[发明专利]一种基于风险的多阶段任务航天器可靠性改进方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于风险的多阶段任务航天器可靠性改进方法，特别是针对结构复杂、任务阶段众多、具有多种风险特性的航天器可靠性设计改进方法。

背景技术

航天器结构和功能的复杂性，任务过程的多阶段性，导致航天器飞行试验过程存在诸多影响任务成功的风险因素，需要在设计初期进行风险识别和量化评价，根据风险量化分析结果采取针对性的设计改进，以提高飞行器的任务可靠性。

国外针对载人探月飞船、航天飞机等多阶段任务复杂航天器开展了风险量化评价技术研究和应用，取得了显著效果，但对任务过程不同任务阶段的风险特征描述、分析和量化尚不够精细。国内传统针对航天器任务风险的评估工作以定性识别和半定量评价为主，缺乏有效的量化评估方法，难以有效支持工程风险决策，难以有效指导设计方案的优化和可靠性设计改进。针对上述问题，迫切需要一种能够在设计初期准确进行任务风险量化评估，有效识别影响任务可靠性风险因素，从而进行航天器可靠性设计改进的方法。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于风险的多阶段任务航天器可靠性改进方法，该方法首次综合应用FT、DFT及BN方法对任务过程风险特性进行了精细化建模和分析，应用ET对任务风险进行了量化评价，从而为多阶段任务复杂航天器的可靠性设计改进提供技术支撑。

本发明的技术方案是：一种基于风险的多阶段任务航天器可靠性改进方法，步骤如下：

1)根据航天器任务过程及成功判据，确定关键任务阶段和任务后果状态；

2)确定关键任务阶段工作模式和任务时间，获取单机、分系统存在的风险特性，运用应用故障树(FT)、动态故障树(DFT)以及贝叶斯网络(BN)方法建立风险特性模型；所述风险特性包括常规失效、冗余备份失效以及相关失效；

3)获取单机、分系统风险评估数据，根据步骤2)建立的风险特性模型进行解算，得到关键任务失败概率，确定导致关键任务失败的主要风险因素；

4)建立任务过程事件树模型；

5)根据步骤3)获得的关键任务失败概率，得到不同任务后果状态概率；

6)根据步骤5)得到的不同任务后果状态概率，以及步骤3)得到的主要风险因素，制定航天器可靠性设计改进措施。

所述步骤2)中建立风险特性模型的具体方法为：

21)若单机、分系统存在常规失效，采用FT方法进行建模；

22)若单机、分系统存在冗余备份失效，采用DFT方法进行建模；

23)若单机、分系统存在相关失效，采用BN方法进行建模；

24)若单机、分系统存在多种风险特性，综合采用FT、DFT及BN方法进行建模。

步骤24)中综合采用FT、DFT及BN方法进行建模的具体方法为：

31)多种风险特性仅存在于单机层次，根据风险特性类型分别建立单机层次风险特性模型；

32)多种风险特性仅存在于分系统层次，根据风险特性类型分别建立分系统层次风险特性模型；

33)多种风险特性同时存在于单机和分系统层次，首先根据分系统风险特性类型选择相应方法建立分系统风险特性模型，其次针对分系统风险特性模型中存在的单机风险特性类型，在分系统风险特性模型框架下，根据单机风险特性类型选择相应方法建立单机风险特性模型。

所述3)得到关键任务失败概率，确定导致关键任务失败的主要风险因素的具体方法为：

41)获取底事件发生概率数据信息，计算获得FT和DFT顶事件发生概率和底事件概率重要度；选取概率重要度数值最大的两个底事件作为主要风险因素；

42)获取叶节点状态概率数据信息，计算获得根节点状态概率和叶节点灵敏度；选取灵敏度数值最大的两个叶节点作为主要风险因素。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)本发明采用FT、DFT及BN方法对复杂航天器关键任务阶段风险特性进行建模和分析，能够准确描述单机、分系统存在的常规失效、冗余备份失效及相关失效风险特性；

(2)本发明应用获取的风险评估数据计算得到关键任务失败概率的同时，能够确定导致关键任务失败的主要风险因素，明确单机、分系统存在的可靠性薄弱环节；

(3)本发明通过ET对航天器任务后果状态进行建模，能够准确表征飞行器多阶段任务特征，同时通过模型解算得到任务后果状态概率，确定航天器任务过程风险薄弱环节；