多状态多阶段任务系统可靠性参数的分析方法技术方案

本发明专利技术公开了一种多状态多任务系统可靠性参数的分析方法。该方法利用AS树描述多阶段任务系统每个阶段的逻辑结构关系，依据离散事件仿真思想，给出了多状态多阶段任务系统的仿真算法，该仿真算法可以对多状态PMS系统可靠性等多种参数进行计算，且所需输入参数较少，编程实现简单，该仿真算法可以很好地描述多阶段任务系统复杂行为，可以获得多种了解系统运行规律的可靠性参数，具有很强的通用性与实用性。

【技术实现步骤摘要】
多状态多阶段任务系统可靠性参数的分析方法
本专利技术属于系统可靠性分析算法领域，具体涉及一种多状态多阶段任务系统可靠性参数的分析方法。
技术介绍
随着现代系统变得越来越复杂和智能化，系统的运行不再是单一过程，而是包括了多个功能流程的转换，或者在不同阶段通过对单元重组形成新系统的过程，这样的系统称之为多阶段任务系统(phased-missionsystem,PMS)，多阶段任务系统是指可以根据系统配置、任务成功标准、子系统行为的差异将系统的任务周期分成一系列连续不相交的独立时间段的系统。而这些连续不相交的独立时间段则被定义为阶段。现在的PMS任务可靠性分析方法大致可分为2类：解析法和仿真法。解析法主要包括基于Markov的方法和基于BDD(BinaryDecisionDiagrams)的方法。前一种方法基于随机过程的理论进行分析，可能存在状态空间爆炸的问题，限制了其实际应用。后一种方法只适用于不可修的PMS。由于解析法描述和求解能力存在不足，仿真法得到了更多青睐，得到了广泛的应用。按照开发层次，仿真可以分为仿真模型、一次开发仿真程序和二次开发仿真程序。仿真模型是仿真程序的概念模型；一次开发仿真程序较为灵活，工作量较大；二次开发仿真程序工作量较少，但受第三方仿真工具在建模能力方面的限制。根据很多文献的论述，PMS有两个基本特点：系统功能的实现依赖于时间连续且不重叠的多个任务阶段；任务成败标准具有阶段依赖性。PMS经常被配置到关键应用中，特别是航天和军用装备领域，如巡航导弹系统，防空武器系统及航天测控系统等，这些系统中对于任务可靠性都具有很高的要求。同时，PMS任务可靠性分析对于发现系统薄弱环节、改进设计、合理分配可靠性指标等都具有重要的作用。因此，基于PMS的可靠性建模与分析也逐渐成为研究的热点。每个任务阶段系统可靠性关系，即任务成败标准是建模重点。但是目前的分析方法主要用BDD、最小路集、最小割集、故障树来描述系统可靠性关系，这种描述方法很难反映单元状态的相关性和多样性，并不适用于冷储备这种状态相关的可靠性逻辑关系，限制了其应用范围。
技术实现思路
本专利技术需要解决的技术问题是提供一种能够描述多阶段任务系统每个阶段的逻辑结构关系的模型以及利用该模型的多状态多阶段任务系统可靠性参数的分析方法。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种多状态多阶段任务系统可靠性参数的分析方法，具体包括以下步骤：A、建立多状态多阶段任务系统的AS树模型；对于多状态多阶段任务系统，由于其行为总是由单元的事件引起的，单元故障或修好事件都会影响到上层关系的状态，并间接影响到兄弟单元的状态，为反映单元状态的相关性和多样性，采用AS树来表示任一任务阶段系统可靠性关系，以表示具有冷储备状态—即待用状态的多状态多阶段任务系统；所述AS树包括一个根节点、若干叶节点和零个以上阶度的若干非叶节点，其中阶度表示树的第几代，根节点为第一代，阶度为1，根节点用于表示表决关系或者冷储备关系，若干叶节点为最后一代，阶度为大于等于2的自然数，叶节点用于表示单元状态，非叶节点为第一代和最后一代之间的若干代，阶度为大于等于2的自然数，非叶节点用于表示单元状态、表决关系和冷储备关系之一或者其任意组合；B、根据步骤A建立的多状态多阶段任务系统模型，采用离散事件仿真算法进行仿真，仿真的单元事件包括单元故障、单元修好以及任务开始事件，仿真算法的步骤如下：第1步：初始化仿真变量，即仿真时钟与统计变量，所述统计变量包括需要初始化的各类输入参数和输出参数，第2步：初始化事件表，即安排第一个任务阶段开始事件，第3步：确定下一个事件的类型，发生时间，如果是故障事件和修好事件则确定发生部位，第4步，判断事件是故障，是修好，还是阶段开始；若是故障事件，则采用故障事件操作；若是修好事件，则采用修好事件操作；若是阶段开始事件，则采用阶段开始事件操作；第5步，更新系统状态、统计变量，推进仿真时钟，第6步：重复步骤3到步骤5，直到达到仿真时间，第7步：记录单次仿真数据，第8步：重复步骤1到步骤7，直到满足仿真次数要求，所述输入参数主要包括：1)仿真次数；2)仿真时间；3)单元数量；4)单元故障分布函数；5)单元维修时间分布函数；6)任务阶段数量；7)每个任务阶段持续时间；8)每阶段任务系统结构，以AS树表示；所述输出参数主要包括：1)任务可靠性R2)平均可用度A03)战备完好性(RED)4)可用与可靠概率(PAR)PAR＝平均使用可用度×可靠度(4)5)平均首次任务失效间隔时间(MTBMF)其中，yi为每i次仿真中，系统第一次失效前的工作时间，如果任务没有失效，则yi等于任务的时间长度。6)系统的平均可用工作时间(MUT)和系统的平均不可用故障时间(MDT)进一步的，所述AS树在进行仿真编程时采用父指针数组表示法，AS树种的每个节点均包含类型值和标记值，以及一个指向父节点的指针。进一步的，确定系统状态是一个“自下而上”的过程，确定系统状态的流程如下：首先根据描述AS树的数组来获得宽度搜索向量，所述宽度搜索向量是AS树中所有节点的个数，然后根据获得的搜索向量确定AS树中每个节点的状态，确定过程是以搜索向量为循环变量采用循环判断程序从最底层的叶子节点到最顶层的根节点逐个确定节点的状态。进一步的，当单元事件发生时，单元状态发生转移，确定单元转移状态是一个“自上而下”的过程，若系统状态为故障，则所有处于工作状态的单元进入待用状态，只有系统状态为工作的情况下才需要确定单元转移状态，单元转移状态的确定流程如下：首先根据描述AS树的数组来获得宽度搜索向量并赋值，所述宽度搜索向量是AS树中所有节点的个数，然后以搜索向量为循环变量采用循环判断程序从最顶层的根节点向下到最底层的叶子节点逐个节点去判断是否是叶子节点并确定叶子节点的转移状态，如果是叶子节点，则直接确定该叶子节点的转移状态，如果是非叶子节点，则依据处于故障、工作状态的子节点不可能转移状态，待用状态的子节点可能转移状态的策略进一步判断叶子节点的转移状态。由于采用了上述技术方案，本专利技术取得的技术进步是：本专利技术针对现有PMS可靠性仿真只考虑单元状态0或1的情况，不能适应于存在冷储备关系的情况，不能处理单元可能存在故障、正常(工作与待用)三种特殊状态且状态相关的情况，利用AS树状结构来描述任务阶段系统可靠性关系；依据离散事件仿真思想，给出了PMS可靠性仿真算法，该仿真算法可以对多状态PMS系统可靠性等多种参数进行计算，且所需输入参数较少，编程实现简单，对任务阶段系统可靠性关系具有良好的描述能力，具有很强的通用性与实用性。附图说明图1是本专利技术AS树状图示例；图2是本专利技术2单元串联系统状态图示例；图3是本专利技术并联系统状态图示例；图4是本专利技术冷储备系统状态图示例；图5是本专利技术PMS可靠性仿真算法流程图；图6是本专利技术故障事件响应操作流程图；图7是本专利技术修好事件响应操作流程图；图8是本专利技术任务开始事件响应操作流程图；图9是本专利技术AS树的父指针数组表示法；图10是本专利技术确定系统状态流程图；图11是本专利技术确定单元转移状态流程图；图12是本专利技术策略2流程图；图13是本专利技术优先启动流程图；图14是本专利技术3个任务阶段的系统AS树状图；图15是本专利技术系统可用时间统计本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多状态多阶段任务系统可靠性参数的分析方法，具体包括以下步骤：A、建立多状态多阶段任务系统的AS树模型；对于多状态多阶段任务系统，由于其行为总是由单元的事件引起的，单元故障或修好事件都会影响到上层关系的状态，并间接影响到兄弟单元的状态，为反映单元状态的相关性和多样性，采用AS树来表示任一任务阶段系统可靠性关系，以表示具有冷储备状态—即待用状态的多状态多阶段任务系统；所述AS树包括一个根节点、若干叶节点和零个以上阶度的若干非叶节点，其中阶度表示树的第几代，根节点为第一代，阶度为1，根节点用于表示表决关系或者冷储备关系，若干叶节点为最后一代，阶度为大于等于2的自然数，叶节点用于表示单元状态，非叶节点为第一代和最后一代之间的若干代，阶度为大于等于2的自然数，非叶节点用于表示单元状态、表决关系和冷储备关系之一或者其任意组合；B、根据步骤A建立的多状态多阶段任务系统模型，采用离散事件仿真算法进行仿真，仿真的单元事件包括单元故障、单元修好以及任务开始事件，仿真算法的步骤如下：第1步：初始化仿真变量，即仿真时钟与统计变量，所述统计变量包括需要初始化的各类输入参数和输出参数，第2步：初始化事件表，即安排第一个任务阶段开始事件，第3步：确定下一个事件的类型，发生时间，如果是故障事件和修好事件则确定发生部位，第4步，判断事件是故障，是修好，还是阶段开始；若是故障事件，则采用故障事件操作；若是修好事件，则采用修好事件操作；若是阶段开始事件，则采用阶段开始事件操作；第5步，更新系统状态、统计变量，推进仿真时钟，第6步：重复步骤3到步骤5，直到达到仿真时间，第7步：记录单次仿真数据，第8步：重复步骤1到步骤7，直到满足仿真次数要求，所述输入参数主要包括：1)仿真次数；2)仿真时间；3)单元数量；4)单元故障分布函数；5)单元维修时间分布函数；6)任务阶段数量；7)每个任务阶段持续时间；8)每阶段任务系统结构，以AS树表示；所述输出参数主要包括：1)任务可靠性R...

【技术特征摘要】
1.一种多状态多阶段任务系统可靠性参数的分析方法，具体包括以下步骤：A、建立多状态多阶段任务系统的AS树模型；对于多状态多阶段任务系统，由于其行为总是由单元的事件引起的，单元故障或修好事件都会影响到上层关系的状态，并间接影响到兄弟单元的状态，为反映单元状态的相关性和多样性，采用AS树来表示任一任务阶段系统可靠性关系，以表示具有冷储备状态—即待用状态的多状态多阶段任务系统；所述AS树包括一个根节点、若干叶节点和零个以上阶度的若干非叶节点，其中阶度表示树的第几代，根节点为第一代，阶度为1，根节点用于表示表决关系或者冷储备关系，若干叶节点为最后一代，阶度为大于等于2的自然数，叶节点用于表示单元状态，非叶节点为第一代和最后一代之间的若干代，阶度为大于等于2的自然数，非叶节点用于表示单元状态、表决关系和冷储备关系之一或者其任意组合；B、根据步骤A建立的多状态多阶段任务系统模型，采用离散事件仿真算法进行仿真，仿真的单元事件包括单元故障、单元修好以及任务开始事件，仿真算法的步骤如下：第1步：初始化仿真变量，即仿真时钟与统计变量，所述统计变量包括需要初始化的各类输入参数和输出参数，第2步：初始化事件表，即安排第一个任务阶段开始事件，第3步：确定下一个事件的类型，发生时间，如果是故障事件和修好事件则确定发生部位，第4步，判断事件是故障，是修好，还是阶段开始；若是故障事件，则采用故障事件操作；若是修好事件，则采用修好事件操作；若是阶段开始事件，则采用阶段开始事件操作；第5步，更新系统状态、统计变量，推进仿真时钟，第6步：重复步骤3到步骤5，直到达到仿真时间，第7步：记录单次仿真数据，第8步：重复步骤1到步骤7，直到满足仿真次数要求，所述输入参数主要包括：1)仿真次数；2)仿真时间；3)单元数量；4)单元故障分布函数；5)单元维修时间分布函数；6)任务阶段数量；7)每个任务阶段持续时间；8)每阶段任务系统结构，以AS...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕学志，苏续军，胡起伟，王广彦，于贵波，王卫国，刘锋，张晓良，
申请(专利权)人：中国人民解放军军械工程学院，
类型：发明
国别省市：河北,13