本文選題：多階段多任務(wù)系統(tǒng) + 衛(wèi)星系統(tǒng)��； 參考：《電子科技大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：現(xiàn)代復(fù)雜系統(tǒng)具有多功能、多階段、多任務(wù)、多狀態(tài)等特點,隨著對復(fù)雜系統(tǒng)的高可靠和長壽命的性能需求愈發(fā)嚴(yán)苛,機構(gòu)愈發(fā)復(fù)雜化且存在多個階段任務(wù)耦合關(guān)聯(lián)。復(fù)雜相關(guān)性和高度不確定性因素傳播積累影響系統(tǒng)整體性能,對這些系統(tǒng)的可靠性進行描述和定性定量分析越來越困難。傳統(tǒng)的系統(tǒng)可靠性技術(shù)通過對復(fù)雜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能進行簡化,根據(jù)所獲得的近似的簡單系統(tǒng)解決復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性問題,得到的結(jié)果往往與實際情況有較大的出入。因此,根據(jù)復(fù)雜系統(tǒng)的特點,運用系統(tǒng)工程的方法,研究適用于現(xiàn)代復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性建模和分析技術(shù),已經(jīng)成為可靠性工程領(lǐng)域的研究熱點和難點之一。迄今為止,在結(jié)合經(jīng)典概率論的基礎(chǔ)上,針對非動態(tài)特性的系統(tǒng)可靠性分析方法,發(fā)展已日趨成熟。然而,因現(xiàn)代復(fù)雜系統(tǒng)具有的小子樣、部件失效相關(guān)和動態(tài)失效等特性,利用傳統(tǒng)的系統(tǒng)可靠性建模與分析方法往往無法獲得較為準(zhǔn)確的結(jié)果,需要提出高效和精確的算法以提高運算效率和計算精度。同時,在實際工程項目中,因成本、時間、管理和人為因素等多方面的原因?qū)е芦@取復(fù)雜系統(tǒng)失效數(shù)據(jù)方面存在著模糊不確定性,需將可靠性評估方法與優(yōu)化算法進行有效的融合。因此,迫切需要開展考慮復(fù)雜系統(tǒng)在動態(tài)失效相關(guān)性和模糊不確定性方面的可靠性建模與分析方法的研究工作。從可靠性工程角度,針對復(fù)雜系統(tǒng)可靠性建模與分析的復(fù)雜性體現(xiàn)在兩個方面:即系統(tǒng)自身機構(gòu)和多階段任務(wù)耦合關(guān)聯(lián)的復(fù)雜性、待解決的系統(tǒng)復(fù)雜相關(guān)性和高度不確定性因素傳播積累失效問題的復(fù)雜性。系統(tǒng)自身機構(gòu)和多階段任務(wù)耦合關(guān)聯(lián)的復(fù)雜性主要指系統(tǒng)可靠性行為特征描述的困難,比如系統(tǒng)可靠性度量和系統(tǒng)可靠性建模困難。現(xiàn)代復(fù)雜系統(tǒng)通常具有多任務(wù)、多功能以及多階段、多狀態(tài)的特性,而且會遇到可靠性定量特征不明顯、難以量化的問題。在系統(tǒng)可靠性建模方面,相關(guān)失效、共因失效、非單調(diào)性以及冗余、容錯等情形的定性分析,采用經(jīng)典的可靠性模型和算法難以進行準(zhǔn)確的描述和處理。待解決的系統(tǒng)復(fù)雜相關(guān)性和高度不確定性因素傳播積累失效問題的復(fù)雜性主要體現(xiàn)在如何滿足客戶對產(chǎn)品長壽命和高可靠的需求,如何適應(yīng)新技術(shù)\新材料的變化,如何滿足產(chǎn)品快速研制需求以及如何解決小子樣、失效數(shù)據(jù)缺乏情形下的可靠性建模、試驗、分析和評估等問題�；谏鲜鰡栴},本文主要從 多階段任務(wù)系統(tǒng)的可靠性建�！�、 多階段任務(wù)系統(tǒng)的可靠性分析‖和 多階段任務(wù)系統(tǒng)的風(fēng)險分析與評估‖三個方面進行研究。具體地講,利用擴展面向?qū)ο髉etri網(wǎng)模型進行多階段任務(wù)系統(tǒng)可靠性建模與定性分析,該方法在面向?qū)ο缶幊痰幕A(chǔ)上,融合petri網(wǎng)的特點,既能保留petri網(wǎng)描述系統(tǒng)動態(tài)行為的能力,同時也增強了該模型的可重用性、可裁剪性和可求解性,并且降低了模型的形式復(fù)雜性;針對復(fù)雜系統(tǒng)中的機械零部件失效數(shù)據(jù)大多服從威布爾分布的特性,在多階段任務(wù)系統(tǒng)完成狀態(tài)轉(zhuǎn)換的過程中,相繼的狀態(tài)階段會對失效數(shù)據(jù)的分布產(chǎn)生影響,故而采用半馬爾科夫過程對多階段任務(wù)系統(tǒng)進行可靠性的定量計算與分析;利用基于遞歸算法的可靠性組合分析方法對系統(tǒng)存在故障傳播和波及效應(yīng)進行可靠性分析;因模糊不確定性的存在,關(guān)注多失效模式和部件故障對系統(tǒng)影響的定性分析,為全面找出系統(tǒng)風(fēng)險源,基于模糊集理論和相似度量值的混合方法被采用以進行復(fù)雜系統(tǒng)在多階段任務(wù)過程中的風(fēng)險評估和分析。本文主要進行了以下四個方面的研究工作:(1)基于擴展面向?qū)ο髉etri網(wǎng)(eoopn)與半馬爾科夫過程的多階段任務(wù)系統(tǒng)可靠性建模方法及應(yīng)用。現(xiàn)代復(fù)雜系統(tǒng)包括其內(nèi)部子系統(tǒng)往往都被設(shè)計以滿足多階段任務(wù)的需要。傳統(tǒng)的可靠性建模方法在面對諸如衛(wèi)星推進系統(tǒng)之類的復(fù)雜系統(tǒng)時,往往存在缺乏對系統(tǒng)動態(tài)行為的描述能力的問題。本章提出利用eoopn方法與半馬爾科夫過程對復(fù)雜系統(tǒng)進行建模及分析工作。該組合方法適用于對多階段任務(wù)系統(tǒng)進行建模,同時整合了petri網(wǎng)基本理論和面向?qū)ο缶幊趟枷?增強了該建模方法的可重用性、可裁剪性和可求解性。運用該建模方法,網(wǎng)絡(luò)模型的建模維度可以明顯減少,多階段任務(wù)系統(tǒng)、階段或部件層次都能得到很好的描述;并且,利用eoopn方法可以有效的解決空間狀態(tài)爆炸問題。另一方面,針對多階段任務(wù)系統(tǒng)的機械零部件失效數(shù)據(jù)大多服從威布爾分布的特性,采用半馬爾科夫過程在進行多階段任務(wù)系統(tǒng)的可靠性定量分析的工作中更符合實際工程背景。最后應(yīng)用eoopn對衛(wèi)星推進系統(tǒng)進行可靠性建模和定性分析,應(yīng)用半馬爾科夫過程對衛(wèi)星推進系統(tǒng)進行可靠性定量分析與計算。研究結(jié)果表明,所提出的組合建模方法與petri網(wǎng)建模方法及馬爾科夫過程相比,能夠有效地對具有動態(tài)行為的復(fù)雜系統(tǒng)進行可靠性建模及定量評估。(2)基于遞歸算法的多階段多任務(wù)系統(tǒng)可靠性分析方法研究�，F(xiàn)代復(fù)雜系統(tǒng)通常設(shè)計為能滿足多階段任務(wù)的需要。為保證復(fù)雜系統(tǒng)的高可靠性和長壽命,其組件或子系統(tǒng)通常是冗余設(shè)計。這種設(shè)計方法需要解決一個重要的問題,即復(fù)雜系統(tǒng)的冗余部件在考慮多階段任務(wù)和傳播失效的情況下如何有效的進行系統(tǒng)的可靠性分析。傳統(tǒng)系統(tǒng)可靠性分析方法比如二元決策圖(bdd)已經(jīng)很難有效的描述和處理這些問題。本章介紹了一種基于遞歸算法的可靠性分析方法并采用該方法對復(fù)雜系統(tǒng)進行可靠性分析。該方法首先以復(fù)雜系統(tǒng)故障樹進行描述,并結(jié)合生成的部件失效,用向后遞歸算法完成可靠性分析。然后通過對多階段任務(wù)及傳播失效情況下的衛(wèi)星系統(tǒng)進行可靠性分析,并與采用PMS-BDD方法進行可靠性分析得到的結(jié)果進行對比,驗證了遞歸算法的有效性。該方法的主要優(yōu)點是不需要用BDD來完成描述,同時其分析和運算過程可通過編程實現(xiàn)自動化處理。(3)基于模糊集理論和相似度量值的多階段多任務(wù)系統(tǒng)風(fēng)險分析與評估。雖然關(guān)于復(fù)雜系統(tǒng)的單一失效模式的風(fēng)險分析已經(jīng)通過利用失效模式與效果分析(FMEA)中的風(fēng)險優(yōu)先數(shù)(RPN)來完成,但是復(fù)雜系統(tǒng)存在的多失效模式和組件相關(guān)性分析還無法有效的進行分析和評估。因為認(rèn)知不確定性的存在,專家很難在RPN評估中給出準(zhǔn)確的數(shù)值參數(shù)。為克服這些缺陷,一個集成模糊集理論、權(quán)值分析和模糊數(shù)的相似度量值的混合方法被采用以完成對復(fù)雜系統(tǒng)的風(fēng)險評估和分析工作。為全面找出系統(tǒng)風(fēng)險源,本章介紹的混合方法的分析流程包括兩個階段:第一階段重點是利用FMEA和模糊故障樹分析法,找出系統(tǒng)主要潛在失效原因,并通過模糊集理論和權(quán)值分析完成對基本事件的重要度分析;第二階段重點是對系統(tǒng)的多失效模式和組件相關(guān)性失效的分析,本階段主要利用模糊RPN(FRPN)評估方法和相似度量值(SMVM)方法來完成分析工作。最后,應(yīng)用該混合方法完成對衛(wèi)星系統(tǒng)中重要的子系統(tǒng)推進系統(tǒng)的基本事件的風(fēng)險重要度和割集重要度的分析。研究表明,該方法的主要優(yōu)點是在多失效模式的優(yōu)先排序過程中可以不用進行去模糊化工作。(4)某衛(wèi)星姿態(tài)控制軌道分系統(tǒng)的可靠性建模與分析。根據(jù)某衛(wèi)星姿態(tài)控制軌道分系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和任務(wù)描述,針對其多階段任務(wù)的特性,建立了可靠性框圖(Reliability Block Diagram,RBD)。在此基礎(chǔ)上分析了其在過渡軌道至準(zhǔn)同步軌道階段系統(tǒng)部件的組成及工作模式。針對分系統(tǒng)在多階段任務(wù)中的動態(tài)特性,利用EOOPN進行了可靠性建模�？紤]到系統(tǒng)的冗余設(shè)計特點,相同的部件、相同的制造工藝和相同的工作環(huán)境會引發(fā)系統(tǒng)發(fā)生故障傳播和波及效應(yīng),利用向后遞歸算法對其進行了可靠性分析。利用結(jié)構(gòu)化矩陣的概念,應(yīng)用因果矩陣描述了分系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流圖,并基于因果矩陣建立了分系統(tǒng)的FMEA表�；诜窒到y(tǒng)具有的小樣本數(shù)據(jù)的特性,結(jié)合模糊數(shù)據(jù)理論,采用FRPN和SMVM方法對分系統(tǒng)進行了風(fēng)險分析和評估工作。
[Abstract]:The complexity of reliability modeling and analysis of complex systems is more and more difficult . 鏈枃涓昏浠，

本文編號：2048623