[發(fā)明專利]一種航天任務安全性可靠性仿真方法及系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2022-12-30
• 公開（公告）號: CN115964881A
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發(fā)明（設計）人: 彭祺擘;胡云鵬;張海聯(lián);邢雷;武新峰;倪慶;呂紀遠;黃冉
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航天員科研訓練中心
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/10;G06F119/02
• 代理公司: 北京安博達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

本發(fā)明公開了一種航天任務安全性可靠性仿真方法及系統(tǒng)，在復雜航天任務設計階段時，首先，利用系統(tǒng)正向設計產(chǎn)生的功能模型，生成每一層故障模式間的橫向傳遞關(guān)系；同時，通過對系統(tǒng)開展FMEA和FTA，構(gòu)建起不同層級間故障模式的縱向傳遞關(guān)系；其次，提取故障傳遞邏輯中的典型節(jié)點，包括串聯(lián)和并聯(lián)節(jié)點，并進行參數(shù)化表示；最后，用參數(shù)化的節(jié)點連接所有故障模式，生成的故障邏輯仿真模型，并通過蒙特卡洛仿真方法，完成全任務的安全性可靠性量化估計。本發(fā)明為基于模型的航天任務安全性可靠性數(shù)值仿真提供了一種新的途徑，有利于在航天任務設計階段完成安全性可靠性初步量化分析。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航天復雜系統(tǒng)安全性可靠性分析技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種航天任務安全性可靠性仿真方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

復雜航天任務往往經(jīng)歷不同的階段，在每個階段都有不同的系統(tǒng)參與，并且系統(tǒng)和任務都有不同的狀態(tài)。因此，復雜航天任務是典型的多狀態(tài)多階段系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)在進行安全性可靠性分析時，往往有以下兩方面難題需要解決：一是復雜航天任務模型的構(gòu)建困難，導致故障邏輯的描述不準確；二是某些系統(tǒng)會在不同的階段都會影響任務的安全性可靠性，因此傳統(tǒng)的分析方法并不適用。在解決這種系統(tǒng)的安全性可靠性量化計算的問題上，可以使用的基本方法有很多，包括動態(tài)故障樹、多值決策圖、馬爾科夫鏈、改進的多狀態(tài)多階段二元決策圖等，上述方法均能得到精確的計算結(jié)果。然而，計算結(jié)果高度依賴于底層模型的準確性和基礎數(shù)據(jù)的準確性。隨著系統(tǒng)復雜程度的增加，計算量和復雜程度也將急劇增加，很難用于大型工程的評估。

基于模型的安全性可靠性分析方法的發(fā)展，為復雜航天任務安全性可靠性的量化計算提供了新的思路。在進行SysML系統(tǒng)正向設計的同時，會產(chǎn)生系統(tǒng)的邏輯架構(gòu)模型，結(jié)合對系統(tǒng)故障的分析，便能生成故障傳遞模型，再結(jié)合合適的算法，便能初步開展安全性可靠性的量化評估。目前，基于SysML的安全性可靠性分析方法以定性分析為主，例如將失效模式及影響后果分析(FMEA)方法融入到基于SysML的系統(tǒng)設計之中。定量分析以基于故障樹(FTA)的分析方法為主，方法的局限性較大，難以應用于對復雜任務的量化評估。復雜航天任務在設計階段，并無法得到底層系統(tǒng)的詳細模型。在這一階段開展安全性可靠性初步分析時，并不用使用復雜的計算方法，在開展工程實踐時，可以合理地通過對一些方法的簡化，快速得到保守的估計結(jié)果。因此，有必要基于SysML產(chǎn)生的航天任務設計的模型轉(zhuǎn)換成故障傳遞邏輯，并設計符合航天任務特點的方法，得到系統(tǒng)設計關(guān)于安全性可靠性的數(shù)值仿真結(jié)果，不但能為系統(tǒng)安全性可靠性設計提供初始基線，也能夠盡早指導任務的設計，改進系統(tǒng)的不足。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明提供一種航天任務安全性可靠性仿真方法，包括：

在復雜航天任務設計階段時，將所涉及的各系統(tǒng)分解為多個具有邏輯關(guān)系的層級并確定各層級對應的故障模式；

以各底層對應的各故障模式發(fā)生情況，從各系統(tǒng)中進行數(shù)據(jù)采樣；

以所述數(shù)據(jù)采樣為輸入數(shù)據(jù)，按照預先構(gòu)建的故障邏輯仿真模型進行多次蒙特卡洛打靶仿真，統(tǒng)計每次仿真后各類后果的出現(xiàn)次數(shù)；

基于各類后果的出現(xiàn)次數(shù)計算各類后果出現(xiàn)的頻率；

其中，所述后果的類型包括：任務正常、任務失敗、任務推遲；所述故障邏輯仿真模型以復雜航天任務涉及的各系統(tǒng)中各功能對應的節(jié)點所在的各層以及各節(jié)點的關(guān)系所確定的參數(shù)圖進行構(gòu)建。

優(yōu)選的，所述故障邏輯仿真模型構(gòu)建包括：

將復雜航天任務涉及的各系統(tǒng)按功能分解為多個層級；

基于故障模式的傳遞關(guān)系建立各層級的故障傳遞邏輯；所述故障傳遞邏輯包括故障模式及故障模式間的邏輯關(guān)系；

提取故障傳遞邏輯中涉及的典型故障模式，并對所述典型故障模式進行參數(shù)化表示；