航天飞行训练模拟器系统分析范文

《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。

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

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