考虑多维修策略的复杂系统可靠性评估研究

对于复杂可修系统,尤其是非马尔科夫可修系统的可靠性评估,常规的数学解析法计算十分复杂,甚至无法得到预期的结果.研究基于故障树最小割集和蒙特卡罗仿真的方法对复杂可修系统的可靠性进行评估,建立相应的仿真模型,设计相应的仿真算法,给出不同维修策略下复杂可修系统的各项可靠性指标,可以为系统的可靠性管理和维修决策提供支持.以某战斗机导弹发射系统为例,验证了模型及算法的有效性.     

基于模型的复杂系统安全性和可靠性分析技术发展综述

复杂系统的安全性、可靠性分析一直是装备通用质量特性领域关注的热点问题。随着航空机载系统向综合化、集成化、智能化方向发展,系统的功能逻辑、架构设计以及容错设计越来越复杂,以人工演绎推理为主的传统安全性、可靠性分析手段已经越来越不能满足要求,模型驱动的分析方法正在成为复杂系统安全性、可靠性设计所依赖的重要技术手段。特别是近几年,基于模型的系统工程技术发展迅猛,并在国内外航空企业中得到了广泛的应用和认可,这为基于模型的系统安全性、可靠性设计技术的进一步发展提供了有利条件。本文主要对国内外基于模型的复杂系统安全性、可靠性分析技术的研究进展进行了介绍,并对该项技术未来的发展方向和趋势进行了分析,为装备开展系统安全性、可靠性分析工作提供借鉴。     

基于贝叶斯模型平均的航空发动机可靠性分析

针对不同失效模式的特点,利用航空发动机状态监测信息,分别采用Gamma过程、Wiener过程和Weibull分布建立可靠性分析模型.采用贝叶斯模型平均（BMA）方法,分析不同失效模式对可靠性影响,对航空发动机可靠性进行集成分析.通过算例跟踪某在翼航空发动机可靠性水平,基于贝叶斯模型平均的航空发动机可靠性模型的计算误差率低于单一可靠性分析模型,计算结果误差率低于1%.说明多模型集成可靠性技术在复杂系统运行可靠性分析中的有效性和准确性.      

民用航空发动机引气系统部件寿命建模

针对飞机维修工作中发动机引气系统故障率较高问题,以寿命数据分析为基础,运用威布尔分布模型定量评估航空发动机部件可靠性,建立了民用航空发动机引气系统部件可靠性寿命模型。以V2500发动机引气系统为例,收集了该系统的可靠性数据,分析了部件的非计划拆换情况。在数据计算过程中采用3参数威布尔分布模型对引气系统部件的寿命数据进行拟合。假设检验结果表明,在对部件进行寿命可靠性分析时,运用威布尔分布建立的数学模型符合客观规律,且能够取得良好的拟合效果。依据计算出的部件可靠性特征量对部件的可靠性状况进行定量评估,结果表明:在评估复杂机械电子系统的可靠性时,威布尔分布模型具有较大应用价值。     

基于Petri网的飞机复杂系统可靠性分析方法研究

Petri网在建模方面具有较强的可视性及良好的动态表达性,提出一种利用Petri网对飞机复杂系统进行可靠性建模的方法,并通过蒙特卡洛仿真方法对Petri网模型进行仿真求解,形成一套完整的可靠性分析理论;以某型机电传飞控系统为例进行建模计算,验证上述方法的可行性和精确性.结果表明:本文提出的基于Petri网的可靠性分析理论,能够有效应用于飞机复杂系统的可靠性分析.     

复杂系统可靠度综合计算平台的设计实现

鉴于复杂大系统可靠度综合计算面临诸多困难 ,分析了其复杂性特征 ,提出了一种一体化建模方法———复合逻辑树模型 (CompositeLogicTreeModel,简称CLTM)及其递归调度综合算法 ,并采用面向对象的思想和技术 ,设计实现了可视化的系统可靠度CLTM综合建模与计算软件平台。介绍了软件的总体框架及其功能 ,并通过实例阐明了相应的系统可靠度综合分析方法     

一种复杂可修系统的可用度计算方法

论文采用分-立的思想构建了一种复杂可修系统的可用度计算方法 ,即采用先分解后综合的方法来构建系统的可用度模型。分解主要是指分析系统包含的子系统和部件之间的故障行为特性,包括部件故障时间分布函数、故障传播路径、系统结构等内容,采用通用发生函数(UGF)建立了多部件系统的0-1状态可靠性评估模型,并对系统的可靠度进行分析,在此基础上将系统看作一个整体,通过更新过程理论建立故障时间和维修时间服从一般分布的系统可用度方程,给出并证明了系统可用度求解的一般方法。通过算例分析表明,论文设计方法严谨、科学,具有较强的可用性和通用性,在可靠性工程领域有很强的推广价值。     

类似系统可靠性信息在复杂系统Bayes可靠性评估中的应用

先验分布的确定是运用Bayes方法进行复杂系统可靠性评估的先决条件。本文研究了利用类似系统的可靠性信息通过加权融合确定先验分布的方法。对Weibull和指数分布模型的可靠性试验结果,给出Bayes方法可靠性计算公式。最后给出的一个实例表明,该方法计算简便、便于工程应用。      

共因失效相关同级叶片系统可靠性分析

为了准确地分析航空发动机的可靠性,针对航空发动机失效模式多、相关性复杂的特点,在考虑失效模式相关性的基础上,建立了共因失效相关的结构系统可靠性模型。采用蒙特卡罗法和近似数值分析法对航空发动机同级叶片系统在叶片静强度不足失效、叶片外缘变形碰摩失效及考虑2种失效模式下的可靠度进行了计算分析。分析表明与共因失效相关的可靠性模型相比,传统的不考虑失效模式相关性的可靠性模型使可靠度评估过于保守。近似数值分析法在保持与蒙特卡罗法计算精度相同的情况下,能够大幅提高计算效率。     

基于可靠性的涡轮叶片双循环多学科设计优化

提出一种适用于涡轮叶片复杂结构的基于可靠性多学科设计优化方法.使用多学科可行性优化方法解耦.根据实验设计结果,通过Kriging模型建立多学科分析过程的近似模型,并在计算过程中不断更新近似模型.将Hasofer-Lind Rackwitz-Fiessler(HL-RF)可靠性计算方法和优化算法以双循环可靠性优化方法相结合,实现基于可靠性的多学科设计优化模型.实例分析表明,在保证结构的可靠度要求条件下,设计结果满足性能最优.验证了基于可靠性多学科设计优化方法在工程实践中的应用是可行的.      

二元共载系统退化相关的两阶段退化模型及可靠性分析

针对复杂机载系统中二元共载组件退化受退化进程相互作用与负载分担影响的问题,提出了一种考虑退化速率相互作用的两阶段退化模型。首先,研究基于退化速率相互作用的双组件退化依赖性表征方法,建立不考虑负载分担影响的双组件退化相关性模型。其次,考虑负载分担对退化速率的影响,以某一组件失效为变点,将系统退化进程分为2个阶段,构建考虑负载分担影响的双组件退化相关性模型。模型的参数采用极大似然估计法进行估计,并构建系统的可靠性模型与剩余寿命模型。最后,以一航空部件为例进行二元退化相关的共载系统可靠性计算,所提方法为复杂系统二元共载组件退化失效的可靠性分析问题提供支持。     

多余度飞控计算机系统分级组合可靠性建模方法

系统可靠性是决定飞机飞控计算机系统(FCCS)体系结构选型的重要依据,可靠性建模技术(SRMT)是定量评价系统可靠性的关键。目前有可靠性框图(RBD)、故障树分析(FTA)、Markov随机过程和Petri网等多种系统可靠性建模方法,由于求解的途径不同,各种方法都具有优缺点。文章综合静态和动态系统可靠性建模方法特点,提出一种分类划分和分级组合的系统可靠性建模(HCRM)方法,并用该方法对Boe-ing777飞机非相似余度FCCS进行了可靠性建模。与传统方法比较,该方法将基于状态的可靠性建模方法和非状态可靠性建模方法进行组合,并基于系统静态和动态特性分级建模和求解,在一定程度上化解了复杂系统可靠性建模的复杂度和求解难度,使系统可靠性模型更加精细和符合实际系统。     

基于剩余强度和裂纹扩展寿命模型的可靠性分析

对剩余强度可靠性模型和裂纹扩展寿命可靠性模型进行比较分析,结果表明,两种模型在理论上是相容的,但两种模型在物理意义上是不同的,剩余强度模型是根据结构剩余强度与载荷之间的关系,比较直观地给出了结构可靠性的计算方法,即通过在载荷谱作用下裂纹尖端应力强度因子应小于材料的断裂韧度建立安全余量。裂纹扩展寿命模型是根据裂纹扩展寿命小于给定的寿命建立安全余量从而计算可靠性的方法,由于裂纹扩展寿命不如裂纹长度直观,可以通过寿命与裂纹长度的关系,转化到根据裂纹长度求解可靠度。由于剩余强度可靠性模型表达式较复杂,可以考虑对该模型的求解采用Monte-Carlo模拟法,免去了复杂的推导过程,对裂纹扩展寿命可靠性模型的求解采用了均值一次二阶矩法,该方法省去了繁琐的计算过程,近似求解可靠度,并能保证一定的精度。     

基于贝叶斯网络的分层系统可靠性分析

由于分层系统的系统结构复杂,且系统不同层次可靠性信息具有不均衡性的特点,使得分层系统的可靠性建模较为困难.考虑二态情况,通过引入贝叶斯网络描述分层系统元素间的失效关系,并考虑了系统元素间级联失效问题,结合贝叶斯多源信息融合方法,以贝叶斯网络模型为基础整合了系统各层元素的可靠性信息,构成了一种较为通用的二态分层系统可靠性分析方法.算例结果表明:该方法在贝叶斯网络模型计算过程中能够融合系统各层元素可靠性信息并有效处理级联失效问题,提高了系统可靠性后验均值估计的准确性,减小了系统可靠性结论的后验方差.      

基于SCA的综合通信导航识别系统任务可靠性研究

针对传统任务可靠性模型不能适应基于SCA架构的综合通信导航识别系统(SCA-ICNI系统)多任务通道任务可靠性分析的问题,本文首先研究了多任务通道模块的任务可靠性,简化了其可靠性模型,在此基础上,建立了一种以任务通道为基本单位的系统任务可靠性框图和数学模型,并对影响其任务可靠性的关键因素进行分析。其后,分析了在系统任务独立运行、优先级以及故障条件下的任务可靠性。最后以具体数据分析了典型波形任务在不同条件下系统的任务可靠性,比传统的CNI系统的任务可靠性有显著提升。     

多阶段含延缓纠正可靠性增长的MS-NHPP模型及其Bayes分析

针对复杂航空机电系统的多阶段含延缓纠正可靠性增长试验,提出了多阶段非齐次泊松过程(MS-NHPP)模型及其Bayes分析方法。该模型将多个阶段试验看做多个非齐次泊松过程(NHPP),它们具有相同的时间起点和不同的强度函数参数,并满足序化约束关系。对该模型采用Bayes方法进行分析,以Dirichlet分布作为验前分布,并在验后计算中采用基于Metropolis-Hastings准则的马尔可夫链蒙特卡罗(MCMC)方法获得各阶段可靠性参数的验后期望、方差与置信限。实例分析表明,该方法可以有效融合多阶段可靠性增长试验数据以及专家经验和历史信息,尤其适用于小样本情况,参数估计值满足序化约束关系,可靠性增长评估结果更为可信。     

基于可靠性指标的测试系统校准周期优化

通过对测试系统校准周期的直接反应法(SRM)和威布尔(Weibull)可靠性模型法的分析、改进,以及对校准过程中误判率的分析测算,解决了测试系统检定决策的风险问题.首先介绍了测试系统可靠性指标的相关计量技术规范,然后通过对常用的校准周期确定方法的介绍与分析,进一步给出了测量可靠性观测值的可靠性概率函数描述方法,并利用主元分析法来综合评价不同测量参数的影响,修正了最佳校准周期的计算.通过对自动测试系统DMM(数字万用表)测量通道的检定,表明这些优化措施是可行的.      

多阶段任务系统可靠性建模研究

随着系统复杂性和自动化程度的提高,多阶段任务系统(PMS)的应用越来越多。与单一阶段系统相比,PMS的可靠性分析由于阶段之间的相关性而变得更加复杂。在对PMS作简要介绍基础上,文中对PMS可靠性建模的故障树方法作了系统描述,并以某个多阶段系统为例,进行了比较计算分析。     

基于OBDD的可修航天测控系统任务可靠性分析

基于顺序二元决策图(OBDD)理论,针对航天测控系统(TT&C系统)特点定义了新的OBDD数据结构,提出了一种考虑设备可修的TT&C系统任务可靠性分析方法.通过将各测控站的时间窗口划分为不同阶段,分析各阶段内设备逻辑关系并构建阶段OBDD模型,然后将所有阶段OBDD模型合并为最终的任务OBDD模型.采用连续时间Markov链(CTMC)分析可修设备的状态转移行为,基于新的OBDD数据结构给出了任务可靠性计算算法.与Markov方法和仿真方法的对比分析结果表明:所提出的方法能够精确计算设备可修的TT&C系统任务可靠性,设备数量多于30个时算法效率高于Markov方法.      

变循环压缩系统涵道流动计算模型及模式转换倒流判据研究

为了研究双外涵变循环压缩系统的涵道流动匹配规律，发展了涵道流动的计算模型，对压缩系统模式转换过程中外涵道倒流问题的发生机理和影响因素进行了深入分析，总结了压缩系统的倒流判断准则，并基于简化计算模型和全三维计算结果对倒流判据进行了验证。研究结果表明，对于一定的压缩系统匹配状态，存在一个决定涵道匹配状态的临界核心机驱动风扇级(Core Driven Fan Stage, CDFS)总压比，当CDFS的实际工作压比高于临界压比时，压缩系统第二外涵道将发生倒流，反之则系统不倒流。复杂涵道系统内的流动损失和堵塞等特性对临界CDFS总压比有显著影响，为了准确判断压缩系统的匹配状态，需要对其进行精确模化。基于简化模型得到的压缩系统倒流临界线可以推广至全三维状态，本文提出的倒流判别准则具有较高的可靠性和可行性。