CN110647131B - 基于模型的五性一体化分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于模型的五性一体化分析方法，所述五性为：可靠性、维修性、测试性、保障性、安全性，包含以下步骤：步骤一、建立飞机系统或设备的故障模型；其中：故障模型包括系统树、需求模型、规范模型和设计模型；步骤二、建立可靠性维修性保障性RMS数据库；步骤三、以需求模型、系统树和设计模型为输入，以规范模型为指导，调用RMS数据库中的数据完成五性各个工作项目一体化建模分析。本发明确保了五性各个工作项目之间数据调用的准确性和一致性，将各项工作流程和输入输出信息统一整合管理，提高了五性工作效率，更有利于五性设计发挥其在产品研制中的作用。

Description

基于模型的五性一体化分析方法
技术领域
本发明属航空装备质量和可靠性维修性保障性(QRMS)工作领域，具体涉及一种基于模型的可靠性维修性测试性保障性安全性(以下简称五性)一体化分析方法。
背景技术
随着我国航空装备的飞速发展，飞机系统和设备的研制越来越注重全寿命周期的可靠性维修性测试性保障性安全性水平。随着可靠性工程全面发展和五性工程的贯彻实施，航空装备作战效能、机动部署能力有了显著提高，同时维修人力和使用保障成本得到了明显降低，五性工程的作用越来越受到研制方和使用方的认同。
但与此同时，随着飞机系统和设备复杂性的增加以及装备研制周期的紧迫，产品的五性设计往往与产品设计脱节，五性数据的收集也比较分散，可靠性工程、维修性工程和测试性工程容易各行其道，难以整合信息化利用。因此，开展五性一体化设计与分析将有助于五性设计更好的落实到产品软硬件设计中，从而更好的提高飞机系统和设备的可靠性维修性测试性保障性安全性水平，降低全寿命周期维修费用和使用保障成本。
发明内容
本发明的目的在于设计一种基于模型的五性一体化分析方法，运用基于模型的系统工程思想，通过统一建立系统或设备的故障模型，建立数据库将五性各个工作项目的数据共享，设计五性一体化建模流程，确保五性各个工作项目之间数据调用的准确性和一致性，将各项工作流程和输入输出信息统一整合管理，提高了五性工作效率，更有利于五性设计发挥其在产品研制中的作用。
本发明的发明目的通过以下技术方案实现：
一种基于模型的五性一体化分析方法，所述五性为：可靠性、维修性、测试性、保障性、安全性，包含以下步骤：
步骤一、建立飞机系统或设备的故障模型；其中：
故障模型包括系统树、需求模型、规范模型和设计模型；
系统树用于反映系统或设备的物理架构；
需求模型用于分析系统或设备在不同使用场景下的五性要求，并将顶层的五性要求分解成系统或设备的五性设计指标；
设计模型用于对系统或设备的功能进行分析，分析系统或设备对外输出表现有哪些功能；
规范模型用于指导被分析对象开展五性设计时需要遵循的规范；
步骤二、建立可靠性维修性保障性RMS数据库；
步骤三、以需求模型、系统树和设计模型为输入，以规范模型为指导，调用RMS数据库中的数据完成五性各个工作项目一体化建模分析。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
(1)本发明通过建立统一的故障模型，以该故障模型作为系统或设备可靠性、维修性、测试性、保障性和安全性设计分析的基础，确保了五性工作项目之间的协调一致性；
(2)本发明主要通过建立数据库，整合五性工作项目之间的输入输出信息，确保了五性工作项目之间数据的准确性与一致性，提高了各个工作项目的效率；
(3)本发明以飞机系统或设备的实际研发流程为基础，设计五性一体化建模流程，明确五性各个工作项目之间的接口，将各项工作流程和输入输出信息统一整合管理，使得五性各个工作项目连贯可依。
附图说明
图1是本发明基于模型的五性一体化分析方法实施步骤。
图2是本发明中所述的系统或设备故障模型组成。
图3是本发明中所述的RMS数据库组成。
图4是本发明中所述的系统或设备的五性一体化建模分析流程。
图5是本发明中所述的五性一体化建模分析输入输出接口关系图。
图6是本发明中所述的可靠性工作项目之间输入输出接口关系图。
图7是本发明中所述的维修性工作项目之间输入输出接口关系图。
图8是本发明中所述的测试性工作项目之间输入输出接口关系图。
图9是本发明中所述的测试性建模示意图。
图10是本发明中所述的测试性仿真预计结果示意图。
图11是本发明中所述的安全性工作项目之间输入输出接口关系图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明所示的一种基于模型的五性一体化分析方法的流程如图1所示，具体设计步骤如下：
步骤一：建立飞机系统或设备的故障模型
系统或设备的故障模型包括系统树、需求模型、规范模型和设计模型，如图2所示。系统树的构建主要以被分析对象的物理架构为基础，反映系统或设备的名称、型号、类别、数量、接口交联关系(如串联、并联等)、物理层级等信息。需求模型是指结合系统或设备的使用场景，例如无人飞机、舰载机、通用飞机，分析不同场景下的五性设计要求，并将顶层的要求分解成系统或设备的五性设计指标。设计模型是对系统或设备的功能进行分析，分析其对外输出表现有哪些功能。规范模型是指被分析对象开展五性设计时需要遵循哪些标准、设计指南等。
步骤二：建立可靠性维修性保障性(RMS)数据库
建立RMS数据库用于五性各个工作项目之间统一数据调用，RMS数据库包括元器件可靠性预计参数库、元器件和机电件故障模式库、传感器参数库等，如图3所示。在飞机系统或设备的研制过程中，元器件优选是重要环节，尤其是军用飞机型号背景中，建立统一的数据库可以对元器件归口管理，对进口元器件建立风险信息库，实施进口元器件风险控制。元器件可靠性预计参数库包括封装、复杂度、额定值和热阻等；组件失效率库包括基本失效率λb与πE、πQ等一系列π系数、预计公式、环境条件和温度等；机电产品失效率库包括基本失效率、质量等级、使用环境和预计公式等；产品故障模式库包括电子元器件和机电件的典型故障模式、频数比等；传感器参数库包括传感器类型、性能、安装条件等。
步骤三：一体化建模分析流程
一体化建模分析是从系统工程的角度出发，将系统或设备的可靠性维修性测试性保障性安全性工作项目关联起来，明确五性之间的工作接口，一体化建模流程如图4所示。一体化建模分析首先依据步骤一建立的故障模型，完成数据的集中录入至RMS数据库，通过可靠性预计工具完成系统或设备的可靠性失效率预计。
五性工作项目之间输入输出接口关系如图5所示。一体化建模分析以需求模型中的五性要求、系统树和设计模型为输入，以规范模型为指导。在五性一体化建模分析流程中，调用RMS数据库建立FMECA是五性工作的基础与核心。
在图5的一体化建模分析中，各级箭头方向代表前一级是后一级的输入，后一级调用前一级的分析结果数据。具体输入输出接口关系如下：
(1)在可靠性工作项目中，可靠性建模是可靠性分配与预计的基础，而FMECA的危害度分析(CA)则是根据可靠性预计的结果计算的，可靠性工作项目一体化建模分析方法如图6所示，首先依据系统树和设计模型建立可靠性模型，明确串并联关系；其次依据需求模型进行可靠性指标分配；再调用RMS数据库进行元器件级的可靠性预计；最后开展FMECA分析，FMECA通过确定系统或设备的约定层次，分析最低约定层次的故障模式发生的原因、对各层级的影响，分析严酷度等级和故障检测方法，设计改进措施和使用补偿措施，再定量开展危害度分析。FMECA分析中的故障模式和故障原因查询RMS数据库中的故障模式库，危害度分析则以可靠性预计为输入。
(2)在维修性工作项目中，维修性指标分配和维修性预计以可靠性预计结果为输入，修理级别分析以FMECA的分析结果为输入，一体化建模分析方法如图7所示。首先依据系统树和可靠性模型建立维修性模型，选用维修性分配与维修性预计的计算方法，再以可靠性预计的结果作为输入进行维修性分配与维修性预计，最后依据设计模型和FMECA分析的结果开展修理级别分析。
(3)在测试性工作项目中，测试性指标分配以可靠性预计结果为输入，测试性设计以FMECA为输入，具体一体化建模分析方法如图8所示。测试性工作项目的重点是开展测试性、BIT设计，测试性设计主要依据FMECA分析的结果和需求模型进行测试性指标分配，其次建立测试性模型，模型示例如图9，将可靠性预计的结果输入到测试性模型中，再进行测试性指标预计，测试性预计结果如图10所示。
(4)在保障性工作项目中，各项分析工作均需要与维修性相互关联。依据修理级别分析，对各层次修理内容开展使用和维修工作任务分析，汇总出保障所需要的人力、工具和保障时间，针对保障资源开展保障设备需求分析，对于外场是否需要保障设备给出研制需求。
(5)在安全性工作项目中，故障树分析(FTA)以FMECA为输入，具体一体化建模分析方法如图11所示。故障树中顶事件的来源是FMECA中严酷度Ⅰ、Ⅱ类的故障模式，或者是通过功能危险分析(FHA)得到的对安全性影响较大的功能故障模式。FTA以规范模型为指南开展自上而下的分析，再根据需求模型中的安全性要求，若存在定量指标要求则FTA开展定量计算。
以上(1)～(5)为五性的主要工作项目之间输入输出接口关系。一体化建模分析就是基于模型设计五性工作项目之间的输入输出接口，将五性各工作项目连贯开展，可以确保五性各项设计分析工作之间数据调用的准确一致性，将各项工作流程和输入输出信息统一整合管理，提高五性工作的效率，更好的发挥五性设计在产品设计中的作用。

Claims (1)

1.一种基于模型的五性一体化分析方法，所述五性为：可靠性、维修性、测试性、保障性、安全性，其特征在于包含以下步骤：
步骤一、建立飞机系统或设备的故障模型；其中：
故障模型包括系统树、需求模型、规范模型和设计模型；
系统树用于反映系统或设备的物理架构；
需求模型用于分析系统或设备在不同使用场景下的五性要求，并将顶层的五性要求分解成系统或设备的五性设计指标；
设计模型用于对系统或设备的功能进行分析，分析系统或设备对外输出表现有哪些功能；
规范模型用于指导被分析对象开展五性设计时需要遵循的规范；
步骤二、建立可靠性维修性保障性RMS数据库；
步骤三、以需求模型、系统树和设计模型为输入，以规范模型为指导，调用RMS数据库中的数据完成五性各个工作项目一体化建模分析；其中，
RMS数据库包括元器件可靠性预计参数库、元器件和机电件故障模式库、传感器参数库；
可靠性工作项目包含以下步骤：
首先依据系统树和设计模型建立可靠性模型，明确各系统或设备的串并联关系；
其次依据需求模型进行可靠性指标分配；
再调用RMS数据库进行可靠性预计；
最后开展FMECA分析，FMECA通过确定系统或设备的约定层次，分析最低约定层次的故障模式发生的原因、对各层级的影响，分析严酷度等级和故障检测方法，设计改进措施和使用补偿措施，再定量开展危害度分析；
维修性工作项目包含以下步骤：
首先依据系统树和可靠性模型建立维修性模型，选用维修性分配与维修性预计的计算方法；
再以可靠性预计的结果作为输入进行维修性分配与维修性预计；
最后依据设计模型和FMECA分析的结果开展修理级别分析；
测试性工作项目包含以下步骤：
首先依据需求模型和可靠性预计的结果进行测试性指标分配；
其次根据测试性指标分配和FMECA分析的结果建立测试性设计；
再根据测试性设计的结果和设计模型建立测试性模型；
最后进行测试性预计；
保障性工作项目包含以下步骤：
依据修理级别分析的结果，对各层次修理内容开展使用和维修工作任务分析，汇总出保障所需要的保障资源分析，针对保障资源分析开展保障设备需求分析，对于外场是否需要保障设备给出研制需求；
安全性工作项目分析通过故障树分析实现。
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