CN105204371B - 一种用于空间可修系统可靠性指标的分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于空间可修系统可靠性指标分析方法，能够达到提高对空间可修系统可靠性指标分析精确性的目的。步骤一、定义系统可靠性要求，保障和维修约束；步骤二、对选取的目标系统进行分析并确定该目标系统的组成、功能和任务剖面，对保障计划、保障资源、故障诊断分析能力、在轨维修能力进行分析；步骤三、建立系统可靠性模型、航天员在轨维修能力模型和地面补给能力模型；步骤四、根据系统使用方案和任务剖面，对系统使用和保障进行仿真；步骤五、根据系统各组成设备的数据和仿真得到的寿命数据，进行数据融合，得到可靠性要求计算所需的系统寿命数据；步骤六、根据系统寿命数据，利用统计方法，计算得到系统可靠性指标。

Description

一种用于空间可修系统可靠性指标的分析方法

技术领域

本发明涉及建模与数据分析技术，属于可靠性领域，具体涉及一种用于空间可修系统可靠性指标的分析方法。

背景技术

对于空间系统的可靠性问题，通常不考虑在轨可进行维修，但随着载人航天技术和空间在轨维修技术的发展，传统的定量分析方法不够系统和全面，不能准确地对空间可修系统可靠性进行定量分析，从而导致可靠性指标的精确性较低。

为了符合空间可修系统客观实际的逻辑关系，需要提出一种能够提高对空间可修系统可靠性指标进行分析的精确性的方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于空间可修系统可靠性指标分析方法，能够达到提高对空间可修系统可靠性指标分析精确性的目的。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

该一种用于空间可修系统可靠性指标分析方法,具体包括如下步骤：

步骤一、定义系统可靠性要求，保障和维修约束；所述的可靠性要求包括可靠性指标、时间度量或任务剖面、故障判据；定义保障和维修约束，用于表征补给能力、在轨备件情况和航天员维修能力；

步骤二、对选取的目标系统进行分析并确定该目标系统的组成、功能和任务剖面，对保障计划、保障资源、故障诊断分析能力、在轨维修能力进行分析；

步骤三、根据目标系统的组成、功能和任务剖面，建立系统可靠性模型、航天员在轨维修能力模型和地面补给能力模型，系统可靠性模型包括可修部分和不可修部分，航天在轨维修能力和地面补给能力应根据系统可靠性参数，建立相应的概率模型；

步骤四、根据系统使用方案和任务剖面，对系统使用和保障进行仿真，从系统入轨部署到离轨报废，采用蒙特卡罗方法对系统进行仿真，进行故障抽样，并进行在轨维修能力分析，得到系统寿命数据；

步骤五、根据系统各组成设备的数据和仿真得到的寿命数据，进行数据融合，得到可靠性要求计算所需的系统寿命数据，所述组成设备的数据包括可靠性预计数据、试验数据、相似产品数据、物理模型或仿真模型数据；

步骤六、根据系统寿命数据，利用统计方法，计算得到系统可靠性指标。

本发明有益效果：

本发明所提供的分析方法根据系统可靠性要求，定义保障和维修约束、，并根据系统硬件结构分解，建立相应的可靠性模型、在轨维修能力模型和补给能力模型，并结合统计方法、蒙特卡罗仿真方法得到系统寿命数据，从而能够对空间可修系统可靠性进行分析的目的。

附图说明

图1为本发明所提供的方法的流程图；

图2为本发明具体实施方式中空间站可靠性框图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种用于空间可修系统可靠性指标的分析方法，如图1所示，该方法的具体步骤为：

S00、定义系统可靠性要求，保障和维修约束。

可靠性要求包括可靠性指标、时间度量或任务剖面、故障判据等；定义保障和维修约束，用于表征用户能够提供的补给能力、在轨备件情况和航天员维修能力。

S01、分析目标系统。

对步骤S00中所选取的目标系统进行分析并确定该目标系统的组成、功能和任务剖面。所述任务剖面为在每个任务阶段中，所涉及的目标系统内的组成部分之间相互配合的情况。对系统中各组成产品故障情况下所需的保障资源、故障诊断分析能力、在轨维修能力进行分析。

S02、建立系统可靠性模型、航天员在轨维修能力模型和地面补给能力模型。

根据目标系统的组成、功能和任务剖面，建立系统可靠性模型、航天员在轨维修能力模型和地面补给能力模型，系统可靠性模型包括可修部分和不可修部分，可修部分应包括最小可更换单元，航天在轨维修能力和地面补给能力应根据系统可靠性参数，建立相应的概率模型。

S03、对使用和保障进行仿真。

根据系统使用方案和任务剖面，对系统使用和保障进行仿真，从系统入轨部署到离轨报废，采用蒙特卡罗方法对系统进行仿真，进行故障抽样，并进行在轨维修能力分析，得到系统寿命数据；故障严重程度以及发生频率反映了对维修能力的要求，应尽可能利用比较准确的数据进行抽样。保障仿真主要考虑受空间补给能力限制和保障计划安排，在轨有备件的保障延误时间很短，在轨没有备件的需要地面运输相应物资到空间，保障延误时间很长，基于备件满足率进行保障延误时间的仿真。

S04、数据处理。

根据仿真结果得到系统寿命数据。进行外部数据的采集，所采集的数据包括试验数据、数据库、相似产品数据、物理模型或仿真模型数据。采集到的数据对应于系统的组成设备。

S05、计算系统可靠性。

根据所采集得到的数据，采用统计方法计算得到相应的基本事件在任务阶段中的发生概率。所述统计方法包括二项分布、指数分布、威布尔分布和应力-强度模型等。

下面举实施例来进一步说明本发明所提供的方法。

例如：对于一个轨道空间站系统，任务目标是可搭载6名航天员在轨运行20年，并开展科学试验研究。系统主要由八个系统组成：(1)结构系统；(2)环境控制和生命保障系统；(3)供配电系统；(4)指挥和控制系统；(5)通信系统；(6)灭火系统；(7)逃逸救生系统；(8)科学试验系统。空间站任务由6名航天员不间断地执行，两人专门从事空间站维修工作，其余四人从事科学活动。在轨储备的生活必需品足够维持120天，每隔60天，由运输能力为2吨的货运飞船从地球上为空间站补给生活所需物质。

根据系统可靠性要求，20年任务可靠度不低于0.9。根据系统维修方案和保障方案，维修和保障约束如表1所示。

表1 维修和保障约束

基于系统FMEA和维修性分析，建立空间站可靠性框图，如图2所示，产品可靠性数据、维修性数据和重量如表2所示，并根据航天员训练情况和相似产品使用保障情况，建立航天员维修能力概率和备件保障概率模型，相关数据如表3所示。

表2 产品相关数据

表3 航天员维修能力及保障能力数据

1	航天员完成维修任务成功概率	0.95
			2	备件满足率	0.9

根据系统使用和保障方案，进行故障抽样，定义基本步长，每次判断是否发生故障，以及故障发生后是否有备件进行维修，如果没有备件则等下次补给运输备件，若在等待补给期间备份系统也发生故障，则任务失败。

仿真1000次，得到任务成功次数708，得到任务失败次数292，按照成败型数据，计算得到系统可靠度为0.708。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种用于空间可修系统可靠性指标分析方法,其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、定义系统可靠性要求，保障和维修约束；所述的可靠性要求包括可靠性指标、时间度量或任务剖面、故障判据；定义保障和维修约束，用于表征补给能力、在轨备件情况和航天员维修能力；

步骤二、对选取的目标系统进行分析并确定该目标系统的组成、功能和任务剖面，对保障计划、保障资源、故障诊断分析能力、在轨维修能力进行分析；

步骤三、根据目标系统的组成、功能和任务剖面，建立系统可靠性模型、航天员在轨维修能力模型和地面补给能力模型，系统可靠性模型包括可修部分和不可修部分，航天员在轨维修能力和地面补给能力应根据系统可靠性参数，建立相应的概率模型；

步骤四、根据系统使用方案和任务剖面，对系统使用和保障进行仿真，从系统入轨部署到离轨报废，采用蒙特卡罗方法对系统进行仿真，进行故障抽样，并进行在轨维修能力分析，得到系统寿命数据；

步骤五、根据系统各组成设备的数据和仿真得到的寿命数据，进行数据融合，得到可靠性要求计算所需的系统寿命数据，所述组成设备的数据包括可靠性预计数据、试验数据、相似产品数据、物理模型或仿真模型数据；

步骤六、根据系统寿命数据，利用统计方法，计算得到系统可靠性指标。