大型多階段任務(wù)系統(tǒng)可靠性的模塊化分析方法

1、大型多階段任務(wù)系統(tǒng)可靠性的模塊化分析方法現(xiàn)實(shí)工程應(yīng)用中存在著一些隨時(shí)間改變功能結(jié)構(gòu)或性能參數(shù)的系統(tǒng), 這類系統(tǒng)通常被稱為多階段任務(wù)系統(tǒng)(Phased-MissionSystems,PMS)。隨著工程應(yīng)用朝著大型化、復(fù)雜化的方式演變,PMS也呈現(xiàn)出組成階段多、部件結(jié)構(gòu)繁雜的發(fā)展趨勢 , 這使得現(xiàn)有的模型方法遭遇計(jì)算量爆炸問題。設(shè)計(jì)一套分析大型PMS可靠性的模型方法 , 不僅是系統(tǒng)可靠性領(lǐng)域的研究熱點(diǎn) , 而且對(duì)于我國航天測控資源的合理化配置、測控系統(tǒng)的安全性評(píng)估都有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。為此論文設(shè)計(jì)了三套方法評(píng)估大型可修PMS的可靠性 :(1) 分析廣義可修 PMS可靠性的行為向量方法大型PMS通

2、常包含了大量的可修部件, 這使傳統(tǒng)的 Markov 模型遭遇狀態(tài)爆炸問題。針對(duì)這類 PMS,論文提出了行為向量方法, 主要用于包含大量部件和少量階段的可修 PMS。這種方法將任務(wù)可靠度拆解為具體的系統(tǒng)行為和部件行為, 并通過 Markov 模型計(jì)算部件行為的概率, 是一種新型的可靠性分析方法。相比于傳統(tǒng) Markov 模型 , 該方法考慮的可修部件更多, 適用的 PMS規(guī)模更大。相比于經(jīng)典的模塊化方法, 行為向量方法避免了決策圖節(jié)點(diǎn)排序的最優(yōu)化問題,降低了建模與編程復(fù)雜度; 它還可以直接應(yīng)用于廣義的PMS,適用范圍更加廣泛。(2) 基于行為向量方法的截?cái)嘟撇呗噪m然行為向量方法適用于含大量部件

3、的 PMS,但當(dāng)系統(tǒng)階段增多時(shí) , 行為向量方法將遭遇計(jì)算量爆炸問題。對(duì)此 , 論文在行為向量方法的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了遞減的截?cái)嗖呗?, 通過刪除權(quán)重低的計(jì)算單元來得出 PMS可靠度的近似值。相比于其他經(jīng)典的截?cái)嗖呗?, 論文設(shè)計(jì)的近似算法應(yīng)用了遞減的截?cái)嚅撝?,使截?cái)嗾`差直接控制在預(yù)定參數(shù)下, 避免了經(jīng)典方法中探討誤差的繁瑣步驟。論文設(shè)計(jì)的近似算法不僅拓展了行為向量方法的適用范圍, 同時(shí)保持了行為向量算法簡潔性。實(shí)驗(yàn)證明 , 近似算法可以在 PMS階段增多時(shí)顯著減少行為向量方法的內(nèi)存消耗 , 并降低運(yùn)算耗時(shí) , 是將行為向量方法拓展到更大規(guī)模 PMS的有效手段。 (3) 分析大規(guī)?？尚?PMS可靠

4、性的抽樣方法當(dāng) PMS規(guī)模劇烈增長時(shí) , 文獻(xiàn)中大部分解析方法都將遭遇計(jì)算量爆炸問題。即使采用截?cái)嘟撇呗?, 行為向量方法仍然無法分析包含上千階段的大型PMS。針對(duì)這一問題 , 論文設(shè)計(jì)了類似于離散化策略的抽樣方法, 主要應(yīng)用于含大量階段和大量可修部件的PMS。抽樣方法通過構(gòu)建約簡成功狀態(tài), 將決策圖方法的優(yōu)點(diǎn)和狀態(tài)映射方法的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來 , 同時(shí)避免了 PMS部件增多和階段增多帶來的計(jì)算量指數(shù)級(jí)增長。以大規(guī)模航天測控系統(tǒng)為背景的實(shí)驗(yàn)表明, 抽樣方法可應(yīng)用于包含上千階段的可修PMS,而其他絕大多數(shù)解析方法均不具備這種運(yùn)算能力。此外 , 相比于行為向量方法和其他模塊化方法, 抽樣方法的另一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)在于它能夠分析階段內(nèi)維修的情況, 無需做出不符合工程實(shí)際的假設(shè), 拓展了算法的適用性和應(yīng)用價(jià)值。 此外 , 抽樣方法還提出了 “離散時(shí)間可用度” 的新概念 ,并基于此設(shè)計(jì)了新的系統(tǒng)可靠度評(píng)估方案。這種方案通過離散時(shí)間可用度來描述系統(tǒng)可靠度和系統(tǒng)可用度之間的差別,并逐步加深離散化程度來逐漸逼近可靠