[发明专利]一种航天任务安全性可靠性仿真方法及系统

说明书

本发明公开了一种航天任务安全性可靠性仿真方法及系统，在复杂航天任务设计阶段时，首先，利用系统正向设计产生的功能模型，生成每一层故障模式间的横向传递关系；同时，通过对系统开展FMEA和FTA，构建起不同层级间故障模式的纵向传递关系；其次，提取故障传递逻辑中的典型节点，包括串联和并联节点，并进行参数化表示；最后，用参数化的节点连接所有故障模式，生成的故障逻辑仿真模型，并通过蒙特卡洛仿真方法，完成全任务的安全性可靠性量化估计。本发明为基于模型的航天任务安全性可靠性数值仿真提供了一种新的途径，有利于在航天任务设计阶段完成安全性可靠性初步量化分析。

技术领域

本发明涉及航天复杂系统安全性可靠性分析技术领域，具体涉及一种航天任务安全性可靠性仿真方法及系统。

背景技术

复杂航天任务往往经历不同的阶段，在每个阶段都有不同的系统参与，并且系统和任务都有不同的状态。因此，复杂航天任务是典型的多状态多阶段系统。这样的系统在进行安全性可靠性分析时，往往有以下两方面难题需要解决：一是复杂航天任务模型的构建困难，导致故障逻辑的描述不准确；二是某些系统会在不同的阶段都会影响任务的安全性可靠性，因此传统的分析方法并不适用。在解决这种系统的安全性可靠性量化计算的问题上，可以使用的基本方法有很多，包括动态故障树、多值决策图、马尔科夫链、改进的多状态多阶段二元决策图等，上述方法均能得到精确的计算结果。然而，计算结果高度依赖于底层模型的准确性和基础数据的准确性。随着系统复杂程度的增加，计算量和复杂程度也将急剧增加，很难用于大型工程的评估。

基于模型的安全性可靠性分析方法的发展，为复杂航天任务安全性可靠性的量化计算提供了新的思路。在进行SysML系统正向设计的同时，会产生系统的逻辑架构模型，结合对系统故障的分析，便能生成故障传递模型，再结合合适的算法，便能初步开展安全性可靠性的量化评估。目前，基于SysML的安全性可靠性分析方法以定性分析为主，例如将失效模式及影响后果分析(FMEA)方法融入到基于SysML的系统设计之中。定量分析以基于故障树(FTA)的分析方法为主，方法的局限性较大，难以应用于对复杂任务的量化评估。复杂航天任务在设计阶段，并无法得到底层系统的详细模型。在这一阶段开展安全性可靠性初步分析时，并不用使用复杂的计算方法，在开展工程实践时，可以合理地通过对一些方法的简化，快速得到保守的估计结果。因此，有必要基于SysML产生的航天任务设计的模型转换成故障传递逻辑，并设计符合航天任务特点的方法，得到系统设计关于安全性可靠性的数值仿真结果，不但能为系统安全性可靠性设计提供初始基线，也能够尽早指导任务的设计，改进系统的不足。

发明内容

为了解决现有技术所存在的问题，本发明提供一种航天任务安全性可靠性仿真方法，包括：

在复杂航天任务设计阶段时，将所涉及的各系统分解为多个具有逻辑关系的层级并确定各层级对应的故障模式；

以各底层对应的各故障模式发生情况，从各系统中进行数据采样；

以所述数据采样为输入数据，按照预先构建的故障逻辑仿真模型进行多次蒙特卡洛打靶仿真，统计每次仿真后各类后果的出现次数；

基于各类后果的出现次数计算各类后果出现的频率；

其中，所述后果的类型包括：任务正常、任务失败、任务推迟；所述故障逻辑仿真模型以复杂航天任务涉及的各系统中各功能对应的节点所在的各层以及各节点的关系所确定的参数图进行构建。

优选的，所述故障逻辑仿真模型构建包括：

将复杂航天任务涉及的各系统按功能分解为多个层级；

基于故障模式的传递关系建立各层级的故障传递逻辑；所述故障传递逻辑包括故障模式及故障模式间的逻辑关系；

提取故障传递逻辑中涉及的典型故障模式，并对所述典型故障模式进行参数化表示；