可靠性系统工程的理论与技术框架

简要回顾了可靠性系统工程的形成过程,以产品故障为核心,阐述了可靠性系统工程的概念与定义,把认识产品故障发生规律和故障表现规律作为可靠性系统工程基础理论,把故障预防技术、故障控制技术和故障修复技术作为可靠性系统工程的基础技术,把基础技术的集成作为可靠性系统工程的应用技术,从而初步建立了可靠性系统工程的理论与技术框架,细化了可靠性系统工程的学科内涵。可靠性系统工程作为初现的新学科,虽然尚未达到严格定义与清晰表达的完善状态,但是我们完全有信心期待其作为一种新的方法论,帮助工程设计人员更好地完成工程系统的设计。

以多层次一体化教学助力系统工程思维培养—以电子产品可靠性系列课程为例

在实现关键核心技术自主可控的背景下,为了培养学生的系统工程思维,进而培养创新型、复合型人才,提出了全新的多层次一体化教学模式,即本研一体关联化、理论与实践一体互动式以及线上与线下一体系统化,并梳理了授课内容的关联性,搭建了线上虚拟仿真平台和线下仪器操作实验平台。同时,加强课程思政,并采取多元化的考核形式。实践表明,多层次一体化教学模式不仅提升了课程教学品质,激发了学生的学习热情,而且有利于培养其系统工程思维,帮助其站在全局角度来认识事物,提高其发现问题、提出问题并解决问题的能力。

型号研制中的可靠性系统工程技术规范

对型号技术规范工作进行了概要说明和分析,并指出在型号可靠性系统工程技术规范工作中存在的问题;论述了型号可靠性系统工程技术规范的三维框架、内容和在实际工作中应当注意的问题;最后以某型飞机为例,说明应如何确定可靠性系统工程技术规范的内容和范围。

基于动态贝叶斯网络的多任务剖面混联系统可靠性评估方法

针对混联系统,任务众多和环境复杂多变的特点,进行系统可靠性评估时往往需要考虑不同任务剖面和工作条件。考虑到混联系统的多任务剖面转换时逻辑结构变化,组件数量不同,待工作组件故障的多状态以及故障影响延续等问题,提出了多任务剖面的混联系统可靠性建模与综合评估方法。以含有表决模型的混联电子系统为例,建立多任务剖面可靠性模型,利用动态贝叶斯分析待工作组件的故障状态,从而获得待工作组件故障在任务剖面间的延续性对系统可靠性的影响,同时使用蒙特卡洛方法得到系统中可变参数影响下组件的寿命值。以雷达天线电子系统为例对可靠性模型进行检验,将该模型与不考虑待工作组件故障的模型进行对比,结果表明,考虑待工作组件故障能够更加精确的获知系统可靠性变化趋势,实例验证了该方法对于多任务剖面下混联系统的可靠性评估的有效性。

复杂系统可靠性

随着科学技术的发展,社会技术系统的体系化、网络化、智能化程度逐渐加深,形成系统的复杂性。这些复杂系统的“故障”,诸如交通拥堵、谣言传播、金融崩溃,可以看作是一种“1+1<2”的系统能力负向涌现,难以直接通过系统单元的还原解析来理解,这对原有可靠性理论提出了挑战。现有复杂系统可靠性的研究主要从故障规律展开,从两个角度出发进行,一是考虑故障传播的系统脆弱性研究;二是考虑故障恢复的系统适应性研究。系统脆弱性研究的重点在于挖掘系统崩溃的内在机理,即故障的传播机理。系统适应性研究的重点关注于系统适应恢复能力,包括系统故障恢复机理。在此基础上,本文介绍了相关的可靠性方法研究。

嵌入式软件可靠性仿真测试系统研究

研究嵌入式软件可靠性仿真测试方法和环境 .文中给出了仿真测试系统的体系结构 ,并结合该体系结构对嵌入式软件可靠性仿真测试的软硬件特性 ,软件可靠性仿真测试的方法、测试环境配置、关键技术及其可行的解决方案作了探讨 .特别地 。

复杂系统的可靠性分配和优化

在考虑成本的基础上 ,通过建立一种实用的成本 可靠度函数和非线性规划模型 ,将对组件的可靠性最优分配的问题转化为对非线性规划问题的求解 ,从而为复杂系统可靠性的最优化问题提出了一种新的方法 .对于非线性规划问题 ,为获得具有实际意义的数值解 ,提出了一种具有自适应的改进型遗传算法 ,对非线性规划问题求解 ,解决了更复杂结构系统可靠性分配的优化问题 .

基于性能退化和通用发生函数的在轨空间机构系统多状态可靠性分析

在轨空间机构在服役期间,其性能参数往往会因为耗损性机理(如磨损)发生退化,是具有多性能参数输出的多状态系统。因此,基于"两态性"假设的传统可靠性分析方法并不能准确的分析在轨空间机构的多状态可靠性。针对此问题,提出了性能退化和通用生成函数(Universal generating function,UGF)相结合的系统多状态可靠性分析方法。建立了性能参数分布矢量模型,在此基础上利用UGF建立了多性能参数退化下的在轨空间机构系统多状态可靠性模型。分别给出了已知退化机理模型和未知退化机理模型两种情况下的状态概率计算方法,并提出了多性能参数退化下的系统可靠度分析方法。结合双轴驱动机构系统的实例分析,验证了所提方法的有效性,具有工程应用的指导意义。

以载荷作用次数为寿命指标的失效相关系统可靠性建模

提出以随机载荷作用次数为寿命度量指标框架下的失效相关系统可靠性建模方法。考虑系统中各零部件之间存在的失效相关性,通过引入条件可靠度建立失效相关系统可靠性模型。分别以静强度失效和疲劳失效的可靠性分析为背景,给出强度不退化和强度退化时随机载荷多次作用下的系统可靠度与失效率计算模型,并研究系统可靠度与失效率随载荷作用次数的变化规律。研究表明,即使强度不退化,系统的可靠度和失效率也会随着随机载荷作用次数的增加而逐渐减小,失效率曲线具有浴盆曲线'早期失效期'和'偶然失效期'的特征。强度随载荷作用次数退化时,随着载荷作用次数的增加,系统的可靠度降低较为明显;失效率先减小后增大,具有'浴盆曲线'的特征。所建立的模型可用于指导系统的可靠性设计、可靠性试验和全生命周期管理。

基于T-S模糊故障树的多态系统性能可靠性

T-S模糊故障树是由一系列具有IF-THEN规则的T-S逻辑门构成的故障树,可以解决复杂系统可靠性分析中故障多态、故障机理不明确、底事件失效率难以精确得知的问题。目前该方法主要分析系统中的功能故障问题。实际中,复杂多态系统内部很多故障常常会造成性能降级,出现多性能状态,进而系统在不同的故障状态下具有不同的性能可靠性。通过对T-S模糊故障树所表示的系统赋予性能变量及故障多态下的不同性能值,利用统计学中的期望思想,提出一种分析系统故障多态下的性能可靠性方法,以及已知某一底事件或中间事件在故障状态下分析系统性能可靠性的方法。通过对目前大型飞机上常用的航空电子交互式以太网(Avionics full duplex switched ethernet,AFDX)进行分析建树,利用该方法求解系统在多故障状态下的性能可靠性,进行了实例分析。

基于灰色系统理论的软件可靠性综合评价框架

从系统工程的角度出发,提出一套完整的基于灰色系统理论的软件可靠性综合评价框架.首先,在ISO/IEC 9126软件质量模型的基础上,建立起软件可靠性综合评价体系,并利用灰关联分析方法计算每个度量元与软件可靠性之间的相关程度,由此确定度量元在评价体系中的权重值.在此基础上,提出基于灰色聚类的软件可靠性综合评价方法.初步的实验结果表明,基于灰色系统理论的软件可靠性综合评价框架具有方便实用、全寿命周期评价、数据来源广泛、且可准确反映当前软件可靠性指标水平等优点,适合于软件可靠性工程决策活动.

基于过程质量数据的制造系统可靠性建模分析

针对传统制造系统可靠性评价不考虑加工过程产品质量数据,无法对制造系统可靠性进行及时准确的建模分析,提出了基于过程质量数据的制造系统可靠性建模分析方法.首先,在给出了包含制造产品质量的制造系统可靠性新内涵的基础上,分析了制造过程中关键质量特性检验数据和制造系统组件的退化故障数据等过程质量数据对制造系统可靠性建模的影响,从而明确建模需求.然后,首次提出了基于产品合格概率和制造系统组件退化失效率的制造系统可靠性分析模型.最后,通过某盖板的加工系统的可靠性建模分析验证了模型的有效性.结果表明该模型能够方便地利用制造阶段的质量数据更准确地估计出制造系统可靠性.

利用设备变母体变环境数据的系统可靠性综合评估

提出在系统可靠性综合评估L M法中可以利用设备研制过程中变母体变环境数据。首先论述了设备研制阶段变母体和不变母体情况下,利用设备不同环境数据对设备可靠性进行综合评估,在此基础上,给出了系统评估L M法的结论。实例计算表明,由于用于设备可靠性评估的数据量的增加,评估的准确性大大提高。

基于产品可靠性的工艺系统可靠性模型

以提高产品的可靠性为目的,分析了工艺系统、工艺过程产品输出参数、产品使用性能、产品可靠性四者的关系.在此基础上,提出了基于产品可靠性的工艺系统基本影响关系可靠性模型,介绍了其建模方法.模型考虑了各工序之间的影响,反映了工艺系统与产品可靠性的关系.最终研究了工艺系统可靠度和工序可靠度的定量计算方法,为找出工艺系统的薄弱环节,进行工艺优化进而提高产品的可靠性提供了理论依据.

基于变动统计的复杂系统可靠性综合评估

为了在小样本条件下实现对复杂系统的可靠性评估,研究了复杂系统的环境、功能、状态及演化过程的随机特性,给出了一种基于变动统计的复杂系统可靠性综合评估方法。针对复杂系统的特点,根据变动统计理论,通过引入环境因子、继承因子和增长因子等方法,综合利用复杂系统在研制过程中的不同环境、阶段、层次和对象的试验数据,对复杂系统可靠性进行综合评估。以某战术武器系统为应用对象,结果表明该方法综合利用了武器系统在研制过程中的多种试验数据,扩大了样本量,有效地改善了多指标要求的战术武器系统可靠性评估精度。

堆内构件螺栓辐照促应力腐蚀可靠性评估方法

堆内构件连接螺栓所处工况环境恶劣,以辐照促进应力腐蚀开裂(IASCC)为代表的螺栓断裂失效事件时有发生,为了分析评估堆内构件螺栓的可靠性,提出了一种考虑螺栓IASCC失效的可靠性评估方法。首先,基于断裂力学理论中的应力强度因子准则,分别构建了SCC和IASCC失效的极限状态函数,并利用仿真分析方法求解函数中的最大等效应力。其次,考虑函数中各参数的不确定性,应用一次二阶矩法求解堆内构件连接螺栓的可靠度。最后,以堆内使用数量最多的M16型号螺栓为例进行计算分析。结果表明,断裂韧度与螺栓所受最大等效应力对螺栓可靠性的影响最大,裂纹扩展系数、裂纹扩展指数的影响次之,裂纹初始尺寸对可靠性的影响最小。此种评估方法可用于反应堆结构设计中各类连接螺栓的寿命预测及可靠性评估,也可以辅助确定反应堆结构安全检测周期和检测重点。

指数分布单元共载荷失效串联系统可靠性分析与评估模型

针对单元故障前工作时间服从指数分布的共载荷失效系统,提出了虚拟载荷的概念,建立了基于独立性假设条件的载荷—强度干涉(load-strength interference,LSI)模型与系统可靠性综合模型的概率等价关系,导出了基于单元故障率信息或试验数据的指数分布单元共载荷失效串联系统可靠性分析与评估模型,具体给出2种常用截尾试验情形下系统可靠度与平均故障间隔时间的点估计及置信下限估计公式,并运用Monte-Carlo模拟方法对所建立的共载荷失效模型进行了计算验证。

导弹飞控系统可靠性仿真研究

提出了在几种主要因素影响下进行飞控系统性能和可靠性一体化分析的方法。建立了风、结构误差(包括弹体质量分布不对称、弹体不同轴、翼面安装角误差和舵面机械零位误差)、推力偏心和硬件故障等因素的扰动模型,给出了可靠性仿真的方法、实施步骤、具体算法流程和相关可靠性指标的计算公式。以某型导弹飞控系统作为案例,进行了大量仿真,分析了风等因素对该系统可靠性的影响。通过算例证明,所建立的扰动模型和可靠性分析方法是正确的。

计算机辅助可靠性设计分析系统研究

介绍了以可靠性设计分析工作流程为主线 ,以可靠性数据库为核心 ,全面支持可靠性要求制定 (定性和定量要求 )、可靠性设计分析和可靠性设计分析咨询等工作 ,及与传统专业软件综合应用的计算机辅助可靠性设计分析软件系统。详细论述了该系统的功能和软件结构 ;软件支持的可靠性设计分析功能流程 ;与EDA、热分析等传统专业软件综合应用进行可靠性预计、FMEA等关键技术 ,及软件的特点。

重点区域入侵安防设备系统可靠性建模方法

为了评估重点区域入侵安防系统设备可靠度,首先给出了重点区域安防系统可靠度的定义,以收集到的安防设备故障信息为基础,对这些数据进行指数分布检验与估计,得出安防设备的故障分布。然后对重点区域中各子区域以及安防系统中各类设备的具体功能进行分析,描述了区域及设备功能间的备份关系以及区域间、区域与设备间的可靠性关系,建立重点区域安防系统、子区域与设备的可靠性框图模型,运用混联可靠性框图计算方法得出重点区域安防系统可靠度。最后进行了实例验证,表明该模型可方便计算重点区域入侵安防系统的可靠度,验证了模型的有效性。