装备基本任务单元可用度Petri网仿真模型及应用

提出了装备基本任务单元可用度建模方法,建立了基于使能延迟机制的Petri网理论模型。基于ExSpect(executable specification tool)仿真语言的托肯时间戳延迟机制,通过模型转换建立了基本任务单元可用度分析仿真模型。应用模型研究了作战任务要求和维修力量配置对基本任务单元可用度的影响,分析了基本任务单元与单装可用度分析的差异,揭示了导致不同层次可用度综合差异的内在机理。结果表明,模型形象、直观,物理意义明确,具有通用性和可拓展性,是装备基本任务单元可用度分析的有力工具。     

基于Petri网的作战单元状态模型及可用性分析

以作战单元为整体研究其可用性具有重要意义.提出了作战单元可用性分析的Petri网建模方法,建立了不同基本任务可靠性关系下的系统状态Petri网模型和以此为基础的复杂任务关系模型.研究了复杂维修保障过程模型的简化分析方法,推导了简单GSPN模型的可用度解析算法.最后,应用实例对模型的解析方法进行了验证.     

基于Petri网的作战单元完好性仿真

作战单元完好性是最能综合反映作战单元使用与保障任务要求的参数之一,完好性的评价参数主要有完好率和使用可用度等。在对作战单元复杂任务和完好性参数进行分析的基础上,给出完好率和使用可用度的理论公式,分别分析基本任务和复杂任务下作战单元完好性的仿真方法并给出仿真流程图,应用Petri网技术在ExSpect仿真环境下分别建立基本任务和复杂任务下作战单元完好性的仿真模型,实现对完好性的评估。最后,针对自行火炮“靶场打靶”实例进行仿真分析和评估,验证了此模型的正确性和实用性。     

网络故障预测与健康管理关键技术综述

分析了故障预测与健康管理(PHM)技术在网络维护保障中的重要意义,重点讨论了当前网络PHM所采用的关键技术的研究现状,包括网络管理机制、健康评估、故障预测、故障定位、故障识别以及健康管理等.总结了目前网络PHM关键技术存在的问题, 展望了未来发展的趋势,并以此为基础提出了基于移动代理(MA)的分层分布式PHM体系结构和综合型PHM管理框架.     

基于Petri网的复杂设备健康状态退化分析

针对大型设备结构复杂,健康状态难以评估的问题,以设备最小可监测或可评估单元健康状态为输入,建立了健康退化Petri网模型,利用健康等级信度的变化描述复杂设备全系统各层次单元的健康状态退化情况。首先给出了健康退化Petri网的定义,分析了库所间“冗余”、“共同”、“并发”以及“继发”四种关系形式,用以评估各层次单元健康状态;然后分析了健康状态信度转换为健康度的规则并给出一种线性映射方法;根据健康状态退化趋势特点,在离散灰色模型中引入非线性时变项,提出了基于粒子群优化的拓展非线性时变参数离散灰色模型的健康度预测算法。最后将模型应用于某发射装置的健康状态退化分析,说明了模型的适用性。     

基于Markov过程的冗余系统备件与冗余度联合优化

为了合理有效地降低冗余系统全寿命周期费用,同时考虑部件的故障过程、维修周转以及备件的订购补给过程,结合混合准则提出了基于Markov过程的k/n冗余系统可用度模型,实现备件库存配置与冗余度联合优化。首先,通过热备份和冷备份模式下的系统故障率和修复率计算公式,建立了使用可用度模型。然后,基于稳态概率计算全寿命周期费用,并运用备件库存配置与冗余度联合优化算法实现模型的求解。最后,通过数值计算验证可用度模型的正确性以及联合优化的有效性。通过数值计算结果表明,所提出的可用度模型是传统模型的有益改进并且具有普适性。联合优化算例结果显示,冗余系统可用度随冗余度或备件库存的增加而得到提升,而当可用度接近1时若要进一步提高可用度将导致费用急剧增长;全寿命周期费用中备件存储费用的所占比例最高,而备件订购费用最低;算例表明,与仅考虑备件库存优化的方法相比,联合优化使全寿命周期费用降低了8.01%。     

串件拼修策略下指数型不完全修复件的可用度评估

串件拼修能有效提高装备保障效能.针对任务期内普遍存在的故障件报废问题,提出了串件拼修策略下的系统可用度近似评估方法.以两层级部件为例,通过忽略维修时间将底层不完全修复件近似等效为消耗件,并分别以上层部件完全可修和部分可修展开,利用等效思想将上层备件数量折算为底层备件数量,最后通过建立可用度与可靠度的关系得到系统可用度表达式.算例中通过构造仿真模型与近似方法进行对比,结果表明:本文近似方法在高可用度范围内具有较高的精度,在串件拼修策略下使装备可用度提高了4.23%.     

基于广义随机Petri 网的供应链建模与分析

考察了基于广义随机Petri网的供应链建模与分析技术,在总结Petri网建立供应链模型优势的基础上,将广义随机Petri网(GSPN)的基本理论应用于供应链系统的建模和性能分析,利用GSPN与马尔可夫链的同构关系,采用Petri网与马尔可夫链理论相结合的供应链性能分析方法,为供应链性能的有效评估提供了理论依据,并通过实例验证,该方法可用于分析供应链模型的时间性能和运作效率,为供应链决策层提供参考.     

基于系统可用度的匹配问题的分析

随着可靠性、维修性和保障性工程的发展,可用度模型得到了广泛研究,但对瞬时可用度的波动情况研究较少.根据工程上的需要,通过分析瞬时可用度在有限时间段内的波动(变化)情况,研究了新装备系统由于子系统间的相互作用而产生的匹配问题.基于研究的需要,提出一些概念,并指出了下一步的研究内容和框架.     

复线列车运行调度的层次Petri模型及仿真

在对列车运行调度问题进行分析的基础上,通过综合受控Petri网、颜色Petri网和赋时Petri网的优势,提出一种混合Petri网模型并给出形式化描述和运行规则;采用混合Petri网建立包含设备故障和设备维修两种异常情况的列车运行调度的层次Petri网模型。通过对模型的分析,给出模型具有的两个性质,指出列车运行调度的本质是通过控制可控事件的发生时间来恢复列车的正常运行秩序。最后,以一个具有6个车站和5个区间的调度区段为例,采用CPN TOOLS仿真工具对模型进行了仿真。仿真结果表明了模型的有效性以及设备故障发生概率和列车运行可调整之间的关系。     

基于LSTM分类器的航空发动机预测性维护模型

利用传感器数据进行预测性维护是航空发动机故障预测与健康管理(prognostic and health manage-ment,PHM)的关键问题.针对发动机剩余寿命预测准确性低的问题,提出基于长短期记忆网络(long short-term memory network,LSTM)分类器的预测性维护模型.LSTM分类器...     

城市固废焚烧过程的回路控制半实物仿真平台

为精确模拟和实现城市固废焚烧(municipal solid waste incineration,MSWI)过程的多入多出(multiple input multiple output,MIMO)回路控制,面向实际工业过程开发了由真实设备层和虚拟对象层组成的分布式半实物仿真实验平台。结合对MSWI工艺流程机理模型的定性描述,建立了数据驱动的面向回路控制的虚拟过程对象模型,依据回路控制需求设计了该平台的各软件子系统,以及相互间的协同运行模式,搭建了平台硬件和开发了平台软件,并采用工业实际数据进行实验验证。结果表明：该平台为MSWI过程的智能建模与控制算法的进一步研究提供了可靠的工程化验证环境。     

Geometrical Modeling by NURBS Surface and RCS Computing by Visualization for Complex Targets

ＧｅｏｍｅｔｒｉｃａｌＭｏｄｅｌｉｎｇｂｙＮＵＲＢＳＳｕｒｆａｃｅａｎｄＲＣＳＣｏｍｐｕｔｉｎｇｂｙＶｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎｆｏｒＣｏｍｐｌｅｘＴａｒｇｅｔｓＺｈｏｕＹｏｎｇ＆ＬｉｕＴｉｅｊｕｎＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅ...     

Test selection and optimization for PHM based on failure evolution mechanism model

The test selection and optimization （TSO） can improve the abilities of fault diagnosis, prognosis and health-state evalua- tion for prognostics and health management （PHM） systems. Traditionally, TSO mainly focuses on fault detection and isolation, but they cannot provide an effective guide for the design for testability （DFT） to improve the PHM performance level. To solve the problem, a model of TSO for PHM systems is proposed. Firstly, through integrating the characteristics of fault severity and propa- gation time, and analyzing the test timing and sensitivity, a testability model based on failure evolution mechanism model （FEMM） for PHM systems is built up. This model describes the fault evolution- test dependency using the fault-symptom parameter matrix and symptom parameter-test matrix. Secondly, a novel method of in- herent testability analysis for PHM systems is developed based on the above information. Having completed the analysis, a TSO model, whose objective is to maximize fault trackability and mini- mize the test cost, is proposed through inherent testability analysis results, and an adaptive simulated annealing genetic algorithm （ASAGA） is introduced to solve the TSO problem. Finally, a case of a centrifugal pump system is used to verify the feasibility and effectiveness of the proposed models and methods. The results show that the proposed technology is important for PHM systems to select and optimize the test set in order to improve their performance level.     

具有两类失效状态和休假的并联可修系统

研究了修理工可多重休假的两相同部件并联可修系统,每个部件有两类失效状态。假定部件寿命服从指数分布,部件修理时间和修理工休假时间均服从一般连续分布,利用补充变量法求出了系统的瞬时可用度和瞬时故障频度的Laplace变换式,以及系统的稳态可用度和稳态故障频度的明显表达式,并得到了系统可靠度的Laplace变换式和首次故障前平均时间的明显表达式。此外,还对系统进行了效益分析。     

考虑概率型共因失效的多阶段任务系统可靠性分析模型

针对多阶段任务系统(phased-mission system, PMS)任务可靠性受概率型共因失效(probabilistic common cause failure, PCCF)影响的问题, 提出一种基于贝叶斯网络(Bayesian network, BN)的PCCF-PMS分析模型。首先, 研究基于BN的PMS表征方法, 建立不考虑共因失效的PMS基础BN模型, 即PMS-BN。其次, 构建共因空间节点, 并研究在共因空间节点影响下系统模型参数的修正方法。最后, 引入共因节点对PMS-BN模型进行扩展, 实现考虑共因失效影响的PMS可靠性量化分析。以地球同步轨道卫星的首次变轨任务为例说明所提模型的正确性, 分析结果表明, 共因失效问题对于PMS的可靠性存在显著影响。PCCF-PMS模型能够综合处理受概率型与确定型共因失效影响的PMS可靠性分析问题。所提模型适用于共因事件间呈独立、互斥、统计相关等统计关系的情况, 且网络模型规模可控。     

ZDPS-2卫星可靠性试验评估方法

皮纳卫星具有研制周期短、采用商用货架式器件的特点,无法完整沿用传统大卫星通过底层元器件或部组件搭建系统可靠性模型计算整星可靠性的方法。针对上述问题,提出了基于试验数据的皮纳卫星可靠性评估体系。通过对机理不同的硬件和软件故障分别建模的方法,实现了ZDPS-2卫星的可靠性评估。对卫星的硬件故障数,基于顺序约束模型和贝叶斯参数估计方法进行拟合,并考虑了不同试验环境对卫星工作环境的等效因子。ZDPS-2卫星硬件可靠性水平估计为3月末0.85。对卫星的软件故障采用加入变点的非齐次泊松过程模型拟合,并选择Logistic模型作为测试覆盖率模型。ZDPS-2卫星软件故障拟合结果,平均无故障时间为217 h。ZDPS 2卫星试验结果证实,可靠性满足增长试验设计的要求和任务需求。     

Degradation data-driven approach for remaining useful life estimation

Remaining useful life (RUL) estimation is termed as one of the key issues in prognostics and health management (PHM). To achieve RUL estimation for individual equipment, we present a degradation data-driven RUL estimation approach under the collaboration between Bayesian updating and expectation maximization (EM) algorithm. Firstly, we utilize an exponential-like degradation model to describe equipment degradation process and update stochastic parameters in the model via Bayesian approach. Based on the Bayesian updating results, both probability distribution of the RUL and its point estimation can be derived. Secondly, based on the monitored degradation data to date, we give a parameter estimation approach for non-stochastic parameters in the degradation model and prove that the obtained estimation is unique and optimal in each iteration. Finally, a numerical example and a practical case study for global positioning system (GPS) receiver are provided to show that the presented approach can model degradation process and achieve RUL estimation effectively and generate better results than a previously reported approach in literature.     

一种新型的单部件可修系统

考虑一种新型的可靠性系统，即修理工带有多重休假规则的单部件可修系统，系统发生故障时可能因修理工的休假而得不到立即修理，因此系统可处于工作、等待修理和修理三种状态。在适当的假设条件下，讨论了系统的瞬时可用度和稳态可用度，以及(0,t]时间中系统的平均故障次数和稳态故障频度，得到一些重要的可靠性结果。