基于直觉模糊贝叶斯网络的HUD系统多阶段任务可靠性分析

针对国产平视显示系统（HUD）部分功能模块底层可靠性数据积累不足、难以支撑可靠性分析的问题，提出基于直觉模糊贝叶斯网络（IFBN）的平视显示系统多阶段任务可靠性分析方法。首先，研究基于贝叶斯网络的多阶段任务系统（PMS）模型构建方法，并综合考虑可能的共因失效（CCF）影响；其次，研究基于直觉模糊理论的模糊事件失效数据评估方法，提出适用于航电设备的模糊区间划分方法及直觉模糊数与失效数据的转换算法，并采用基于Tω算子的直觉模糊数聚合算法，降低模糊累计；最后，以某型平视显示系统为例进行多阶段任务可靠性计算。所提方法为系统底层失效数据模糊情况下的可靠性分析问题提供支持。     

考虑维修力量影响及载荷动态分配的k/n系统模糊可靠性分析

工程实际中,维修活动开展前往往存在一定时长的准备期,且由于环境时变性、系统长期运行后的劣化累积等因素导致部件状态性能水平存在不确定性,使得系统可靠性建模较为困难。对此,运用模糊数表征系统部件的失效转移率、修复转移率及修理工维修准备率的同时,以Power Law规则刻画部件间的故障相关关系,认为部件承担载荷超过某阈值时才会引发故障相关现象,并考虑了修理工数量与故障件数量之间关系对系统可靠性的影响,研究了载荷动态分配条件下带维修准备期的多修理工n中取k模糊多状态系统模型,建立了状态转移微分方程组,提出用逆向逐层分析的思路建立系统稳态概率系数的递推关系,应用α水平截集及Zadeh扩张原理确定了模糊状态概率的截集区间,得到了系统模糊稳态指标,最后通过算例给出了修理工数量及部件参数模糊程度对系统稳态指标的影响,验证了模型的适用性。     

考虑两种失效竞争的多状态冷贮备系统可靠性模型

针对装备系统中多状态工作部件存在退化失效与突发失效竞争的情况，以冷贮备系统为研究对象，假设系统内3个维修台可分别提供预防性维修与两种不同类型的修复性维修，采用随机检测策略，系统性能水平在一定范围内退化时进行预防性维修，部件完全退化失效时进行退化失效修复性维修，而突发失效时进行突发失效修复性维修；利用PH （Phase-type）分布描述模型中各类随机时间变量，外部冲击的到达则采用PH更新过程描述，建立了考虑退化失效与突发失效的多状态冷贮备系统可靠性模型。最后通过算例验证了模型的适用性，演示了预防性维修阈值以及三类维修速率对系统可靠性的影响。     

考虑状态与基本变量随机模糊性的广义响应面可靠性分析

针对复杂结构、机构可靠性分析中的隐式极限状态方程,建立了可以同时考虑基本变量和失效一安全状态随机模糊双重不确定性因素的广义响应面可靠性分析方法。该方法采用模糊基本变量的等效随机化变换,在不改变基本变量模糊分布的情况下,建立了基于有限元分析的复杂结构、机构多个随机一模糊基本变量情况下的广义响应面法,利用广义响应面函数和模糊随机事件概率的计算公式,定义了复杂结构、机构广义失效概率的计算公式,并给出了多个模式情况下体系同时考虑状态和基本变量随机模糊性的广义失效概率计算公式。在弹性连杆机构强度刚度多模式广义可靠性分析的应用算例说明了所提方法的合理性。     

元件强度可靠性的模糊概率计算模型

首先建立了元件强度可靠性分析时基本变量只具有随机性而元件的安全失效状态含有模糊性时,元件的模糊失效概率Ｐｇｆ计算模型,也称广义概率计算模型,在此模型中给出了两种方法,即基本随机变量法和综合随机变量法;然后给出了基本随机变量具有随机模糊性时元件的Ｐｇｆ的计算模型,此模型中不论元件的安全失效状态是否具有模糊性,Ｐｇｆ均可以表示成条件概率     

截断分布下广义失效概率的可靠性分析方法

提出基于随机变量为截断分布和失效域模糊下的结构可靠性分析方法。由于常规的可靠性分析方法不能直接用于截断分布情况下广义失效概率的计算,因此,先将截断分布情况下的可靠性分析模型转化为非截断分布情况下的多模式并联系统模型,在此基础上引入模糊失效域的隶属函数,将截断分布情况下的模糊可靠性分析问题转化为一般的随机可靠性问题,利用Monte Carlo法和重要抽样法求得广义失效概率。给出了方法的实现步骤和原理,并用不同算例验证了方法的合理性与可行性。     

基于贝叶斯网络和共因失效的飞机电源系统可靠性分析

飞机电源系统中的冗余设计提升了飞机系统的可靠性，但同时也增加了共因失效发生的概率。为了准确分析飞机电源系统的可靠性，首先，采取α因子模型对共因失效部件的失效率进行分解计算，并利用贝叶斯网络（BN）建立考虑共因失效的飞机电源系统可靠性模型。然后，对比分析考虑与不考虑冗余部件之间的共因失效因素时飞机电源系统及其子系统的可靠性。结果表明，考虑冗余部件之间的共因失效因素时，得到的飞机电源系统及其子系统可靠度相对于不考虑冗余部件之间的共因失效因素时较低，更加吻合实际情况。     

考虑依赖性的多部件系统状态维修优化仿真建模

针对多部件系统状态维修决策建模存在的不足以及现有模型难以推广到实际应用的问题,提出考虑经济、结构和随机3种依赖性的多部件系统仿真建模和优化方法.首先,利用Gamma退化过程对部件退化进行描述,并给出模型参数估计方法.然后,结合多部件系统的维修作业流程、组成关系和故障历史等信息,分别提出经济依赖性强度矩阵、结构依赖性可达矩阵和随机依赖性概率矩阵对3种依赖性进行建模.最后,同时考虑部件级和系统级决策,构建多部件系统期望周期费用仿真模型,并针对该仿真模型特点,提出了用单纯形算法(NMA)改进的遗传算法(GA)优化求解的过程.某电传系统实例仿真结果表明:多部件系统的3类依赖关系对维修决策的影响不可忽略,考虑依赖性和成组维修的存在能够节省平均维修费用,且使得维修决策优化更加符合实际,验证了所建模型和优化方法的有效性.     

基于改进发生函数方法的多状态系统可靠性分析

发生函数(UGF)是多状态系统可靠性分析的重要数学手段。通过分解算子,对载荷发生函数进行展开,再结合内积算子和强度发生函数建立考虑共因失效时计算多状态系统可靠度的数学模型。提出了考虑载荷多次作用效应和多种载荷作用时的可靠度计算模型。通过实例研究了共因失效和载荷多次作用效应对多状态系统可靠性的影响。研究表明,共因失效和载荷多次作用效应均对系统及零件可靠度产生影响,而且系统可靠度随着载荷作用次数的增加显著下降。运用本文模型可以直接计算指定载荷作用次数下,存在共因失效时的多状态系统可靠度。     

分布参数为模糊变量的结构体系模糊可靠性分析方法及应用

 随机模型的分布参数是由随机试验结果进行统计推断而得出的,往往难以准确预知,将其描述为模糊变量是可行的。将模糊数学理论与可靠性分析相结合,对分布参数为模糊变量的结构体系模糊可靠性进行了分析,具体推导了两种失效模式间的模糊相关系数和二阶联合模糊失效概率的求解公式,求出了失效模式间不相关和相关两种情况下,结构体系模糊失效概率在各λ水平截集下的区间解,估算出了结构体系的模糊失效概率,并对加筋板结构的模糊可靠性进行了分析。通过算例表明该方法更符合工程实际,是有效可行的。     

模糊数学在飞行试验数据处理中的应用

介绍了模糊数学在数据处理中的两类典型应用，以模糊集合思想为基础，利用布尔代数特有的性质，经广义相似计算，建立了发动机飞行任务剖面样本的隶属函数模糊矩阵；并用平方法检验该矩阵是否满足模糊等价条件，在满足时选取不同阈值进行动态聚类，在此基础上确定发动机典型任务剖面，通过对飞行试验数据预处理以及外场调查，共取得１１８个架次过载系数最大值样本，最得各种模式概率密度函数和分布函数，并应用模糊数学模式识别方法     

Performance deterioration modeling and optimal preventive maintenance strategy under scheduled servicing subject to mission time

Servicing is applied periodically in practice with the aim of restoring the system state and prolonging the lifetime. It is generally seen as an imperfect maintenance action which has a chief influence on the maintenance strategy. In order to model the maintenance effect of servicing, this study analyzes the deterioration characteristics of system under scheduled servicing. And then the deterioration model is established from the failure mechanism by compound Poisson process. On the basis of the system damage value and failure mechanism, the failure rate refresh factor is proposed to describe the maintenance effect of servicing. A maintenance strategy is developed which combines the benefits of scheduled servicing and preventive maintenance. Then the optimization model is given to determine the optimal servicing period and preventive maintenance time, with an objective to minimize the system expected life-cycle cost per unit time and a constraint on system survival probability for the duration of mission time. Subject to mission time, it can control the ability of accomplishing the mission at any time so as to ensure the high dependability. An example of water pump rotor relating to scheduled servicing is introduced to illustrate the failure rate refresh factor and the proposed maintenance strategy. Compared with traditional methods, the numerical results show that the failure rate refresh factor can describe the maintenance effect of servicing more intuitively and objectively. It also demonstrates that this maintenance strategy can prolong the lifetime, reduce the total lifetime maintenance cost and guarantee the dependability of system.     

Inverse design of mission success space for combat aircraft contribution evaluation

This paper presents a novel design method of the Mission Success Space (MSS) for the evaluation on aircraft contribution effectiveness. MSS concept was proposed for giving success criterion of a mission and judging the success by conventional mission effectiveness with regards to the aircraft capabilities. This space is created by the Mission Success Function (MSF) and the original Effectiveness Index Space (EIS) where empirical equations are usually assumed to be MSFs. Based on this MSS concept, this paper firstly defines the MSS-based evaluation, then further summarizes the evaluation process of the Contribution to System-of-Systems (CSS). More importantly, based on the thought of Inverse Design (ID), a new design method of MSF is presented comprehensively analyzing aircraft’s CSS in a combat mission without using any empirical MSF. The definition of MSS based ID is given and the design procedure is sequentially introduced. Two different confrontation cases are depicted with many details as the simulation validation: Air-to-ground and Penetration. There are two design variables considered for designing MSS in the latter case while only one for the former. However, in both cases, the best design is given by evaluating the Gaussian fitting performance of CSS.     

Gaussian fitting based optimal design of aircraft mission success space using multi-objective genetic algorithm

In order to obtain the optimized aircraft design concept which meets the increasingly complex operation environment at the conceptual design stage, System-of-systems (SoS) engineering must be considered. This paper proposes a novel optimization method for the design of aircraft Mission Success Space (MSS) based on Gaussian fitting and Genetic Algorithm (GA) in the SoS area. First, the concepts in the design and evaluation of MSS are summarized to introduce the Contribution to System-of-Systems (CSS) by using a conventional effectiveness index, Mission Success Rate (MSR). Then, the mathematic modelling of Gaussian fitting technique is noted as the basis of the optimization work. After that, the proposed optimal MSS design is illustrated by the multi-objective optimization process where GA acts as the search tool to find the best solution (via Pareto front). In the case study, a simulation system of penetration mission was built. The simulation results are collected and then processed by two MSS design schemes (contour and neural network) giving the initial variable space to GA optimization. Based on that, the proposed optimization method is implemented under both schemes whose optimal solutions are compared to obtain the final best design in the case study.     

一种全程控制的模糊遗传算法在结构优化中的应用

将一种全程控制的模糊遗传算法(FGA算法)引入结构优化设计。区别于一般的标准遗传算法(SGA算法),该算法基于模糊推断机理,可对遗传算法的选择、交叉、变异以及搜索空间的变化进行全程控制。通过2个典型数值多峰函数对FGA算法与SGA算法性能进行了考核和对比,证明该算法在跳出局部最优和搜索效率等方面均有较大改进。将此改进的模糊遗传算法(FGA算法)应用于含整型和离散变量的铆钉连接结构连接效率优化。结果表明:连接效率和优化效率均得到改善。      

基于FQFD的太阳能无人机设计指标排序方法

为解决太阳能无人机（UAV）总体设计中任务需求表达模糊、技术指标重要度排序决策困难的问题,提出了基于模糊质量功能展开（FQFD）的太阳能无人机总体设计指标排序方法。该方法在传统质量功能展开（QFD）质量屋的基础上,引入三角模糊数,表征任务需求的不确定性和模糊性;在模糊隶属度函数未知的情况下,采用α加权修正水平截集去模糊化方法计算技术指标重要度,获得技术指标重要度排序,为总体设计优化决策提供依据。最后以长航时太阳能无人机的总体设计为例,对任务需求—工程特性—技术指标的两级质量屋模型进行计算分析,得到续航能力、巡航高度、动力系统效率、巡航速度和气动效率是太阳能无人机最重要的5个技术指标的结果。此方法客观性较强,可处理复杂的系统不确定性,为太阳能无人机总体方案设计及决策应用提供参考依据。     

Takagi-Sugeno fuzzy model identification for turbofan aero-engines with guaranteed stability

This paper is concerned with identifying a Takagi-Sugeno (TS) fuzzy model for turbofan aero-engines working under the maximum power status (non-afterburning). To establish the fuzzy system, theoretical contributions are made as follows. First, by fixing antecedent parameters, the estimation of consequent parameters in state-space representations is formulated as minimizing a quadratic cost function. Second, to avoid obtaining unstable identified models, a new theorem is proposed to transform the prior-knowledge of stability into constraints. Then based on the aforementioned work, the identification problem is synthesized as a constrained quadratic optimization. By solving the constrained optimization, a TS fuzzy system is identified with guaranteed stability. Finally, the proposed method is applied to the turbofan aero-engine using simulation data generated from an aerothermodynamics component-level model. Results show the identified fuzzy model achieves a high fitting accuracy while stabilities of the overall fuzzy system and all its local models are also guaranteed.     

基于RBFNN自适应混合学习算法的航天测控系统任务可靠性分配

为解决执行航天测控任务的各设备存在复杂的时空关联、可视与信息关联等动态约束关系,使得航天测控系统任务可靠性分配建模和分析极其困难,同时模型求解效率低的问题,提出了自适应混合学习算法的径向基神经网络建模方法.算法通过训练样本相关性矩阵的主成分分析确定网络隐含层初始节点数;在此基础上,利用梯度信息衰减因子改进了迭代过程中网络参数的梯度信息计算方式,避免了学习过程早熟的不足,且加快了迭代收敛速度.最后,通过采集航天测控系统输入-输出数据,将自适应混合学习算法应用于参数训练,并给出了具体实现步骤.通过算例仿真,表明算法在解决航天测控系统任务可靠性分配问题时具有较高泛化能力和分配结果稳定等优点.      

CCSDS空间包在MOIMS领域中的应用

为了适应未来航天任务的发展,构建以服务为导向的、开放的、可重用的航天器任务操作系统,分析了CCSDS(Consultative Committee for Space Data Systems,空间数据系统咨询委员会)中MOIMS (Mission Operations and Information Management System,任务操作及信息管理系统)领域的任务操作服务框架的原理、层次结构及优点,对任务操作相关的通用服务、功能服务、COM(Common Object Model,通用对象模型)及MAL(Message Abstraction Layer,消息抽象层)对服务的抽象化描述方法进行了研究.MAL向任务操作相关的服务提供了通用的服务模型框架,所有服务均可用MAL消息格式进行规范化的描述,在此基础上建立了MAL消息格式与CCSDS空间包的映射关系,从而以CCSDS空间包为信息栽体实现了航天器与地面系统间的任务操作通信,可以作为以服务为导向的任务操作系统实际工程应用的参考.     

机载侦察吊舱效能评估模型在战术侦察中的应用

为研究机载侦察吊舱的作战效能,以战斗机平台、装载成像侦察系统对地面目标实施战术侦察为研究对象,运用马尔可夫随机过程理论,建立了以战斗机为平台挂载侦察吊舱进行战术侦察过程的动态模型,提出了以搜索效率、任务成功率、目标被侦察率、飞机损失率指标作为最终效能评估的准则。最后以飞机对地侦察为例,通过红蓝双方模拟对抗计算,准确地反映了实际情况,证明了该模型的有效性。