航天飞行训练模拟器系统分析范文

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《航天医学与医学工程杂志》2014年第三期

1可靠性分析

1．1可靠性分析方法接口系统属于总线型结构，其可靠性分析宜采用故障树分析法(faulttreeanalysis，FTA)。从图1可知，主控模块至关重要，若其发生故障，其他功能模块也必定发生故障，反之则不然。这种逻辑关系具有动态性和相关性，不能简单地用与门，或门，表决门等表达，因此引入一种特殊的门———功能相关门(FDEP，图2a)来表示。FDEP指系统某个部分T(称为激发事件)发生故障，会导致与其相关的其他部分A，B无法进入工作状态或发生故障。激发事件可以是一个基本事件，也可以是一个逻辑门的输出。激发事件发生时，相关事件一定发生。但是相关事件发生时，并不影响激发事件［3-4］。主控模块故障可视为激发事件，其他功能处理模块则为相关事件。两块DC27V电源并联输出，若其中一块电源故障，则其负荷转移到另一块电源上，于是额外增加的负荷将导致另一块电源的故障率上升。这里引入负载相关门(LDEP，图2b)表达。在故障树定量分析中，一般方法也不再适用于具有动态性、相关性的逻辑门，考虑到一般电子产品的可靠性函数服从指数分布，满足马尔科夫(Markov)建模要求。因此最优的策略就是先基于故障树中间事件合理划分动态子树，转换为马尔科夫模型，单独求解状态方程，然后回归FTA整体分析。

1．2建立故障树以接口系统故障为顶事件，演绎分析法建树，确定边界条件为:1)模块内部故障事因不作进一步研究;2)假定部件之间电路连线可靠;3)动态子树划分以部件相关性强，数量小为原则(主要降低模型的繁杂度)。从图3可知，接口系统故障树包含M1～M4四个动态子树，其中M1～M3属于功能相关型，M4属于负载相关型。

夜上海论坛1．3功能相关型建模以M1子树为例进行求解分析，设故障树底事件X1～X4的故障率分别为λ1～λ4，那么图4为M1的马尔科夫模型。S0表示设备均正常，系统可用;障概率P(1200)下降了2．94%，平均无故障时间延长了2266h。可见，在功能相关门中，对激发事件采取冗余设计，可以大幅提高整个系统可靠性。

1．4负载相关型建模给定λ9，λ10分别为电源模块的故障率λ''''9，λ''''10，分别为承接额外负载后的故障率(图6)2．5整体分析设λ5，λ6，λ7，λ8分别代表M3，M4子树的事件故障率，根据部件资料λ5=λ6=4．2×10－5，λ7=2．5×10－5，λ8=2．1×10－5，可得系统工作1200h后，同理可计算出其他子树的故障概率:若系统无冗余设计(即激发事件中仅有主控转以太网模块、M4中仅有DC-1模块)，同样可得系统的P(1200)等于59．1%(M4中=4．6×10－4)，相比之下，在关键点采取冗余措施，系统的故障概率下降了35．66%。相比之下，传统的串并模型仅考虑了冗余部件的共模故障，忽略了部件间内含的功能相关、负载相关等特性，在系统工作1200h后，得出的故障概率少了1．64%，显然新方法可靠性分析结果更可信。

2结论

夜上海论坛引入功能相关门和负载相关门表达非独立部件之间的可靠性关系，使得故障树构建更符合实际。针对动态相关性系统，合理划分动态子树，将其转化为马尔科夫模型，再求解状态方程是一种有效的可靠性分析方法。在模拟器接口系统可靠性分析中，通过与串并联模型对比，运用FTA和马尔可夫模型相结合方法，达到模型简洁、计算结果可信的效果。同样对比可得，在系统可靠性设计中，针对激发事件等关键环节采取冗余设计，可大幅降低系统故障概率。

作者：浣上王素琴晁建刚单位：中国航天员科研训练中心华北电力大学控制与计算机工程学院