基于模型的载人登月全寿命周期故障管理方法

故障管理是管控复杂系统风险的重要途径,需要在系统研制、应用各个阶段开展相应的工作。随着基于模型的系统工程(MBSE)在航天领域的应用,也必须将基于模型的故障管理纳入到系统发展的全寿命周期之中。以载人登月任务为背景,结合MBSE方法论和传统的故障管理方法,从技术层面提出了贯穿于载人登月任务全寿命周期的任务级故障管理方法,包括基于模型的故障管理概念设计、架构设计、需求分析与捕获、需求验证与确认、故障评估与分析、操作和维护。并详述了在MBSE背景下上述内容的实现方式。最后从载人登月任务层的视角,给出了全寿命周期下基于模型的故障管理过程,为未来载人登月任务的故障管理提供了一套可行的实施框架。

模型假设对基于模型的森林蓄积量估算的影响

【目的】1)评估模型的线性和非线性形式、模型残差假设对推断不确定性的效应;2)比较2种总体均值的方差估计方法(自助法和解析法);3)评估多种因素对推断不确定性的效应,构建基于遥感模型的统计推断经验法则用于指导实践。【方法】应用基于模型的统计推断方法,以森林蓄积量估算为例,基于非洲稀树草原的薪材材积实测样地数据和Landsat 8遥感辅助数据,使用二阶抽样从总体中选择160块样地形成样本,在不同模型假设下进行总体参数推断,量化分析参数模型假设对估计量不确定性的效应,并辅以置信椭圆等诊断方法确保分析的有效性。【结果】1)不同模型假设下的总体均值估计值μ_(mb)为7.159~7.331 m^(3)·hm^(-2),解析方差估计值Var(μ_(mb))为0.147~0.221,抽样精度为93.59%~96.64%,总体均值的经验方差估计值Var(μ_(mb))为0.143~0.237。模型假设会影响模型参数估计,进而影响推断精度Var(μ_(mb))。自助法是检验总体参数解析估计量无偏性的有效方法。2)基于设计的统计推断方法得出的总体均值估计值μ_(db)为6.774 m^(3)·hm^(-2),其方差估计值Var(μ_(db))为0.965,抽样精度为85.50%。既定条件下,相比基于设计的统计推断,基于模型的统计推断能够有效将推断精度提升77.10%~84.77%,对抽样精度的提升为9.46%~13.03%。【结论】基于模型的统计推断在小样本推断中具有更高的推断精度和抽样精度,有助于实现高精度、低样本量、短周期的森林资源调查目标,但建模过程中的不确定性会影响推断精度,其中残差变异性对推断不确定性的影响最大。忽略方差异性和空间自相关效应在同方差假设下进行总体参数推断,会低估Var(μ_(mb)),在考虑方差异性的同时应进一步检验空间自相关性并使用相应的权函数和自相关函数模拟残差变异性。

基于模型的非凸聚类算法

由于数据可能分布在非规则的流形上,其中潜在的簇往往呈现非凸的形状和结构,针对这类数据的聚类问题被统称为非凸聚类。现有的主流非凸聚类方法包括基于原始空间的方法和基于空间变换的方法,均忽略了非凸数据模式的显式描述。提出一种描述性模型用于非凸聚类。首先,基于核密度方法定义了一种具有混合形式的特征加权核密度模型,其无需事先假定任何概率分布模型且不限制簇的形状,这是传统基于模型的聚类方法无法实现的。其次,基于提出的模型推导了聚类目标函数,并基于期望最大化算法提出一种求解密度函数局部区域密度极大值的优化算法,那些上升到密度函数相同密度极大值的样本点被划分为同一个簇。最后,定义了一种基于模型的非凸聚类算法。算法不需人为定义簇的数量,并且能够为每个簇分配一个显式的概率密度函数,有助于更稳健和更准确地表征集群。除此之外,算法不仅在优化过程中进行自适应带宽选择,而且在优化过程中赋予了样本空间特征权重,实现了嵌入式特征选择。

基于模型的系统工程统一架构建模语言的标准体系构建

标准化是基于模型的系统工程的基础,随着多架构建模语言已经被应用于多领域、全周期、多层级的架构建模,多架构建模语言的标准化体系也逐渐受到重视。基于国家标准计划《系统与软件工程基于模型的系统工程统一架构建模语言》,提出架构建模语言的标准规范框架,重点阐述两种核心语言规范、支撑规范及领域规范。最后,提出标准的未来发展路径,进而推动多架构建模语言、工具及方法论的标准化进程。

基于模型的船舶协同研制模式研究

为了改进传统船舶研制模式下,设计方和建造方间由于图纸翻模导致的技术状态难以控制、变更和返工问题,提出基于模型的船舶协同研制模式。该模式通过构建一个基于模型的研制环境,对设计方和建造方之间的数字化研制标准体系、模型库和工具集进行统一,运用数字化手段将项目管理、质量审查和工程变更流程固化到基于模型的协同平台,并形成基于单一数据源的在线协同设计能力。结果表明:基于模型的船舶协同研制模式从标准化、精细化、流程化等3个方面系统性地提升了船舶研制质量,支撑船舶研制由传统研制模式向基于模型的数字化研制模式转型。

基于模型的民机运营阶段失效评估方法研究

基于模型的安全性分析(model-based safety analysis,简称MBSA)方法自提出至今,已经日益成熟,更适用于复杂的民机系统。在当前研究和ARP4761A草案的基础上,运用MBSA方法开展民机在运营阶段的失效评估方法研究,其相较传统方法,将运营数据、功能失效和设备故障集合进同一个模型中,更便于开展运行失效评估。首先,定义运行失效评估模型基本元素,梳理模型构建流程,基于Simulink建立包含失效模块的设备级、系统级和飞机级模型。之后,选择某型号飞机外部照明子系统构建模型,利用某机队运营阶段的运行数据开展算例分析。结果表明,基于模型的失效评估与故障树计算结果误差在可接受范围内,同时开展失效模式与影响分析(failure mode and effect analysis,简称FMEA),利用运行数据计算和仿真得到丧失着陆照明功能危险的发生概率,30次仿真结果表明基于运行数据的发生概率在设计值附近波动,整体略大于设计值,但仍满足安全性要求。

基于模型的显示头部高安全架构设计和评估

本文首先介绍了长风公司民机团队在系统架构设计与安全性评估方面存在的主要问题,随后针对问题提出了“基于模型的民机显示头部高安全性设计与评估”的方法,接着介绍了显示头部安全性设计与评估过程实践,主要内容包括:显示头部概述、安全性需求概述、功能建模、系统功能危害评估、FDAL和IDAL评估、物理建模、架构权衡、FMEA分析、单粒子影响分析、FTA分析、安全性需求验证矩阵等。

基于模型的小型核电源全周期数据管理平台研究

当前小型核电源研发过程中面临数据贯通和协同需求迫切、全周期模型数据连续性管理能力不足以及数字孪生、人工智能等新一代数字化技术融合应用不充分等问题,传统线性的、以文档为中心的研发模式正在向动态的、以模型数据为中心的数字化生态系统转变。借鉴航天航空经验,提出了小型核电源全周期数字化模型体系,定义了需求模型、功能模型、系统布置模型及系统性能模型、设备模型及三维仿真模型、制造模型、孪生模型6类模型,阐述了基于模型的全周期数据管理平台总体架构和功能架构,为构建覆盖小型核电源全周期业务的模型数据管理平台,保障数据可追溯,落地数字主线奠定了基础。

基于模型的系统工程发展现状及实践维度

传统系统工程在应对复杂系统时所暴露的数据不一致性、可追溯性不足等弊端,促使人们不断探索新的工程范式。20世纪以来,基于模型的系统工程(MBSE)作为一种全新的系统工程方法,逐渐受到学术界和工业界的广泛关注。MBSE的核心思想是通过数学模型和图形符号对系统进行统一描述和分析,实现从“文档为主”到“模型为主”的转变,从而达到可追溯、可测试、可验证的目的。本文从时间、逻辑、知识和组织4个维度对MBSE的实践过程进行分析和探讨,以期为更好地应用MBSE于实际工程项目中提供参考。

基于模型的载人航天工程需求分析方法

基于模型的系统工程(model-based systems engineering,MBSE)能够提升复杂工程的总体设计能力和设计效率,在工程领域得到了广泛应用,但在载人航天工程领域尚处于起步阶段。在载人航天任务方案论证与方案设计阶段,为了规范基于模型的需求分析与系统设计工作,提出了任务需求分析的初步工作方法和流程。基于MBSE方法论和载人航天工程特点,提出了开展任务需求分析、能力需求分析、系统架构设计、系统需求分析、仿真验证、需求发布6个步骤,并以美国阿尔特弥斯计划为案例,详述了需求分析的流程。为后续开发覆盖载人航天全任务周期的数字化设计和技术管理流程奠定了基础。

基于模型的人力资源管理系统工程:以某企业为例

针对企业面临的人力资源管理术语定义、职业发展通道系统建设、人才队伍结构优化等管理需求,提出了一种基于模型的企业人力资源管理方法,提升了人力资源管理队伍的分析能力、协同效率和人才队伍建设质量,并进一步选取了典型的应用场景,用基于本体语言的建模工具和较为多样化的建模方法,建立一组人力资源管理领域的实用模型.以某研究院的实践为案例,验证了基于模型的人力资源管理系统工程的相关技术.研究结果表明,基于模型的系统工程方法在人力资源管理领域具有良好的适用性,能够有效指导相关的人力资源管理实践.

低剂量冠状动脉CT结合基于模型的高级迭代重建技术在PCI术后复查中的应用

目的:探究低剂量冠状动脉CT结合基于模型的高级迭代重建技术(ADMIRE)在经皮冠状动脉介入术(PCI)术后复查中的应用。方法:选取2020年1月-2022年12月在南京医科大学无锡医学中心进行PCI术后复查的患者86例(共90枚支架)为研究对象,所有患者均进行低剂量冠状动脉CT扫描,扫描后的数据分别采用基于模型的高级迭代重建技术、滤波反投影算法、混合迭代算法进行处理,比较三种重建方法图像质量。结果:ADMIRE重建的图像噪声、管腔边缘锐利度、伪影以及图像整体质量评分均显著高于滤波反投影算法和混合迭代算法(P <0.01);ADMIRE处理后的左冠脉前降支远段CT值、对比噪声比(CNR)及信噪比(SNR)显著高于滤波反投影算法和混合迭代算法,图像噪声值显著低于滤波反投影算法和混合迭代算法(P <0.01);ADMIRE处理后的图像的支架可见内径显著大于混合迭代算法,支架管腔衰减率(SAIR)显著小于滤波反投影算法和混合迭代算法(P <0.01)。结论:低剂量冠状动脉CT结合ADMIRE在PCI术后复查中具有良好效果,能够获得高质量图像,满足临床诊断要求。

基于模型的强化学习中可学习的样本加权机制

基于模型的强化学习方法利用已收集的样本对环境进行建模并使用构建的环境模型生成虚拟样本以辅助训练,因而有望提高样本效率.但由于训练样本不足等问题,构建的环境模型往往是不精确的,其生成的样本也会因携带的预测误差而对训练过程产生干扰.针对这一问题,提出了一种可学习的样本加权机制,通过对生成样本重加权以减少它们对训练过程的负面影响.该影响的量化方法为,先使用待评估样本更新价值和策略网络,再在真实样本上计算更新前后的损失值,使用损失值的变化量来衡量待评估样本对训练过程的影响.实验结果表明,按照该加权机制设计的强化学习算法在多个任务上均优于现有的基于模型和无模型的算法.

基于模型的零信任网络安全架构

为了设计信息物理系统中的安全架构,遵循基于模型的系统工程(Model-Based Systems Engineering,MBSE)的方法学,提出了一种基于模型的零信任网络安全架构.网络安全架构的总体策略采用纵深防御,系统划分不同安全域并采取不同的保护措施,在此基础上,零信任(Zero Trust)对纵深防御策略进行强化,采用微网段方法实施细粒度的安全域,采用基于属性的访问控制方法实施细粒度的访问控制.将基于模型的零信任网络安全架构应用到边界安全域,开发了基于系统建模语言(System Modeling Language,SysML)的模型.基于模型的零信任网络安全架构具有流程可迭代、需求可追溯、安全域细粒度、访问控制动态性的特点.

基于模型诊断的一种新编码方法

基于模型诊断(model-based diagnosis,MBD)是人工智能诊断领域中著名的诊断求解方法之一,旨在识别诊断问题的根本原因.由于求解诊断解在计算上具有挑战性,一些MBD算法提出通过修改模型的编码来提高诊断效率,如面向统治者的编码(dominator-oriented encoding,DOE)方法.面向观察的编码(observation-oriented encoding,OOE)方法使用2种方法对MBD模型进行约简.首先,利用系统观测和统治组件输出的一些过滤边来约简系统描述和观测.其次,通过查找基于观测的过滤节点来过滤更多的组件,进而有效约简组件的编码规模.此外,在ISCAS85和ITC99基准测试用例上的实验结果表明,与目前最新的MBD编码方法DOE和传统的基础编码(basic encoding,BE)相比,上述2种约简方法有效减少了MBD实例的编码子句数量比,降低MaxSAT求解器求解诊断的难度,进而能在更短的时间内返回一个诊断解.

基于模型的气象数据管理系统设计

气象数据对装备研制至关重要,通常需要大气不同高度层的风速、空气密度、虚温等气象数据来辅助弹道设计和仿真。针对目前气象数据管理难,应用难的问题,提出了基于模型的气象数据管理系统设计方法,设计并开发了气象数据管理系统,实现了气象数据录入、气象数据检索以及气象数据分析三大功能,能够按时间筛选各观测点的气象数据,并能够对观测点不同高度层的平均气压、平均虚温和最大风力进行统计分析,提高了气象数据的管理和应用效率,有力支撑了装备的研制。

基于模型测试方法在模拟器客观评估中的应用

逼真度反映飞行模拟器与真实飞机特性的一致性程度。客观评估是一种通过模拟器与系统实际行为的测试比较来评估逼真度的工程方法。飞行模拟器分为工程模拟器和训练模拟器。用于飞行训练的训练模拟器构型很少变化,其测试用例由适航标准指导,而用于设计验证的工程模拟器,根据飞机研制进展经常需要升级或更改,其测试用例也会随之变化。在当今民用飞机技术日趋复杂的背景下,亟需高效方法开展这一类型模拟器的逼真度客观评估测试。在实验框架和系统实体结构和模型库框架的基础上,提出了一种基于模型测试的方法,在工程模拟器的客观评估的应用中,该方法可以实现测试用例的自动生成和执行,工作效率提升,流程具备灵活性和适应性,有助于在研飞机的定型或取证。

基于模型的数据链开放式体系架构框架设计

数据链系统是长期发展和复杂的战术信息系统,其体系架构研究与设计是数据链发挥效能的基础。首先,调研了目前开放式系统体系架构设计的基本方法与模式,为数据链体系架构设计提供了方法论工具;然后,采用基于模型和开放式系统的思路,设计了一种三维度的数据链体系开放式体系架构框架;接着,在该框架约束下,规范了数据链体系级、系统级和装备级的基本架构成果形式;最后,明确了该框架下的架构传递及其验证方法。

一种新型高精度半显式基于模型的积分算法

提出了一种新型高精度基于模型的积分算法,该算法采用了半显式Chang算法的速度、位移表达式,但是具有不同的积分参数。采用离散控制理论中“零极点匹配”和二阶Pade近似推导出新算法的积分参数。对算法的精度、稳定性、周期延长和振幅衰减等数值特性进行分析。与Newmark族积分算法和两种典型的基于模型的积分算法相比,新算法具备四阶精度,并且有非常小的周期误差。最后,通过三个数值算例验证了新算法的高精度特性。

一族基于模型的积分算法在负刚度时的数值稳定性

在正刚度条件下,基于模型的积分算法兼具无条件稳定和显式的特性。为了研究基于模型的积分算法在负刚度条件下的数值稳定性,对一族新近提出来的GCR(generalized Chen-Ricles,GCR)算法进行分析。首先,推导出GCR族算法在负刚度条件下的稳定性准则,得到满足无条件稳定的参数取值范围。其次,通过分析积分参数、阻尼比及时间步长对GCR族算法数值稳定性的影响规律,验证推导的稳定性准则。再次,对多自由度体系负刚度条件下隐式算法和GCR族算法的数值稳定性进行分析和对比,并提出适用于正负刚度条件下GCR族算法的分析流程和策略。最后,通过2个典型算例验证了所提策略,表明GCR算法在正负刚度条件下可以同时满足稳定。