复杂系统可靠度综合计算平台的设计实现
贺勇军(国防科技大学航天与材料工程学院,湖南长沙410073)
摘 要:鉴于复杂大系统可靠度综合计算面临诸多困难,分析了其复杂性特征,提出了一种一体化建模方法———复合逻辑树模型(Composite Logic Tree Model ,简称CLTM) 及其递归调度综合算法,并采用面向对象的思想和技术,设计实现了可视化的系统可靠度CLTM 综合建模与计算软件平台。介绍了软件的总体框架及其功能,并通过实例阐明了相应的系统可靠度综合分析方法。
关键词:可靠性;复合逻辑树模型;递归算法;可视化建模;软件
中图分类号:TP311 文献标识码:A
引言
复杂大系统由众多实体组成且实体间存在错综复杂的耦合关系,通常需完成多目标、多功能和多阶段的任务。无论是固有可靠性分析还是任务可靠性分析,都需要处理由寿命分布类型的多样性和逻辑结构的复杂性所带来的问题。特别是在任务可靠性模型中,还存在单元共用相关性和时段延续相关性等问题。其可靠性分析任务的难度和工作量相当大。因此,设计统一的模型框架及算法,并在此基础上构造实用的计算机辅助可靠性综合计算分析平台,具有十分重要的意义。
国外在可靠性软件研发方面的工作开展较早。
20 世纪70 年代初,美国NASA 和军方就已着手开发用于可靠性分析的应用软件,目前已形成了系列化的产品并得到了广泛的应用[1 ] 。但由于可靠性工作中所依据的主要标准、方法及数据分类等都与国内不尽相同,这些软件并不完全适合我们使用。近年来,国内计算机辅助可靠性分析工作已有较大的发展,研制了一些针对具体问题而编制的程序或软件包[2 ,3 ] ,但还没有很好的算法及其软件平台来有效地解决上述问题。
为此,我们分析了复杂大系统可靠度模型及其算法的特点,提出了一种面向可靠度综合建模与求解的复合逻辑树模型(Composite Logic Tree Model ,简称CLTM) 及其一体化的递归调度综合算法,并采用面向对象的方法和技术,设计开发了可靠度综合建模与计算软件平台,实现了系统CLTM的可视化动态交互建模及可靠度的自动综合计算分析。
1 复杂大系统可靠度模型及其综合计算特点分析
1. 1 模型复杂性
复杂大系统可靠性模型的复杂性,主要体现在以下几个方面:
1) 系统规模庞大,通常由多级子系统构成,各级子系统又包含众多的基本设备单元,且各单元的寿命分布类型各异,如指数分布、二项式型、等等。
2) 系统整体逻辑结构复杂,由基本设备单元按照多种逻辑关系而构成,典型的如串联、并联、串并
混联以及网络结构等,并往往呈现多类结构相互嵌套状态。
3) 相关性的存在。复杂大系统在不同的任务阶段,一般由不同的子系统、功能单元来组合完成,因此其可靠性逻辑结构也会随着任务时间段的改变而变化,造成功能模块间的相关性问题。这种相关性主要表现在两个方面,一是单元共用相关性,即同一任务时段内,部分单元在不同功能模块中共用,表现为相应方框在可靠性框图中重复出现;另一种是时段延续相关性,即对于多阶段任务,各单元由于开始
参与工作的时刻不同、工作时间长短不同以及连续或断续出现在各任务阶段中,呈现出不同时段间的
相关性,表现为部分单元重复出现在可靠性框图中不同时段的模块内。
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4 结束语
CLTM建模思想及递归算法体现了“量体裁衣,分而治之”的构想,模型描述简洁,算法运行高效。所设计的软件实现了可视化动态交互的CLTM 建模机制,计算精确可靠,易用性和通用性强,已成功应用于某大型航天系统的可靠性分析任务中。
