[发明专利]基于跨层次建模的故障仿真分析方法

说明书

本发明提供了一种基于跨层次建模的故障仿真分析方法，其包括：在装备使用场景信息基础上，搭建装备级使用场景模型，分析系统装备级至系统级的操作要求，搭建系统级操作模型，结合系统安全性性能要求，明确系统故障判据，通过集成构建系统性能模型，构建关键部位故障机理模型，进行跨层级综合仿真和系统故障仿真分析，观测系统在不同故障机理条件下的失效时间。本发明基于故障机理、系统性能、系统操作失效自下而上的影响关系，分析系统失效时间，更具完整性和准确性，适用范围广，仿真与设计更加贴合，分析结果具有实际的指导意义。

技术领域

本发明属于航空系统安全性建模技术领域，特别是一种基于跨层次建模的故障仿真分析方法。

背景技术

在系统实际使用过程中，装备的使用场景会影响系统性能的操作与执行，同时，不同场景下的故障机理也会发生变化，随着任务执行次数和时间累积，会造成系统输出性能偏差超出安全阈值，给系统安全带来风险。

国内外传统的安全性分析主要面向功能失效进行开展，但其无法解决由性能偏差造成的系统安全性问题。例如针对舰载机着舰偏差大小，着舰过程中包含风、浪在内的环境改变等需要具体参量化的影响因素，以及诸如飞控系统的通道增益改变、机电系统流量变化、磨损造成的油液压力渐变等，基于功能的安全性分析方法无法表征其参量化大小改变与系统输出安全阈值的关系，无法精确分析系统的安全性。同时，传统的基于故障机理的分析方法无法关联装备的使用场景及系统操作，即无法分析装备使用场景变化带来的系统操作变化以及底层元器件失效机理改变对装备任务执行次数累积后的安全隐患等一系列安全性问题。因此，为了解决这些问题，寻求一种基于跨层次建模的系统故障仿真分析方法，基于装备场景驱动系统操作，并与系统性能模型联动，在包含底层元器件不同场景下的故障机理的综合层次化模型基础上，分析底层元器件故障随装备执行任务时间累积造成的系统失效问题是十分迫切且必要的。

发明内容

本发明针对上述现有技术中的缺陷，提出一种基于跨层次建模的故障仿真分析方法。该方法包括在装备使用场景信息基础上，搭建装备级使用场景模型，分析系统装备级至系统级的操作要求，搭建系统级操作模型，结合系统安全性性能要求，明确系统故障判据，通过集成构建系统性能模型，构建关键部位故障机理模型，进行跨层级综合仿真和系统故障仿真分析，观测系统在不同故障机理条件下的失效时间。本发明基于故障机理、系统性能、系统操作失效自下而上的影响关系，分析系统失效时间，更具完整性和准确性，适用范围广，仿真与设计更加贴合，分析结果具有实际的指导意义。

本发明提供一种基于跨层次建模的故障仿真分析方法，其包括以下步骤：

S1、装备级使用场景建模：在装备使用场景信息基础上，搭建装备级使用场景模型，所述装备使用场景信息包括任务信息、环境信息和交联信息；

S2、系统级操作建模：在所述装备级使用场景模型基础上，分析系统装备级至系统级的操作要求及任务、环境和交联信息，并在此基础上搭建系统级操作模型；

S21、构建系统级操作模型元素，所述系统级操作模型元素包括系统级输入指令S_operation、系统使用环境模型S_environment、系统操作阶段和持续时间其中j表示系统在每个任务阶段内的操作阶段且j＝1,2,...,m_mission且m_mission表示操作阶段划分总数，所述系统级输入指令S_operation为：

所述系统使用环境模型S_environment为：

S_environment＝{S_temperature,S_humidity,S_salt,S_other} (5)