[发明专利]多状态多阶段任务系统可靠性参数的分析方法

说明书

技术领域

本发明属于系统可靠性分析算法领域，具体涉及一种多状态多阶段任务系统可靠性参数的分析方法。

背景技术

随着现代系统变得越来越复杂和智能化，系统的运行不再是单一过程，而是包括了多个功能流程的转换，或者在不同阶段通过对单元重组形成新系统的过程，这样的系统称之为多阶段任务系统(phased-mission system,PMS)，多阶段任务系统是指可以根据系统配置、任务成功标准、子系统行为的差异将系统的任务周期分成一系列连续不相交的独立时间段的系统。而这些连续不相交的独立时间段则被定义为阶段。

现在的PMS任务可靠性分析方法大致可分为2类：解析法和仿真法。解析法主要包括基于Markov的方法和基于BDD(Binary Decision Diagrams)的方法。前一种方法基于随机过程的理论进行分析，可能存在状态空间爆炸的问题，限制了其实际应用。后一种方法只适用于不可修的PMS。由于解析法描述和求解能力存在不足，仿真法得到了更多青睐，得到了广泛的应用。按照开发层次，仿真可以分为仿真模型、一次开发仿真程序和二次开发仿真程序。仿真模型是仿真程序的概念模型；一次开发仿真程序较为灵活，工作量较大；二次开发仿真程序工作量较少，但受第三方仿真工具在建模能力方面的限制。

根据很多文献的论述，PMS有两个基本特点：系统功能的实现依赖于时间连续且不重叠的多个任务阶段；任务成败标准具有阶段依赖性。PMS经常被配置到关键应用中，特别是航天和军用装备领域，如巡航导弹系统，防空武器系统及航天测控系统等，这些系统中对于任务可靠性都具有很高的要求。同时，PMS任务可靠性分析对于发现系统薄弱环节、改进设计、合理分配可靠性指标等都具有重要的作用。因此，基于PMS的可靠性建模与分析也逐渐成为研究的热点。

每个任务阶段系统可靠性关系，即任务成败标准是建模重点。但是目前的分析方法主要用BDD、最小路集、最小割集、故障树来描述系统可靠性关系，这种描述方法很难反映单元状态的相关性和多样性，并不适用于冷储备这种状态相关的可靠性逻辑关系，限制了其应用范围。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是提供一种能够描述多阶段任务系统每个阶段的逻辑结构关系的模型以及利用该模型的多状态多阶段任务系统可靠性参数的分析方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种多状态多阶段任务系统可靠性参数的分析方法，具体包括以下步骤：

A、建立多状态多阶段任务系统的AS树模型；

对于多状态多阶段任务系统，由于其行为总是由单元的事件引起的，单元故障或修好事件都会影响到上层关系的状态，并间接影响到兄弟单元的状态，为反映单元状态的相关性和多样性，采用AS树来表示任一任务阶段系统可靠性关系，以表示具有冷储备状态—即待用状态的多状态多阶段任务系统；

所述AS树包括一个根节点、若干叶节点和零个以上阶度的若干非叶节点，其中阶度表示树的第几代，根节点为第一代，阶度为1，根节点用于表示表决关系或者冷储备关系，若干叶节点为最后一代，阶度为大于等于2的自然数，叶节点用于表示单元状态，非叶节点为第一代和最后一代之间的若干代，阶度为大于等于2的自然数，非叶节点用于表示单元状态、表决关系和冷储备关系之一或者其任意组合；

B、根据步骤A建立的多状态多阶段任务系统模型，采用离散事件仿真算法进行仿真，仿真的单元事件包括单元故障、单元修好以及任务开始事件，仿真算法的步骤如下：

第1步：初始化仿真变量，即仿真时钟与统计变量，所述统计变量包括需要初始化的各类输入参数和输出参数，

第2步：初始化事件表，即安排第一个任务阶段开始事件，

第3步：确定下一个事件的类型，发生时间，如果是故障事件和修好事件则确定发生部位，

第4步，判断事件是故障，是修好，还是阶段开始；若是故障事件，则采用故障事件操作；若是修好事件，则采用修好事件操作；若是阶段开始事件，则采用阶段开始事件操作；

第5步，更新系统状态、统计变量，推进仿真时钟，

第6步：重复步骤3到步骤5，直到达到仿真时间，

第7步：记录单次仿真数据，

第8步：重复步骤1到步骤7，直到满足仿真次数要求，

所述输入参数主要包括：

1)仿真次数；2)仿真时间；3)单元数量；4)单元故障分布函数；5)单元维修时间分布函数；6)任务阶段数量；7)每个任务阶段持续时间；8)每阶段任务系统结构，以AS树表示；