航天飛行訓練模擬器系統分析范文

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《航天醫學與醫學工程雜志》2014年第三期

1可靠性分析

1．1可靠性分析方法接口系統屬于總線型結構，其可靠性分析宜采用故障樹分析法(faulttreeanalysis，FTA)。從圖1可知，主控模塊至關重要，若其發生故障，其他功能模塊也必定發生故障，反之則不然。這種邏輯關系具有動態性和相關性，不能簡單地用與門，或門，表決門等表達，因此引入一種特殊的門———功能相關門(FDEP，圖2a)來表示。FDEP指系統某個部分T(稱為激發事件)發生故障，會導致與其相關的其他部分A，B無法進入工作狀態或發生故障。激發事件可以是一個基本事件，也可以是一個邏輯門的輸出。激發事件發生時，相關事件一定發生。但是相關事件發生時，并不影響激發事件［3-4］。主控模塊故障可視為激發事件，其他功能處理模塊則為相關事件。兩塊DC27V電源并聯輸出，若其中一塊電源故障，則其負荷轉移到另一塊電源上，于是額外增加的負荷將導致另一塊電源的故障率上升。這里引入負載相關門(LDEP，圖2b)表達。在故障樹定量分析中，一般方法也不再適用于具有動態性、相關性的邏輯門，考慮到一般電子產品的可靠性函數服從指數分布，滿足馬爾科夫(Markov)建模要求。因此最優的策略就是先基于故障樹中間事件合理劃分動態子樹，轉換為馬爾科夫模型，單獨求解狀態方程，然后回歸FTA整體分析。

1．2建立故障樹以接口系統故障為頂事件，演繹分析法建樹，確定邊界條件為:1)模塊內部故障事因不作進一步研究;2)假定部件之間電路連線可靠;3)動態子樹劃分以部件相關性強，數量小為原則(主要降低模型的繁雜度)。從圖3可知，接口系統故障樹包含M1～M4四個動態子樹，其中M1～M3屬于功能相關型，M4屬于負載相關型。

1．3功能相關型建模以M1子樹為例進行求解分析，設故障樹底事件X1～X4的故障率分別為λ1～λ4，那么圖4為M1的馬爾科夫模型。S0表示設備均正常，系統可用;障概率P(1200)下降了2．94%，平均無故障時間延長了2266h。可見，在功能相關門中，對激發事件采取冗余設計，可以大幅提高整個系統可靠性。

1．4負載相關型建模給定λ9，λ10分別為電源模塊的故障率λ''''9，λ''''10，分別為承接額外負載后的故障率(圖6)2．5整體分析設λ5，λ6，λ7，λ8分別代表M3，M4子樹的事件故障率，根據部件資料λ5=λ6=4．2×10－5，λ7=2．5×10－5，λ8=2．1×10－5，可得系統工作1200h后，同理可計算出其他子樹的故障概率:若系統無冗余設計(即激發事件中僅有主控轉以太網模塊、M4中僅有DC-1模塊)，同樣可得系統的P(1200)等于59．1%(M4中=4．6×10－4)，相比之下，在關鍵點采取冗余措施，系統的故障概率下降了35．66%。相比之下，傳統的串并模型僅考慮了冗余部件的共模故障，忽略了部件間內含的功能相關、負載相關等特性，在系統工作1200h后，得出的故障概率少了1．64%，顯然新方法可靠性分析結果更可信。

2結論

引入功能相關門和負載相關門表達非獨立部件之間的可靠性關系，使得故障樹構建更符合實際。針對動態相關性系統，合理劃分動態子樹，將其轉化為馬爾科夫模型，再求解狀態方程是一種有效的可靠性分析方法。在模擬器接口系統可靠性分析中，通過與串并聯模型對比，運用FTA和馬爾可夫模型相結合方法，達到模型簡潔、計算結果可信的效果。同樣對比可得，在系統可靠性設計中，針對激發事件等關鍵環節采取冗余設計，可大幅降低系統故障概率。

作者：浣上王素琴晁建剛單位：中國航天員科研訓練中心華北電力大學控制與計算機工程學院