任务系统的功能逻辑架构及可靠性分析

【摘要】：在认识和改造世界的过程中,人们常常要面对组成结构复杂的各类任务系统,对任务系统进行有效的建模和可靠性的分析评估就显得十分重要。而对于复杂任务系统的可靠性评估,在无法进行大量系统级可靠性试验的现实基础上,如何利用任务系统中各功能单元的有限试验数据对可靠性进行有效的评估是一个值得研究的问题。目前来说,系统可靠性模型的架构有组合模型、状态空间等方式,其中由可靠性框图、故障树及二元决策图为主的组合模型法在静态任务系统的可靠性分析中比较常用。本文在对上述三种建模方式进行了分析后,设计一种基于功能逻辑树的任务系统模型分析及可靠性评估方法。首先,研究任务系统的工作机理并对典型系统结构进行分解,为提出新模型打下基础。在对任务系统的工作机理进行研究后,根据系统模型的定义和特征对可靠性这一概念进行数学描述。基于可靠性框图、故障树及二元决策图在内的三种常用组合模型法,提出一种基于功能逻辑树架构的系统模型对任务系统进行功能描述。其次,从基本定义、结构还有构建方式等方面对功能逻辑树进行详细设计,利用结构函数表示、邻接及关联矩阵表示对功能逻辑树进行数学描述,并通过割集法对任务系统模型进行定性描述,利用多种特征量对其进行定量分析,为任务系统的可靠性结合分析打下基础。再次,对于现实系统,引入多态任务系统的问题描述,设计多态功能逻辑树模型。通过按类别对串联子系统、并联子系统以及k/n子系统的模型分别研究,设计出不同连接方式下功能逻辑树描述的逻辑关系向贝叶斯网络节点的映射表达转化,建立了基于功能逻辑架构的多态任务系统可靠性模型。最后,以船舶返航任务系统为例,实现对该任务功能逻辑树的架构,并利用最小割集对系统进行定性分析,而后对任务系统的功能逻辑树自动生成方式进行设计,利用功能逻辑树的深度优先遍历先序算法,从数据输入、预置树形结构的典型模块、确定各模块单元的位置到进行定性和定量分析,为系统的功能逻辑树计算机辅助分析提供了方法支持。