The Integrated Method Utilizing Graph Theory and Fuzzy Logic for Safety and Reliability Assessment

Dizertační práce se zabývá návrhem integrované metody hodnocení bezpečnosti a spolehlivosti palubních leteckých systém za použití teorie grafů a fuzzy logiky. Navržená integrovaná metoda je univerzálně použitelná v oblasti hodnocení bezpečnosti a spolehlivosti, nicméně je primárně navržená pro použití v oblasti General Aviation a civilních bezpilotních prostředků. Současná podoba hodnocení spolehlivosti je téměř výhradně závislá na úsudku analytika. Použití komerčních softwarových nástrojů pro hodnocení spolehlivosti je extrémně nákladné, přičemž možnost přístupu a úpravy použitých algoritmů je minimální. Současný prudký vývoj palubních letecký systému je spojen s jejich zvyšující se komplexností a sofistikovaností. Integrovaná metoda používá teorii grafů, jako nástroj modelování funkčních závislostí mez jednotily prvky systému. Použití teorie grafu současně umožňuje daný systém analyzovat, hodnotit hustotu vzájemné funkční vazebnosti, identifikovat důsledky případných poruchových stavů. Aplikace fuzzy logiky umožňuje manipulovat s expertní znalostí a stanovit kritičnost daného prvku a systému. Kritičnost prvku zohledňuje pravděpodobnost jeho selhání, možnost detekce dané poruchy, závažnost těchto selhání vzhledem k vlivu na alokované funkce.
Doctoral thesis creates an integrated algorithm for airborne system safety and reliability assessment. In ´general aviation´ (mostly up to EASA CS-23) and ´non-military unmanned aerial vehicles industry´- safety and reliability assessment process still rely almost exclusively on human judgment. Current processes of system modelling and assessing are based on analyst understanding of a particular system. That is a difficult and extremely time-consuming process. Commercial computation aids are extremely expensive with restricted or even closed access to the solution algorithms. Together with this problem, the rapid development of modern airborne systems and their increasing complexity elevates the level of interconnection, safety and reliability analyses which have to be continuously evolved and adapted to the extending complexity. The given integrated method utilizes the graph theory and fuzzy logic in order to develop integrated and partially computerized mean for reliability analysis of sophisticated and highly interconnected airborne systems. Through the use of the graph theory, it is possible to create the model of particular systems and its sub-systems in the form of universal data structure. It is even possible to assess various systems and items interrelations. And it also enables to evaluate particular item position and topology within the system and on the global level. Extended criticality evaluation is conceived as the fuzzy expert system that emulates decision making by a human expert. The integrated method also provides additional mean how to evaluate the system design. Fuzzy robustness assessment evaluates e.g. system diversity rate, redundancy, separation and environmental protection.