一种卫星设计过程中各分系统故障率分配方法技术方案

一种卫星设计过程中各分系统故障率分配方法，利用卫星设计参数中的分系统数量、分系统设备数量、设备继承性类别等信息，综合对卫星各分系统在复杂度、继承度、同一平台卫星在轨故障情况、任务时间长短和研制周期长短5个方面进行量化比较，计算出各分系统的分配因子，将用户对卫星总体的可靠性要求合理地分配给各分系统。该方法由航天东方红卫星有限公司机热工程部提出，经过在数个卫星上的初步推广使用，指标分配合理准确，研制过程中指标没有发生较大的二次调整。通过使用该方法，卫星总体对各分系统的可靠性指标要求更复合产品工程研制的实际情况，更利于产品的可靠性改进和保证卫星总体可靠性目标的实现。

【技术实现步骤摘要】
一种卫星设计过程中各分系统故障率分配方法
本专利技术涉及一种卫星设计过程中各分系统故障率分配方法，属于卫星总体设计

技术介绍
可靠性指标是对产品可靠性要求的一个量化表示，可靠性指标分配是系统可靠性设计中的一个重要环节。在航天领域，一般由用户对卫星总体提出整星的可靠性指标要求，卫星总体再将用户的指标进行分解，分配给各个分系统、设备和更底层的产品。目前国内卫星总体的可靠性分配主要是采用相似产品法，一种经验方法，即参考已发射卫星的可靠性分配情况，然后再结合实际情况略作修改。实际的分配过程中，既没有数学模型，也没有标准的计算公式，主观随意性较大。更没有方法对分配的结果进行有效的评估，导致很多卫星型号在研制初期开展的可靠性指标分配不合理、不准确，很多分系统直到初样阶段末期，才发现指标不合适，需要重新修改可靠性指标，进而迫使整星修改分配方案。这时大部分产品都已完成初样设计，再修改指标牵涉产品太多，代价巨大。可靠性分配应与可靠性预计迭代交叉进行，以便能够在指标分配之前粗略了解各产品的可靠性水平，在指标分配之后能预估各产品是否能够在正样阶段达到总体所要求的可靠性指标。但是，在目前的卫星型号工作中，在方案阶段卫星总体进行可靠性分配之前，很少有产品主动开展可靠性预计工作。一般产品都继承以前相似型号的可靠性指标要求，即使产品实际的可靠性水平已经提高了很多，也不愿意提高指标要求。相似产品法反而成为研制单位因循守旧，不愿意提高产品可靠性指标的借口。综上所述，目前国内卫星可靠性指标分配与产品研制脱节较严重，可靠性分配过于主观化，没有成熟的数学模型和计算公式，分配的可靠性指标要求对产品设计的约束力不大，对产品的可靠性增长也基本没有约束力。因此，急需一种适用于卫星总体的可靠性分配方法，来合理分配可靠性指标，促进航天产品可靠性不断增长。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种卫星设计过程中各分系统故障率分配方法，综合考虑了产品复杂度、设备继承性、在轨型号故障情况、任务时间长短和研制周期长短5方面因素，将用户对卫星的可靠性要求从卫星总体合理分配给各分系统。本专利技术的技术解决方案是：一种卫星设计过程中各分系统故障率分配方法，步骤如下：(1)根据卫星设计参数，确定用户对卫星的任务时间要求T整星，任务时间末期可靠度要求R，卫星包含的分系统数量n、每个分系统内包括的设备数量num、每个设备的继承性类别、各分系统的研制周期、整星的研制周期和各分系统的在轨任务时间；根据同一平台已发射卫星的在轨运行情况统计，确定同一平台已在轨卫星中，第i分系统的累计在轨故障次数NFi；所述分系统内设备的继承性类别分为A、B、C、D、E五个类别，E类又分为E-A、E-B、E-C和E-D四类；(2)将用户可靠度要求R按照公式换算成故障率要求(3)计算卫星上各分系统之间相对复杂度因子ci；(4)计算卫星上各分系统的继承度因子mi；(5)计算卫星上各分系统的在轨保证能力因子hi；(6)通过公式计算卫星上各分系统的任务时间因子ti，其中，Ti为第i个分系统的累计工作时间，T整星为整个卫星任务时间；(7)通过公式计算卫星上各分系统的研制周期因子di，其中，Di为各分系统的研制周期，D整星为整星的研制周期；(8)通过公式确定分配给每个分系统的分系统故障率其中，卫星系统故障率为Gi为第i分系统的故障率分配系数，式中：为第i分系统的分配因子，为卫星系统的分配因子，(9)将各分系统的故障率分配值按照公式换算成对各分系统任务时间末期的可靠度要求，Ri为对第i分系统任务时间末期的可靠度要求，Ti为第i个分系统的任务时间。(10)将对各分系统的任务时间末期的可靠度要求Ri通过技术要求或任务书的形式下发给各分系统，作为分系统研制的依据之一。所述步骤(3)中计算卫星上各分系统之间相对复杂度因子ci具体为：通过公式计算各分系统之间相对复杂度因子ci，其中，n为卫星上分系统的数量，Ci为第i个分系统的复杂度，且num为该分系统内部设备数量，Lj为第j个设备的关系线数，关系线是指分系统内的设备与另一设备之间存在功能协作关系，第j个设备的关系线数即为第j个设备与其他设备之间存在的关系线的总数。所述步骤(4)计算卫星上各分系统的继承度因子mi具体为：通过公式计算各分系统的继承度因子mi，其中，n为卫星上分系统的数量，Mi为第i分系统的继承度，且有num为该分系统内部设备数量，Ij为该分系统内第j个设备的继承度，按该设备的继承性类别从表一中取值，表一：所述步骤(5)计算卫星上各分系统的在轨保证能力因子hi具体为：第i个分系统的在轨保证能力因子即为所有同一平台已在轨卫星中第i个分系统在轨故障次数总和与所有同一平台已在轨卫星的各分系统在轨故障总数的比值：式中，n为卫星上分系统的数量，NFi为所有同一平台已在轨卫星中第i分系统在轨故障次数总和。本专利技术与现有技术相比的优点在于：1)在本方法中，综合考虑了各分系统复杂度、继承度、在轨保证能力、任务时间长短和研制周期长短5个方面的因素，这5个方面对各分系统的可靠性影响最显著。越复杂的产品越难以实现高可靠，对其的可靠度要求不宜太高，否则实现的成本巨大；技术继承性差的产品，其可靠性水平也不会太高，也不宜对其提出过高的可靠性要求；同一平台在轨卫星中，故障次数较多的分系统，其可靠性实际水平也不会突然大幅度提高，因此对于在轨故障次数较多的分系统，也不宜提出过高的可靠度要求；产品可靠度是随时间衰减的，任务时间越长的分系统，应该分配给其相对较低的可靠度要求；研制周期较长的分系统，一旦指标达不到要求，需要修改设计，就会严重影响整星进度，因此对其的可靠度要求也不能过高。5个影响因素的提出，初步解决了卫星总体可靠性指标分配与各分系统研制实际情况相脱节的问题。2)采用定量化的计算方法，利用卫星设计参数和同一平台已在轨卫星的故障信息，准确计算出每个因素的分配因子，所有的分配因子均由客观的设计参数和客观统计信息通过统一的公式计算而得，分配计算过程杜绝了主观成分，使得结果更客观可信。针对每个因素的定量化计算方法，解决了以往经验分配方法中存在主观性的问题。而且关于各分系统复杂度的计算方法，可以进一步扩展应用到卫星总体其他的方案决策和分系统比较中。3)本方法中卫星对各分系统的指标分配结果均由卫星设计参数和同一平台已在轨卫星实故障信息通过合理的模型公式计算得到，对各分系统的指标要求充分考虑了其在复杂度、技术不成熟度、在轨保证能力、任务时间长短和研制周期长短5个方面实际情况，以工程实际数据作为依据，基本杜绝了以往经验分配方法中存在的因循守旧，分系统研制单位不愿意提高产品可靠性指标的情况。附图说明图1为本专利技术方法流程图。图2为本专利技术分系统内各设备的关系线示意图。具体实施方式如图1所示，本专利技术提供了一种卫星设计过程中各分系统故障率分配方法，其特征在于步骤如下：(1)根据卫星设计参数，确定用户对卫星的任务时间要求T整星，对任务时间末期的可靠度要求R，卫星包含的分系统数量n、每个分系统内包括的设备数量num、每个设备的继承性类别、各分系统的研制周期、整星的研制周期和各分系统的在轨任务时间；根据同一平台已发射卫星的在轨运行情况统计，确定同一平台已在轨卫星中，第i分系统的累本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种卫星设计过程中各分系统故障率分配方法，其特征在于步骤如下：(1)根据卫星设计参数，确定用户对卫星的任务时间要求T整星，任务时间末期可靠度要求R，卫星包含的分系统数量n、每个分系统内包括的设备数量num、每个设备的继承性类别、各分系统的研制周期、整星的研制周期和各分系统的在轨任务时间；根据同一平台已发射卫星的在轨运行情况统计，确定同一平台已在轨卫星中，各分系统的累计故障次数NFi；所述分系统内设备的继承性类别分为A、B、C、D、E五个类别，E类又分为E‑A、E‑B、E‑C和E‑D四类；(2)将任务时间末期可靠度要求R按照公式换算成卫星系统故障率(3)计算卫星上各分系统之间相对复杂度因子ci；(4)计算卫星上各分系统的继承度因子mi；(5)计算卫星上各分系统的在轨保证能力因子hi；(6)通过公式计算卫星上各分系统的任务时间因子ti，其中，Ti为第i个分系统的任务时间，T整星为整个卫星任务时间；(7)通过公式计算卫星上各分系统的研制周期因子di，其中，Di为各分系统的研制周期，D整星为整星的研制周期；(8)通过公式确定分配给每个分系统的分系统故障率其中，卫星系统故障率为Gi为第i分系统的故障率分配系数，式中：为第i分系统的分配因子，为卫星系统的分配因子，(9)将各分系统的故障率分配值按照公式换算成对各分系统任务时间末期的可靠度要求，Ri为对第i分系统任务时间末期的可靠度要求，Ti为第i个分系统的任务时间。...

【技术特征摘要】
1.一种卫星设计过程中各分系统故障率分配方法，其特征在于步骤如下：(1)根据卫星设计参数，确定用户对卫星的任务时间要求T整星，任务时间末期可靠度要求R，卫星包含的分系统数量n、每个分系统内包括的设备数量num、每个设备的继承性类别、各分系统的研制周期、整星的研制周期和各分系统的在轨任务时间；根据同一平台已发射卫星的在轨运行情况统计，确定同一平台已在轨卫星中，第i分系统的累计在轨故障次数NFi；所述分系统内设备的继承性类别分为A、B、C、D、E五个类别，E类又分为E-A、E-B、E-C和E-D四类；(2)将任务时间末期可靠度要求R按照公式换算成卫星系统故障率(3)计算卫星上各分系统之间相对复杂度因子ci；(4)计算卫星上各分系统的继承度因子mi，具体为：通过公式计算各分系统的继承度因子mi，其中，n为卫星上分系统的数量，Mi为第i分系统的继承度，且有num为该分系统内部设备数量，Ij为该分系统内第j个设备的继承度，按该设备的继承性类别从表一中取值，表一：(5)计算卫星上各分系统的在轨保证能力因子hi；(6)通过公式计算卫星上各分系统的任务时间因子ti，其中，Ti为第i个分系统的任务时间，T整星为整个卫星任务时间；(7)通过公式计算卫星上各分系统的研制周期因子di，其中，Di为各分系统的研制周期，D整星为整星的研制周期；(8)通过公式i＝1,…,n确定分配...

【专利技术属性】
技术研发人员：王世清，王靖，
申请(专利权)人：航天东方红卫星有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11