多阶段任务系统(PMS)可靠性模型研究

多阶段任务系统(phased mission system,PMS)包含了一系列具有时间连续且不相互覆盖的基本任务阶段。针对系统特点,对PMS的两种可靠性模型进行了初步的讨论和分析,并提出了一种对包含可修任务的PMS系统可靠性评估的方法。该方法从任务可靠度的角度描述了系统的可靠性,并结合可用度、可信度等描述参数建立了新的评估模型。最后从理论上分析了此方法的可行性,并通过实例验证了其有效性和正确性。     

多阶段任务系统任务持续能力仿真模型研究

多阶段任务系统(PMS)是一种典型的复杂系统,它包括多个在时间上连续且无相互重叠的阶段任务,执行作战与使用任务的武器装备多数属于这种复杂系统。分析了PMS及任务可靠度、可信度和任务效能等任务持续能力评价参数。结合实际装备系统大都属于可用马尔可夫过程进行描述的可修复系统的特点,为简化模型复杂程度提出了一些合理的假设条件。在此基础上,结合多阶段任务系统自身特点,通过分析多阶段任务系统任务持续能力建模仿真步骤,多阶段任务系统任务效能仿真方法,建立了基于Petri网的多阶段任务系统任务效能多层仿真模型。最后结合常见的"靶场打靶"任务进行了实例验证,并对仿真结果进行了分析。     

基于GPU的大规模多阶段任务系统可靠性并行计算方法

针对大规模多阶段任务系统(phased-mission system, PMS)的可靠性求解,引入并行计算思想,通过分析传统的一致化方法(uniformization method, UM),基于Nvidia提出的CUDA(compute unified device architecture)架构,实现了基于图形处理器(graphics processing unit, GPU)的UM并行算法(GPU-UM),并采用合并访问和共享内存技术,提高了GPU中数据负载的利用率;PMS中不同阶段参与任务的设备及其数量通常会发生变化,导致阶段间依赖性处理困难。通过对新设备加入、已有设备暂时退出任务或完全退出任务等3种基本情况的分析,提出了阶段间状态映射机制,实际中的阶段变化情况更加复杂,可综合上述3种基本情况进行处理。通过算例对比了GPU-UM、CUDA-UM、传统UM和Krylov子空间等4种算法的计算时间和可靠性结果,分析表明GPU-UM算法的计算耗时优于其他方法,且结果精度也能满足可靠性计算需求;同时,通过对比分析UM算法和Krylov子空间算法与仿真方法的结果误差,表明提出的阶段间映射机制能够正确处理PMS中阶段间的复杂依赖关系。     

n/k(G)表决冗余多阶段任务系统可靠性优化模型

提出采用多阶段任务系统（phased mission systems, PMS）冗余故障树模型和PMS冗余二元决策图（binary decision diagram, BDD）模型来描述冗余多阶段任务系统;通过递归法实现PMS冗余故障树模型到PMS冗余BDD模型的转换,从而得到整个PMS的最小割集;在分析n/k(G)表决冗余模块在PMS中可靠度计算模型的基础上得到整个PMS的可靠性计算模型。以费用最小为目标,构建多阶段任务系统可靠性冗余优化模型,并应用微粒群算法对模型进行求解。算例通过一个三个阶段n/k(G)表决系统来阐述该方法的应用,并验证了模型的合理性及算法的有效性。     

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。     

航天测控任务可靠性的混合分析方法

二元决策图（binary decision diagram, BDD）方法和直接仿真法在评估测控资源规模大、阶段任务多的测控任务的可靠性时都存在局限性。从分析单个阶段任务的可靠性损失量出发,提出一种测控任务可靠性分析的解析模型,并基于强制法快速获取解析模型所需的输入数据。通过案例,验证了混合式分析法相对BDD方法和直接仿真法在时效性上的优势。这种结合解析模型与快速仿真法的混合式分析方法为解决测控资源规模大、阶段任务数量多的测控任务可靠性的评估问题提供了可行的手段。     

基于DSPN的多阶段任务系统测试性需求建模与分析

针对多阶段任务系统(PMS)的测试性需求分析问题,提出了一种基于确定与随机Petri网(DSPN)的系统级测试性需求模型(PMS-DSPN)和指标确定方法.PMS-DSPN模型包括系统网(SN)和阶段网(PhN)两部分,每个SN对应于各个子阶段任务的GSPN测试性需求模型;PhN对应于各个阶段任务间的转换过程,并通过关联矩阵进行描述.基于该模型得到PMS任务成功率计算方法,并结合PMS维修代价、测试性设计代价计算方法,构造了系统级测试性指标优化分析模型,进而确定PMS系统级测试性指标.最后通过实例验证该方法的有效性.     

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。     

任务/资源图模型的任务调度与资源访问仿真分析(Ⅱ)-"爱国者"拦截作战目标过程实例分析

任务/资源图仿真建模方法由于包含丰富的时间属性而非常有利于分析复杂离散实时系统，通过一个仿真实例来分析任务/资源图模型的任务调度和资源访问。首先利用任务资源图模型对“爱国者”防空导弹拦截作战目标过程进行了仿真建模，然后利用RM任务调度方法和PCP资源访问控制协议对该系统进行了可调度性分析，包括单节点调度、多节点调度和端对端调度分析。复杂系统任务执行过程中会出现各种抢占、挂起、资源冲突情况，尤其是对于最坏情况下的任务调度和资源使用情况，通过仿真分析验证了对这些复杂情况的时间序列属性。可调度性分析和仿真分析结果表明任务/资源图模型是一种强有力的复杂离散实时系统分析仿真方法。     

考虑设计迭代和资源冲突的研制系统任务可靠性

在研制系统任务过程分析的基础上,综合考虑设计迭代和资源冲突对研制任务完成时间的影响,通过构建多阶段有限状态吸收Markov过程对动态返工概率进行描述,采用排队网络对系统研制过程进行建模与分析,得到了系统和各工作阶段的任务可靠性模型.通过示例对系统研制能力进行了评估, 表明了任务可靠度的计算方法.     

提高核电站安全可靠性的平行系统方法

安全可靠性是核电站存在和发展的生命线,目前它还主要是通过人的经验和严格管理等来保证, 但其智能性和科学性还不够.核电站是一个涉及多方面的动态变化要素的复杂系统,现有控制、 仿真和管理技术还不能为其生产运行和管理提供安全可靠的充分保证.本文以ACP方法为基础, 基于信息技术最新发展成果,提出了采用自上而下的规划和自下而上的设计相结合的方法, 来开发"核电站可靠性规划和设计软件包",使得核电站在建造前就有了安全可靠方面的科学依据. 进而提出平行系统方法, 分析其基本原理和成功应用实例,并介绍其在核电站中应用的人工系统、计算试验和平行执行的具体内容, 给出了PTS、PES和PMS等具体应用.     

基于任务可靠性的多阶段系统设备投入策略优化模型

为保证多阶段任务系统的高可靠性,在执行各阶段任务的过程中不仅会设置设备备份,同时也会设置复杂的任务执行方案备份.本文通过研究多阶段系统在各阶段的可执行任务状态空间、状态转移关系以及各阶段之间的状态影射关系,构建了该类系统的Markov可靠性模型.并以各阶段初的设备投入策略作为决策变量,系统的任务可靠性作为优化目标,设备投入工时作为约束条件构建了多阶段系统的设备投入策略优化模型.算例分析表明,本文模型利于对多阶段系统开展可靠性分析与系统的设备投入策略分析.     

仿真系统可靠性研究

可靠性是评价仿真系统质量和性能的一个重要指标.首先介绍了仿真可靠性研究的现状,然后对仿真可靠性和仿真可靠度进行了定义,并将它和仿真可信性进行了对比,分析了仿真可靠性研究的意义,最后给出对于仿真可靠性分析的一个基本框架,并简述了仿真系统可靠性的分析方法.     

具有不可比状态信息的可修MS-PMS可靠性分析

针对复杂多阶段任务系统(PMS)中存在的元件状态多态性和不可比性问题,提出了系统与元件两层的分层模块构建方法,应用连续时间Markov模型(CTMC)描述可修元件之间状态的相依和变迁的动态行为,应用多态多值决策图(MVDD)构建系统的结构函数.为处理元件状态不可比情形,将其分为组内、组间及无约束状态三组,应用CTMC构建了不同变迁约束下部件处于不同阶段时的状态组的联合概率模型,发展了具有不可比元件状态的多状态多阶段任务系统(MSPMS)可靠性分析方法.最后,通过简约形式的飞行任务系统实例,结果表明CTMC下分层分组模块分析方法能有效计算MS-PMS的可靠度,验证了模型与分析方法的可行性.     

考虑仿真可信度的舰炮射击精度贝叶斯估计

对舰船摇摆作用下弹丸炮口运动状态的变化进行分析,并选取合适的弹丸空中飞行模型和指标体系,建立舰炮武器射击精度分析模型;结合实际需求对仿真模型的可信度评判方法进行分析,综合考虑仿真样本相容性和试验样本的可信度;在利用试验数据对仿真模型进行可信度分析的基础上,建立考虑仿真可信度的舰炮武器射击精度贝叶斯估计模型,实现在有限样本的条件下利用仿真手段对舰炮武器射击精度进行合理估计的目的。设计对比试验对所建立的评估方法以及估计模型进行了验证,结果表明:(1)可信度评估模型能利用试验数据对仿真模型可信度进行有效评估;(2)设计的射击精度评估模型能综合利用仿真信息和样本数据的优势,实现有效估计。     

考虑负载效应的可修表决系统可靠性仿真模型

主要分析可修表决系统的可靠性指标算法。传统的基于元件寿命独立同分布假设的模型无法考虑负载效应因素,而考虑负载效应的解析算法虽然计算精度高速度快,但难以求解任意元件寿命分布和高维数问题,而且主要是针对不可修系统。基于元件加速失效模型和累积暴露模型建立了元件寿命抽样算法,并在此基础上实现了考虑负载效应的可修表决系统蒙特卡罗仿真算法和程序。以柔性输电设备换流阀可靠性计算为例,算法的高效性和结果的正确性得到验证,并且由此得到负载效应对可靠性指标的影响随系统运行时间变化的结论。