复杂产品可靠性度量与建模技术研究

论文摘要

作为一种重要的航天设备,可靠性水平对卫星而言是最重要的质量指标。为了控制卫星产品的可靠性,本文以建立合理的可靠性评价模型为主线,总结了反映卫星的可靠性水平的可靠性参数,介绍了卫星系统级可靠性建模的多种方法,并对卫星复杂冗余结构的处理和系统多阶段问题提出了解决方法。首先介绍了可靠性参数的选择。本文通过调研现行的卫星参数标准(GJB1909.4《装备可靠性维修性参数选择和指标确定要求——卫星》),结合卫星设备的实际情况,总结了描述卫星系统的若干指标,找出了现行指标在使用过程中的一些问题,并提出了选择适合指标的思路。卫星系统为了保证高的任务可靠度,应用了许多复杂的冗余结构。本文对卫星系统的典型结构进行了总结,主要包括串并联结构、冷热备份结构、环备份结构等。针对每种结构,研究了其合适的可靠性建模方法和步骤。合适的可靠性建模可以对给定系统的可靠性进行准确的分析和评定,确定系统的可靠性薄弱环节,为改进设计提供依据。动态故障树(DFT)方法能够描述卫星系统的动态性能,建模过程简单,模型结构清晰,因而运用广泛。本文总结了DFT的建模步骤和处理方法。在传统的DFT分析方法中,首先应将DFT进行模块化,得到独立的静态子树和动态子树,其中的静态子树多采用二元决策图(Binary Decision Diagram,简称BDD)求解,而动态子树转化成相应的Markov链进行求解。但是,仍然无法避免状态过多而引起的“状态爆炸”等一系列问题。为了解决这一问题,本文结合一些其他方法进行了DFT的进一步的研究,这些方法包括梯形公式、Petri网、动态贝叶斯网络等。文中举例用心方法进行分析。结果表明,新的处理方法可以摆脱Markov模型的束缚,从而拓宽了DFT的应用范围。最后,针对卫星系统属于多阶段系统的问题,研究了卫星系统多阶段建模的处理方法。多阶段系统建模比单阶段系统要复杂得多。卫星的工作过程每个阶段的可靠性要求和工作状态是不同的。每个阶段需要建立单独的可靠性分析模型,但部件在后阶段开始时的状态与前阶段结束时的状态是相同的。针对这种问题,本文介绍了一种概率等效的模型处理方法,此方法能够有效地解决卫星系统的多阶段建模与计算问题。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 第二章 可靠性指标
• 2.1 可靠性指标的研究意义
• 2.2 参数选择的依据和要求
• 2.3 指标确定的依据和要求
• 2.4 卫星产品可靠性指标及应用情况分析
• 第三章 典型卫星系统建模分析
• 3.1 可靠性建模方法简介
• 3.1.1 可靠性框图
• 3.1.2 故障树
• 3.1.3 马尔可夫方法
• 3.1.4 动态故障树
• 3.1.5 Petri 网
• 3.1.6 蒙特卡罗
• 3.2 串并联关系的可靠性建模
• 3.3 冷热备份的可靠性建模
• 3.4 其他复杂关系的可靠性建模
• 3.5 建模总结
• 第四章 动态故障树建模
• 4.1 DFT 转化为MARKOV 链
• 4.1.1 处理方法
• 4.1.2 实例建模
• 4.1.3 结果分析
• 4.2 DFT 转化为PETRI 网
• 4.2.1 处理方法
• 4.2.2 实例建模
• 4.2.3 结果分析
• 4.3 DFT 转化为贝叶斯网络
• 4.3.1 处理方法
• 4.3.2 实例建模
• 4.3.3 结果分析
• 4.4 DFT 运用梯形公式
• 4.4.1 处理方法
• 4.4.2 总结分析
• 4.5 总结分析
• 第五章 多阶段系统的可靠性建模
• 5.1 卫星系统级可靠性建模
• 5.2 多阶段系统级建模
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文的主要贡献
• 6.2 前景展望
• 附录1
• 附录2
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果