一种用于空间可修系统可靠性指标的分析方法
【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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。
[0003] 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】
[0004] 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。
[0005] 本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：
[0006] 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：
[0007] 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；
[0008] 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；
[0009] 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；
[0010] 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；
[0011] 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；
[0012] 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。
[0013] 本发明有益效果：
[0014] 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】
[0015] 图1为本发明所提供的方法的流程图；
[0016] 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】
[0017] 下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
[0018] 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：
[0019] S00、定义系统可靠性要求，保障和维修约束。
[0020] 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。
[0021] S01、分析目标系统。
[0022] 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。
[0023] 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。
[0024] 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。
[0025] S03、对使用和保障进行仿真。
[0026] 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。
[0027] S04、数据处理。
[0028] 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。
[0029] S05、计算系统可靠性。
[0030] 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。
[0031] 下面举实施例来进一步说明本发明所提供的方法。
[0032] 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。
[0033] 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。
[0034] 表1维修和保障约束
[0035]
[0036]
[0037] 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。
[0038] 表2产品相关数据
[0039]
[0040] 表3航天员维修能力及保障能力数据
[0041]
[0042] 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。
[0043] 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。
[0044] 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。
【主权项】
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。
【专利摘要】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。
【IPC分类】G05B17/02
【公开号】CN105204371
【申请号】CN201510568411
【发明人】张桅, 李福秋, 李健, 李孝鹏, 刘金燕
【申请人】中国航天标准化研究所
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年9月8日