法，可靠性数据是 定量化的根本。 核电站p s a 软件数据库就是用来储存和管理可靠性数据，并且主要用于： 。为安全和可靠性专家提供帮助； 提供事故失效的数据，包括失效概率、失效模式、失效原因： 允许快速查找： 支持失效趋势分析和可靠性增长测量： 。给p s a 分析提供方便而充分的数据。 所以，开发核电站p s a 软件数据库系统具有非常重要的意义咄”。 1 3 2 p s a 软件数据库系统在p s a 软件中的作用 p s a 软件将p s a 这种定量方法应用于实际。国外有很多著名的p s a 软件，如 r e l c o na b 公司的r is k s p e c t r u mp s ap r o f e s s i o n a l ；s c i e n t e c h 公司的 w i n n u p r a 、s a f e t ym o t n i t o r 、s a f e t ym o n i t o rv e r s i o n 3 0 ；i s o g r a p h 公司的 f a u l t t r e e + ；r e l e x 公司的r e l e x7 5 ；国内p s a 软件如w i n f t 、t h s f t a 和v i r a 等等。这些软件都缺少相应的数据库管理模块，这样在建故障树时只能手工输 入可靠性数据，而且数据不能重复用于另一个系统模型，使用起来极为不便。 能方便的为p s a 软件提供可靠性分析所必需的数据，同时有效的管理可靠性数 据，是p s a 软件数据库模块所应具有的两个主要功能。 随着p s a 分析在核电站安全方面的作用越来越重要，开发设计国产的p s a 软件以及相应的p s a 软件数据库系统追在眉睫。基于以上原因，作者参与国产 p s a 软件一一“风险专家p s a 分析工具”的研发，并独立开发了与之相应的数 据库管理模块一一p s a 软件数据库系统。 1 4 本论文的研究内容 p s a ( p r o b a b i l i s t i cs a f e r ya s s e s s m e n t ) 分析面临的瓶颈就是可靠性数据 的缺乏。完整的可靠性数据是p s a 分析的基础。在对核电站p s a 软件数据库系 统进行了需求分析的基础上，本文采用目前比较流行通用的关系型数据库设计 方法，设计并开发出核电站p s a 软件数据库系统，它能为p s a 分析提供方便而 充分的可靠性数据。p s a 软件数据库系统包括四类子库和三个功能模块，其中 用户管理机制和用户可自定义的智能编码规则管理模块是设计中的两个亮点。 4 第二章p s a 软件数据库系统的设计 人们在总结信息资源开发、管理和服务的各种手段时，认为最有效的是数 据库技术。数据库的应用已越来越广泛。从小型的单项事务处理系统到大型复 杂的信息系统大都用先进的数据库技术来保持系统数据的整体性、完整性和共 享性。数据库设计是建立数据库及其应用系统的技术，是信息系统开发和建设 中的核心技术，具体说，数据库设计是指对于一个给定的应用环境，构造最优 的数据库模式，建立数据库及其应用系统，使之能够有效的存储数据，满足各 种用户的应用需求( 信息要求和处理要求) 。 根据数据库规范设计的方法，考虑数据库及其应用系统开发全过程将数据 库设计分为六个阶段n ： 需求分析：进行数据库设计必须准确了解与分析用户需求( 包括数据和 处理) 。需求分析是整个设计过程的基础，是最困难、最耗费时间的一 步。作为地基的需求分析是否做得充分与准确，决定了在其上构建数据 库大厦的速度和质量。需求分析做得不好，甚至会导致整个数据库设计 返工重做； 概念结构设计：概念结构设计是整个数据库设计的关键，它通过对用户 需求进行综合、归纳与抽象，形成一个独立于具体数据库管理系统d b m s ( d a t ab a s em a n a g e m e n ts y s t e m ) 的概念模型； 逻辑结构设计：逻辑结构设计是将概念结构转换为某个d b m s 所支持的 数据模型，并对其进行优化； 物理结构设计：数据库物理设计是为逻辑数据模型选取一个最适合应用 环境的物理结构( 包括存储结构和存取方法) ； v ，数据库实施：在数据库实施阶段，设计人员运用d b m s 提供的数据语言 及其宿主语言，根据逻辑设计和物理设计的结构建立数据库，编制与调 试应用程序，组织数据入库，并进行试运行； 数据库运行和维护：数据库应用系统经过试运行后即可投入正式运行。 在数据库系统运行过程中必须不断地对其进行评价、调整与修改。 其中d b m s 是介于用户和操作系统之间的一层数据管理软件，它实现对共享 数据的有效组织、管理和存储。p s a 软件数据库系统属于d b m s 的范畴。需要指 出的是，上述设计步骤既是数据库设计的过程，也包括了数据库应用系统的设 计过程。在设计过程中把数据库的设计和对数据库中数据处理的设计紧密结合 起来，将这两个方面的需求分析、抽象、设计、实现在各个阶段同时进行，相 互参照，相互补充，以完善两方面的设计。 本章将详细介绍p s a 软件数据库系统的需求分析、概要设计和详细设计。 2 1 需求分析 根据p s a 软件数据库系统的应用环境和核电站安全人员的需求，完成了 p s a 软件数据库系统的需求分析。 2 1 1 主要概念： p s a ：概率安全评价； 事件：能直接或间接影响核电厂安全的各种设备故障： 失效：在规定的条件下和规定的时间内，设备丧失了执行任何一种规定 功能的能力： 失效率：在某一时刻t 的单位时间内发生失效的概率；失效率可按不同 的失效模式加以规定；通常用九表示失效率； 失效模式：失效的表现形式；在p s a 分析中，主要有运行失效和需求失 效； 任务时间：设备完成规定功能的时间； - 综述：对一条记录的大致介绍： 部件类型：基本事件中涉及的部件的名称； 运行模式：部件的运行方式，包括：运行、各用、交互： 运行环境：部件的运行环境，包括：正常、异常； 可靠性模型：进行可靠性分析时所采用的模型，包括：监控的可维修模 型、定期试验模型、固定失效概率模式、限定任务时间模型、固定频率模 型、不可维修模型； 平均不可用度：产品在规定的工作条件下使用时任一时刻上产品处于故 障状态的概率： 发生频率：单位时间内失效的次数； 失效分布：失效数据所满足的分布。暂时我们假设失效分布都为指数分 布； 平均维修时间：部件发生故障后维修完毕所用的平均时间，公式：全部 维修时间维修次数； 来源：表明数据的来源； 部件边界：部件失效时部件包括的范围。 2 1 2 功能列表和解说： 该数据库管理系统主要有两方面的功能：用户管理功能和数据库管理功能 用户管理功能： 用户可以分成三种： 6 超级管理员 功能：超级管理员可以新建管理员及一般用户，并且赋予他们一定的权 限。包括： 本身对通用数据库及所有的专用数据库及所有的数据库记录拥有所 有的查询，添加，修改，删除，复制等操作权限。 v 新建管理员，赋予其对通用数据库记录的查询，添加，修改，删除， 复制权限。 新建一般用户，赋予其对通用数据库及专用数据库记录的查询，添 加，修改，删除，复制权限。 删除管理员。 删除一般用户。 管理员 功能：管理员可以新建一般用户，并赋予他一定的权限。 管理员对自己建立的专用数据库有所有的删除，复制等操作权限。 而对通用数据库只有进行被超级管理员赋予的有限制的操作。 新建一般用户，赋予其对该管理员建立的专用数据库记录的查询， 添加，修改，删除，复制权限。 一般用户 只能执行被超级管理员和管理员所赋予的对数据库记录进行的有限 制的操作，而不能对任何数据库进行任何操作。 数据库权限管理功能： 数据库权限又分成数据库权限和记录权限 数据库权限是指用户可以对一个数据库进行删除，复制操作。 超级管理员的数据库权限： 可对所有的专用数据库进行删除、复制操作。 管理员的数据库权限： v ，只能对自己建立的数据库有测除，复制权限。 一般用户的数据库权限： 没有任何数据库权限。 记录权限是指用户可以对数据库中的记录进行查询，添加，修改，删除， 复制等操作。 超级管理员的记录操作权限： 可对通用数据库记录进行查询，添加，修改，删除，复制操作。 v ，可对所有的专用数据库记录进行查询添加，修改，删除，复制 操作。 管理员的记录操作权限： 了 对通用数据库的记录只能进行被超级管理员赋予的有限制的操作权 限。 对自己建立的专用数据库记录有所有的查询，添加，修改，删除， 复制操作权限。 对其它的专用数据库记录只能进行被超级管理员赋予的有限制的操 作权限。 一般用户的记录操作权限： 对通用数据库的记录只能进行被超级管理员赋予的有限制的操作权 限。 对专用数据库记录只能进行被超级管理员或管理员赋予的有限制的 操作权限。 2 1 3 系统环境：w i n d o w s2 0 0 0 操作系统和s q ls e r v e r2 0 0 0 。 2 2 概要设计 2 2 1 设计目标 p s a 软件的外挂数据库系统。 2 2 2 概念模型设计 概念模型是数据库的基础，它把现实世界中的客观对象抽象为某一种信息 结构，且这种信息结构并不依赖于具体的计算机系统n ”。概念模型就是现实世 界到机器世界的一个中间层次。根据p s a 软件数据库系统的用户需求，p s a 软 件数据库系统确定了核电站数据库管理系统涉及的实体( 实体是具有相同特性 的事物集合，集合中的元素是客观存在的可区分事物n 们) ，包括用户、可靠性 数据、编码规则。每个实体又包括相应的属性，具体如下： 用户：用户名，用户级别，用户密码，用户权限，创建者： 可靠性数据：编码，部件类型，部件边界，可靠性模型，运行环境，运行 模式，失效模式，平均不可用度，失效率，失效分布，发生频率，任务时间， 数据来源，第一次试验时间，平均维修时间，试验间隔，说明； 编码规则：编码规则名，建立日期，创建者。 将实体之间的联系具体化，得到p s a 软件数据库系统的实体关系图，如图 2 1 所示。 2 2 3 基本结构设计 图2 1p s a 软件数据库系统实体关系图 基于核电站中的可靠性数据的复杂性和海量性，其中基本数据类型为部件 失效数据、部件维修和试验数据、人因事件数据、初因事件数据等。0 1 。如何将 繁多的数据保存在数据库中并从数据库中快速方便的读出数据，是p s a 软件数 据库系统结构设计必须解决的问题。可靠性数据的来源不尽相同，用途也不尽 相同，p s a 软件数据库系统把可靠性数据分为通用数据和专用数据两类： 通用数据：各核电站及国际机构都发布了经过验证的可靠性数据。由于 运行时间短等原因的限制，各核电站所收集的可靠性数据不一定可靠，需要比 较各核电站及国际机构提供的可靠性数据，以得到p s a 分析所需的准确稳定的 数据。各核电站及国际机构提供的可靠性数据称为通用数据。 专用数据：对于特定的核电站而言，有很多与该核电站的配置、环境相 关的，现场采集的可靠性数据，称之为专用数据。“。 通用数据可以为核电站中的同类或相似部件的专用数据提供经验上的估 计，而专用数据是现场采集的数据，是p s a 分析中最重要的数据。 基于概念模型设计，p s a 软件数据库系统包括四类子库： 用户管理数据库 为了核电站可靠性数据库系统的管理以及用户对可靠性数据的操作，这就 需要对用户权限以及用户级别进行划分。笔者把权限定义为用户对数据库系统 9 的操作等级和权力，也就是用户对数据库系统所能进行的具体操作。p s a 软件 数据库系统中用户权限分为三类：数据库管理权限数据管理权限，用户管理权 限；并且把用户分为超级管理员，管理员，一般用户三个级别。 编码规则数据库 考虑到各个国际机构和核电站采用的编码规则不尽相同，数据库系统的编 码规则数据库中包含了许多现有的比较常用的编码规则，而且考虑到编码规则 数据库中没有的编码规则，本数据库管理系统还设计有用户可以创建新的编码 规则的功能。通过编码规则操作功能模块用户可以选择使用编码数据库的编码 规则，并且根据用户需要，用户可以创建编码规则。 - 通用数据库 对于核电站中的可靠性数据，各核电站、国际各大机构都发布有经过验证 的各种可靠性数据。然而由于运行时间限制等原因，各核电站从各自核电站所 收集的可靠性数据不一定可靠，这就需要比较各核电站、国际各大机构提供的 相类似的可靠性数据得到较准确、较稳定的可靠性数据，这类数据称之为通用 数据。通用数据库就是用来储存通用数据的。 专用数据库 仅有通用数据是不够的，对于特定的核电站而言，通用数据并不一定适用。 核电站中有很多仅适用该核电站的可靠性数据，这类数据称之为专用数据。专 用数据库就是用来储存专用数据的。p s a 软件数据库系统只是提供一个平台， 通用让用户通过数据库操作功能模块可以 新建专用数据库，并丰富该专用数据 库。 图2 2 是本数据库管理系统结构示 意图，四个子库是通过数据库操作模 块、智能编码规则模块和用户操作模块 三大功能模块来实现各自功能的： 数据库操作模块：处理涉及数据库 方面及数据库内部的功能模块，如新建 专用数据库，删除专用数据库等； 智能编码规则模块：处理编码命名 规则的功能模块，如创建编码规则，删 图2 2p s a 软件数据库系统结构示意图除编码规则等： 用户操作模块：处理用户操作方面的功能模块，如新建用户，删除用户 等。 2 3 详细设计 1 0 2 3 1 数据库管理后台的选择 p s a 软件数据库系统采用当今软件业中最重要的数据库系统之一的m ss q l s e r v e r 作为管理后台。之所以选择s q ls e r v e r 有以下三个原因。“： s o ls e r v e r 无疑是w i n d o w sn t 2 0 0 0 和w i n d o w s9 x 下最适用的数据 库系统，因为它和这两个操作系统结合得非常紧密。由于w i n d o w s n t 2 0 0 0 和w i n d o w s9 x 操作系统安装数量的快速增长，而s q ls e r v e r 与它们的紧密集成( 同时价格低廉) ，使s q ls e r v e r 成为了一个重要 的数据库系统； v ，s q ls e r v e r 是最易于使用的数据库系统，除了良好的用户界面， m i e r o s o f t 还提供了多种不同的工具用以帮助创建数据库对象，调试 数据库应用程序，以及完成系统管理的任务： 将s q ls e r v e r 本身和a n a l y s iss e r v e r 这两件产品捆绑在一起，同 样使整个s o ls e r v e r 系统占据了领先位置。 2 3 2 子库的具体设计 2 3 2 1 用户管理数据库 用户管理数据库是用来记录并管理用户的各种信息，其中最重要的是权限 和用户的分类以及用户权限的记录与管理。 2 3 2 1 1 权限分类 首先对权限进行划分，这里的权限具体包括三大类： 用户管理权限：这类权限是针对于具体用户而吉的，简称为用户级权 限。具体包括： 新建用户：新建一个用户； 删除用户：删除一个用户。 数据库操作权限：这类权限是针对具体专用数据库的权限，简称为数 据库级权限，具体包括： 新建数据库：新建一个专用数据库； 删除数据库：删除一个专用数据库。 记录操作权限：这里的权限是针对于通用数据库和所有专用数据库中 的记录的，简称为记录级权限。具体包括： 查询、添加、修改、删除、复制。 2 3 2 1 2 用户分类 用户分为超级管理员，管理员，一般用户三大类： 超级管理员具有所用用户级权限、数据库级权限和记录级权限，可以完 全控制通用数据库、所有的专用数据库，但不能把不是超级管理员建立的专用 数据库的记录操作权限赋予给其它用户，只有该数据库的主人才能执行此操作； 并且可以新建管理员、一般用户，并且赋予他们超级管理员建立的通用数据库 或其它专用数据库的记录操作权限( 这里我们所说的赋予的权限只限于记录操 作权限，用户级权限和数据库级权限不能被赋予) ； 管理员具有所有用户级权限，可以新建一般用户来访问此管理员所建立 的专用数据库；可以新建专用数据库，对于此管理员所建立的数据库具有完全 控制权限；对于通用数据库只具有查询的记录级权限，对于所建的专用数据库 具有所有的记录级权限，对于别的专用数据库不一定有访问权限的： 一般用户不具有用户级权限和数据库级权限，只能具有记录级权限。表 2 1 是用户权限表： j ；i 鍪j用p 投艉褰囊0 7 j 。 o ， h 用p崩r 缀杖限jm 懿瓣障教狂畦记录壤税雕苷茫 j 、耀暇嚣理员基谢鼹两擞隈 越龊管理虽 二。， ：。 f 二， - - 。张j 鞘霜黼臻管理员身。髓瓮 j _ _o - ：蓉控制漉澜浆捆库 ：二 二。一。 i | - -胃褥霸i 骧鞲蹶垛暇用， 管理员 i 。，i 。鏊 囊毒i “ i 蠹| i 健毂i g 鼯；辨且对所建寇 髑獭舔瞧精凳垒控制投 _ - -鼻一 t 一 一霸羁辩最器衬j 毡录擞极 一腔用户 | - ，j强蠢濑缒潮勰嘏瘅中髂记袋 一 _ _ = 二 i - 。 “镪行耀怍 表2 1 用户权限表 说明： 对于同一的数据库，不同用户的权限也是不同的。比如说，一个用户对 一个专用数据库可以完全控制，而另一个用户可能连浏览的权限都没有；对于 不同数据库，同一用户的权限也是不同的，比如说，该用户对数据库一可以完 全控制，对于数据库二却不能访问； 一般用户不能具有用户级权限，只能具有记录级权限；新建的用户只有 超级管理员和建立这个用户的管理员才能删除，新建的数据库也同样；管理员 只能被超级管理员删除，如果没有新建专用数据库的话则可以被超级管理员直 接删除，如果建立了专用数据库，则必须删除该管理员所建立的专用数据库后 才能删除该管理员，被删除的管理员所建立的一般用户仍然存在： 管理员建立了一个专用数据库后，就隐含的具有把这个数据库的记录级 权限赋予给其它用户的权限，超级管理员用户此专用数据库的所有记录操作权 限，但不能把此数据库的记录操作权限赋予给其它用户：新建了一个一般用户， 就隐含的具有可以把自己的记录级权限赋予给这个用户的权限： 对于编码规则的操作也是如此。必须是建立此编码规则的管理员或超级 管理员才能删除此编码规则，但如果有正在使用此编码规则的数据库，此编码 规则就不能被删除。 2 3 2 1 3 用户管理数据库的结构 图2 3 用户管理数据库结构图 此数据库中有三个表，如图2 3 所示： 用户信息表：主要用来记录用户的基本信息和用户管理权限，表中包括 的数据字段： 用户名：字符型，用户名称，在整个数据库系统中这个名称是唯一的； 密码：字符型，用户的密码； 用户级别：整型，判断用户的身份，是超级管理员，管理员，还是一 般用户； 创建者：字符型，用来记录此用户是哪个管理员创建的； 创建时间：日期型，创建此用户的日期； 修改时间：日期型，修改用户信息的日期。 用户记录权限表：主要用来记录用户对所能访问数据库的记录操作权 限，表中包括的数据字段： 用户名：字符型，用户名称； 数据库编号：整型，每个数据库都有相应的编号： 记录操作权限：就是指关于对记录进行操作的权限，分为以下五种： 查询：整型，0 表示没有权限，1 表示拥有权限： 。添加：整型，0 表示没有权限，1 表示拥有权限： 复制：整型，o 表示没有权限，1 表示拥有权限： 删除：整型，0 表示没有权限，1 表示拥有权限： 修改：整型，0 表示没有权限，1 表示拥有权限。 数据库信息表，主要用来记录通用数据库和专用数据库的具体信息，表 中包括的数据字段： 数据库编号：整型，每个数据库都有相应的编号； 数据库名称：数据库的名称： 创建者：字符型，记录创建该数据库的用户名； 创建日期：日期型，记录该数据库创建的日期； 存放位置：字符型，记录数据库的存放位置： 规则号：整型，记录该数据库采用的编码规则的编号。 2 3 z 2 编码规则数据库 编码规则数据库的主要功能是管理各种编码命名规则，其中包括用户新建 的编码规则，以及数据库中已经存储的编码规则。 2 3 2 2 1 编码规则数据库的结构 图2 4 编码规则数据库结构图 此数据库包括三个表，如图2 4 所示： 编码规则概要信息表，包含的数据字段为： 1 4 规则号：整型，记录编码规则的编号； 规则名：字符型，编码规则的名称： 创建者：字符型，记录创建编码规则的用户名： 创建日期：日期型，编码规则创建的日期。 事件类型信息表，包含的数据字段为： 规则号：整型，记录编码规则的编号； 事件类型数：整型，用来记录此编码规则包含的事件类型的数目： 事件类型名：字符型，用来表示编码规则的事件类型，如基本事件 门事件等； 事件类型号：整型，记录事件类型的编号： 长度：整型，记录事件类型的长度。 事件类型分段信息表，包含的数据字段为： 规则号：整型，记录编码规则的编号： 事件类型号：整型，记录事件类型的编号： 分段数：整型，记录编码分成的段数； 分段号：整型，按顺序记录规则分成每一段的编号： 分段名：字符型，每段的名称； 分段长度：整型，描述每段的长度； 必填项：整型，描述每段是否必填，0 表示必填，1 表示可以为空； 字段类型：表示每段的数据类型； 分段信息：字符型，表示各个分段的具体意义； 分段编码：字符型，每个分段对应的编码； 编码文本：字符型，每个分段对应的编码对应的文本信息。 2 3 2 2 2 具体设计 采用已有规则 用户可以选择采取编码数据库中已经存储的编码规则，下面以大亚湾 核电站p s a 报告中的所采用的编码规则为例来说明。 o 大亚湾p s a 报告中的编码规则n ” 编码长度 编码最大长度为2 0 个字符。 编码字符 编码中采用的字符包括：2 6 个大写英文字符( a - z ) 、1 0 个阿拉伯数字 ( 0 - - 9 ) 、减号( 一) 以及下划线( 一) ，共3 8 个字符。 编码通用规定 设备的代码应尽量取系统流程图上的部件代码，设备分类按大亚湾核电 站的“二字经”部件分类。 基本事件编码 基本事件的命名共1 2 位。前三位为大亚湾的基本系统名称，以n n , 流n 图中部件所属的系统为准；第四到第六位为系统部件完整的三位数字编号， 编号第一位为0 不得省略；第七和第八位为大亚湾部件分类；第九位为部 件的子类型代码，用于说明较详细的部件信息：第十位为分隔符“一”： 第十一和第十二位为部件的失效模式代码。前八位编号以系统流程图为准。 整个编码格式表示为： 堕幽盟 一t 二 f m - 失效模式代码，2 位字符 li 分隔符 一部件子分类代码，1 位字符 部件分类代码，2 位字符 一部件完整三位编号，3 位数字 部件所属系统3 位字符 图2 5 大亚湾基本事件编码示意图 例如： a s g 0 1 2 v d a - f r表示辅助给水系统气动阀0 1 2 9 0 运行失效 a s g 0 0 1 1 1 0 f f s 表示辅助给水系统一号泵电动机启动失效 其它编码 a 、故障树分析的编码系统 故障树分析的编码主要涉及：可靠性参数、基本事件、共因失效组、逻辑 门以及特殊事件( 如房形事件、待发展事件等) 。 根据r i s ks p e c t r u m 程序的使用要求( 大亚湾核电站使用的p s a 分析 软件是r i s ks p e c t r u m 程序) ，故障树的编码可分作几大类： 可靠性参数( 基本失效参数、共因失效参数) 的编码 在r i s ks p e c t r u m 中，所有的数据都是分门别类各自存储的。其中参 数库不但要求提供参数的数值大小，而且要求对参数进行命名。该名称 是参数库必须的索引值，因此必须对参数的命名按一定规则进行约定。 基本事件的编码 基本事件的编码是故障树分析编码的主要部分，这是相对来说比较简单 的一类编码。 共因失效组的编码 这是最为复杂的一类编码。在r i s ks p e c t r u m 中，对于共因失效的处 理是用共因失效组来完成的。鉴于共因失效的复杂性，仪用一种形式的 编码格式来表示有较大的困难，因此，有多种方式的编码被用到共因失 1 6 效组中。 逻辑门和其它特殊事件的编码 逻辑门和其它特殊事件的编码比较简单，因为它们的数目较少，而且变 化也不是很复杂。 拳实现方法( 以基本事件编码格式为例) 针对基本事件编码格式，考虑把格式分开： 进业盟t 二逝 12 3456 图2 6 编码规则存储示意图 首先在编码规则概要信息表中存储此编码规则的信息，然后在事件类型信 息表中添加一条基本类型信息，然后把分段信息相应存入编码规则数据库事件 类型分段信息表中。 创建编码规则 。编码规则的创建： 示意图如下： 定义每小段代表的意义 ， 、，j 、， 、 a a 从a a a a a 从 、- - - 、， 编码长度 图2 7 创建编码规则示意图 。实现方法： 用户首先定义编码名称，包括几种事件类型，然后分别定义每一种事件类 型的名称、包括几个部分、总长度，然后是每一种事件类型每一部分的名称、 长度、字段类型、意义以及是否为必填项。其中编码中采用的字符包括：2 6 个 大写英文字符( a z ) 、1 0 个阿拉伯数字( o 一9 ) 、加号( + ) 、减号( 一) 以及 下划线( 一) ，共3 9 个字符。 象上面那样把编码形式按小段分开存入编码数据库中的一个表( n e w c o d e l ) 中，表中暂时没有记录，用户输入新数据后自动编码产生部分的编辑框也要用 户来手工输入，然后把这部分信息存入n e w c o d e l 中。定义完编码规则以后，在 自动生成编码时就会动态生成对话框。用户输入相应信息，如果必填项没有填 就会报错，如果可以为空项没有填，就以“一”代替，如果输入的分段的长度比 定义长度小时，就以“+ ”号补充。 1 7 注：规则一旦创建就不允许再进行结构上的修改。 说明 因为每个核电站基本上都有自己的一套编码规则，所以一旦专用数据库建 立以后，编码规则一般是不会变的，所以从这方面考虑，没有提供不同编码规 则之间的转换； 对于通用数据库没有采用任何编码，这是为了保证通用数据库数据可以方 便被复制。 2 3 2 3 通用数据库 通用数据库的主要功能是记录比较各核电站、各通用源提供的数据信息 而得到的较准确、较稳定的可靠性数据以便于用户进行分析和借鉴，而且为了 便于用户进行比较和分析，以及复制通用数据库中的可靠性数据到专用数据库 中，通用数据库的可靠性数据是没有编码的。通用数据库是不能被删除的。 通用数据库的结构 部件类型部件边界 运行模式运行环境 可靠性模型平均不可用度 失效率发生频宰失效分布 第一次试验时间 试验间隔任务时间 来源说明综述 图2 8 通用数据库结构图 此数据库包括只包括一个表，主要是用来储存通用数据库中的可靠性数据 该表中包括的数据字段为： 编码：字符型，是通用数据库中可靠性数据的唯一标识； 部件类型：字符型，就是基本事件中涉及的部件的名称： 部件边界：字符型，部件失效时部件包涵的范围： 运行模式：字符型，部件的运行方式，包括：运行、备用、交互： 运行环境：字符型，部件的运行环境，包括：正常、异常： 可靠性模型：字符型，进行可靠性分析时所采用的模型，包括：监控的可 维修模型、定期试验模型、固定失效概率模式、限定任务时间模型、固定频 率模型、不可维修模型； 平均不可用度：近似数值型，产品在规定的工作条件下使用时任一时刻上 产品处于故障状态的概率； 失效率：近似数值型，在某一时刻t 的单位时间内发生失效的概率。失效 率可按不同的失效模式加以规定； 发生频率：近似数值型，单位时间内失效的次数： 失效分布：字符型，失效数据所满足的分布，暂时我们假设失效分布都为 指数分布； 失效模式：字符型，失效的表现形式。在p s a 分析中，主要有运行失效和 需求失效； 平均维修时间：精确数值型，部件发生故障后维修完毕所用的平均时间： 第一次试验时间：日期时间型，部件第一次试验的日期； 试验间隔：精确数值型，部件进行试验的间隔时间； 任务时间：精确数值型，设备完成规定功能的时间； 来源：字符型，表明数据的来源； 说明：字符型，对记录的说明信息： 综述：变长字符型，对一条记录的大致介绍。 2 3 2 4 专用数据库 专用数据库的主要功能是记录用户自己建立的用于某个核电站的可靠性数 据，具有新建数据库权限