考虑冲击与阶段备份的多阶段任务系统可靠性建模

近年来,由于在航空航天、军事、核能等领域的广泛应用,多阶段任务系统(phased mission system, PMS)可靠性建模方法得到了广泛的关注。航天系统所包含的电子设备会由于自身的老化导致性能退化而失效,同时也会因为外界的随机冲击导致失效,严重影响系统可靠度。针对该问题,提出一种基于模块化方法的模型。首先,将冲击模型与半马尔可夫过程结合,计算受冲击影响的工作单元可靠度。然后,提出一种基于二元决策图(binary decision diagram, BDD)模型的方法,对同时考虑冲击与阶段备份的PMS进行可靠性建模。最后,以某型航天器中的推进子系统为例对所提方法进行说明,并应用蒙特卡罗方法进行验证,证明了所提方法的建模效率与准确性。     

双指标阶段性退化建模及可靠性分析

高可靠长寿命产品常需同时满足多种功能, 退化机理复杂, 其性能退化过程中多指标、多阶段的问题日益凸显。为此, 考虑退化过程的阶段性特征及不同阶段指标间耦合性规律, 基于Copula函数和Wiener过程建立了双指标阶段性退化模型及可靠性分析方法。同时, 针对产品退化过程中两指标变点不在同一位置的一般性情况, 提出了一种考虑双指标变点的模型参数整体估计方法。最后, 通过舱门锁实例的对比分析, 对所提方法的适用性和有效性进行了验证。结果表明, 同传统双指标模型相比, 所提方法能更为准确地描述退化过程的相关性与阶段性规律, 得到的可靠性评估结果更合理有效。     

基于卫星可靠度和MTTR星座空间备份策略设计

基于卫星可靠度建立了星座系统可靠度模型,分析了星座构型、卫星的可靠度、备份卫星数目对星座系统可靠度的影响。通过分析备份卫星的可用性、卫星的固有可用度,提出了备份卫星轨道设计约束条件。基于平均修复时间建立了备份卫星重构控制模型,分析了备份卫星数目、备份卫星轨道、平均修复时间对备份卫星重构控制平均特征速度的影响。最后针对卫星星座对系统可靠度和平均修复时间的需求,提出了一套备份卫星子星座构型优化设计方法并给出了设计实例。     

基于METRIC理论的超大规模卫星星座多级备份策略

针对超大规模卫星星座可能出现的运行维护成本高、任务可用度低的问题, 结合卫星批量化生产以及采用一枚火箭将多颗卫星送入轨道(一箭多星)的现状, 基于可维修备件多级保障库存技术(multi-echelon technique for recoverable item control, METRIC)提出一种超大规模卫星星座多级备份策略。首先, 阐述了基于METRIC理论的卫星星座多级备份策略模型的原理, 备份策略同时考虑地面备份、停泊轨道备份以及星座轨道备份3种备份模式, 建立了考虑卫星年平均需求量、期望需求量与期望短缺数的星座可用度模型, 包含制造费用和发射费用的星座备份费用模型,以及以星座可用度为约束, 星座备份费用为优化目标的数学优化模型。然后, 以某型超大规模低轨卫星星座为案例研究对象, 使用遗传算法和边际分析法进行求解。最后, 讨论了遗传算法与边际分析法在求解该优化问题时的优缺点。结果表明, 在同一星座可用度指标下, 采用星座多级备份策略可比采用传统两级备份策略有效降低每年备份费用; 在保证星座可用度的前提下大幅降低了超大规模卫星星座的备份费用, 可为精确配置各级备份卫星数量提供参考。     

基于Petri网的导航卫星星座备份策略分析评估方法

针对北斗三号系统中轨道Walker导航星座的备份策略问题,提出基于随机时间Petri网(stochastic timedPetrinet,STPN)的分析评估方法.通过构建单星、轨道面和导航星座的3层STPN模型,分析不同备份策略下星座运行的逻辑行为特性和操作事件的时序关系.建立导航星座的可用性模型和运行成本模型,作为...     

正交圆轨道星座设计方法研究

讨论了全球覆盖正交圆轨道星座设计方法.推导了极轨道星座实现球冠覆盖时星座参数的精确计算公式,分析了精确计算公式与Beste的近似计算公式之间的关系,明确了近似计算公式的应用条件.提出采用极轨道星座结合赤道轨道星座构建全球覆盖正交圆轨道星座的思想,推导了正交圆轨道星座的参数计算公式,给出了一些星座方案,并与全球覆盖极轨道星座进行了覆盖性能的分析和比较,说明了正交圆轨道星座设计方法的有效性.     

多种退化机理作用下的产品可靠性建模

针对受不同因素影响导致性能逐步退化的产品,首先对造成性能退化产品失效的退化机理进行分析,将产品性能指标退化看成是由连续性影响因素和离散性影响因素共同作用的结果.其次,基于扩散过程和累积失效理论,建立多种退化机理作用下产品性能指标退化模型,给出模型中参数的估计方法和性能退化产品可靠度估计方法.最后,通过对某测深设备零位电...     

相邻k-out-of-n:F多状态可修系统的可靠性分析

针对相邻k-out-of-n:F多状态可修系统可靠性指标计算难的问题,提出了两种求解该系统可靠性指标的方法。当系统部件寿命和修理时间都服从指数分布时,方法一首先利用马尔可夫过程理论获得部件的可用度,再用部件的可用度获得系统的瞬态、稳态可用度;方法二针对状态空间巨大的情况,先以一定的标准对状态空间进行截尾,再应用马尔可夫模型获得系统的稳态可用度、首次故障前平均时间、稳态故障频度等可靠性指标。最后通过数值算例说明了所提出方法的有效性。     

基于动态建模方法的可靠性增长试验评定

运用动态建模方法对可靠性增长试验下可靠性参数的先验分布进行分析．在任务可靠度先验分布确定的基础上，结合产品的少量现场试验数据，利用Bayes方法对系统的可靠性增长试验结果进行分析．首先给出了可靠性增长分析的动态模型，然后运用历次阶段试验中的可靠性增长数据建立动态参数的递推估计模型．在此基础上，给出各阶段可靠性增长试验中可靠性参数的Bayes估计．针对液体火箭发动机寿命分布为Weibull分布的特点，对Weibull寿命型系统的可靠性增长试验进行评定．通过一个实际例子说明了该方法的有效性．     

典型非马尔柯夫型可修系统的可靠性分析

本文应用可修系统可靠性分析的GMRP模型,研究了修理时间服从一般分布的串联、并联、“n中取m”表决、贮备冗余可修系统的可靠性。通过对上述典型可修系统的随机特性分析,给出了系统稳态可靠性指标的计算公式。     

北斗卫星导航系统组网发射方案风险分析

卫星群的组网发射是北斗卫星导航系统建设中一至关重要的环节,它受到技术可靠性、发射场容量以及测控能力等方方面面的制约,因而存在着很大的不确定性因素.为确保导航系统建设进度、保障系统运行效益并减少不确定因素,在实际组网发射前需进行综合的风险分析.围绕一箭多星发射方式的选择,通过建立可靠性和风险分析框架来处理其所带来的风险,不同的发射方式具有不同的技术可靠性、资源消耗和所得收益,对一箭多星发射方式的比较,为权衡选择结果提供了定量的分析.进一步考虑发射方式的技术可靠性和其他约束的影响,对不同发射方案的表现,特别是对本文新提出的组网可靠性指标进行仿真分析,最后从多角度利用ER方法综合进行卫星组网发射方案整体性定量评估.     

基于混合Gamma分布的机载产品可靠性建模

针对研制生产阶段的可靠性试验和评价方法并不能准确推断出复杂机载产品在真实服役环境下的可靠性,而且单一寿命分布模型如指数、正态、威布尔等也不能准确反映机载产品在复杂环境下的故障特征的问题,通过舰载机机群在服役过程中产生的故障数据,利用有限混合Gamma分布可以逼近任意概率分布的特性,根据不同样本容量分别构建了以均方误差和皮尔逊统计量为优化目标的优化模型。采用自适应权重粒子群优化算法对混合分支数和分布参数进行优化,从而获得产品的可靠性模型。研究结果可较好地表征产品故障的统计特征,为系统的可靠性评估、预防性维修周期优化等提供决策依据。