一种使用于动态系统模型的随机因素注入方法，该方法依照下述5个步骤进行：1，对模型进行层次分解，确定随机因素注入目标对象；2，收集影响目标对象特性的随机因素；3，对收集到的随机因素进行分析，确定典型随机因素；4，建立随机因素行为模型；5，对行为模型进行封装，便于人机交互使用。本发明专利技术为可靠性仿真过程中随机因素注入提供了一种解决方案，通过模块化方式进行自动选择并随机注入，具有较好的可移植性，能够提高仿真的可信度。它在可靠性工程技术领域里具有较好的实用价值和广阔的应用前景。
A random factor injection method for dynamic system model
A use of random factors in the dynamic system model of injection method, this method is in accordance with the following 5 steps: 1, the model can be decomposed, deterministic and stochastic factors into the target; 2, collection of random factors affecting the target characteristics; 3, the random factors on the collected analysis, determine the typical random factors; 4, the establishment of random factors of behavior model; 5, encapsulation of the behavior model, to facilitate human-computer interaction. The present invention provides a solution for the random factors of reliability simulation process of injection, through the modular way of automatic selection and random injection, has good portability, can improve the reliability of simulation. It has good practical value and broad application prospect in the field of reliability engineering technology.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种适用于动态系统模型的随机因素(主要指具有动态特性的随机 参数和故障)注入方法，它是系统可靠性仿真分析领域的一种随机因素实现方法，致力于 解决系统仿真模型中随机因素动态特性的合理描述及自动注入问题，属于可靠性工程技术 领域。
技术介绍
现代质量观中，可靠性逐渐成为产品的一个重要属性。现代产品越来越复杂，软 硬件复杂程度日益增加，使得影响产品可靠性的因素越来越多。动态系统的可靠性受噪 声、干扰等短周期因素以及故障、磨损、结构参数退化等长周期因素的综合影响，并且这些 影响因素大多是具有随机性的动态过程。产品设计过程中广泛采用各种计算机辅助设计 (Computer AidedDesign, CAD)软件，提高了产品设计效率，缩短了产品开发周期。通过建 立的产品CAD模型，在模型中注入具有动态特性的随机因素，并观察和记录注入的随机因 素对系统的影响，是评测产品可靠性的重要途径。因此，如何借助产品CAD软件工具，对系 统模型注入具有动态特性的随机因素，进而评价产品的可靠性，是可靠性工程专业迫切需 要解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，它基于 CAD等软件工具，在仿真过程中实现随机因素的动态特性和自动注入，模拟系统中存在的各 种随机参数和故障的发生过程，以满足产品可靠性评测的需要。本专利技术的技术方案本专利技术基于CAD等软件工具，通过建立底层部件的行为模型，自动注入具有动态 特性的随机因素，所述的随机因素主要是指具有动态特性的随机参数和故障。本专利技术，该方法具体步骤如下步骤1 目标对象确定研究模型对象层次，对系统进行层次分解，形成相对独立 的子系统，并确定其中需要进行随机因素注入的系统作为目标对象；步骤2:随机因素收集对已经确定的目标对象，收集影响其可靠性的各种随机参 数和故障类型，并加以汇总；步骤3 随机因素分析与建模对汇总的随机因素进行整理分析，并建立描述随机 因素动态特性的数学模型，将其变化规律固化。步骤4 行为模型建立针对目标对象，通过外购商用软件(MATLAB和AMESim)，构 建目标对象行为模型，将随机因素的数学模型模块化，以在仿真过程中实现随机因素的自 动注入。步骤5 行为模型封装对建立的目标对象行为仿真模型，利用商用软件(MATLAB 和AMESim)自带的图形化用户界面(Graphic User hterface，⑶I)进行封装，并设置相关参数，方便用户使用。其中，在步骤1中所述的模型对象是指已经建立的对象CAD软件模型，MATLAB中 对应的是软件工具生成的“*. mdl，，类型文件，AMESim中对应的是软件工具生成的“*. ame" 类型文件。步骤1中所述的独立的子系统是指划分的模块在功能和结构上尽量独立，能够 方便描述或模块化，这样具有较好的可移植性和维护性。步骤1中的目标对象要求层次越 低越好，高层次的故障都是由低层次的故障引起的，层次越低，建模越容易。对于结构复杂 的子系统，可进一步细化，将其中组件模块化。其中，在步骤2中所述的随机因素包括系统运行过程中出现的具有动态特性的随 机参数和故障两类。步骤2中所述的随机因素收集的主要途径是对于新研产品，主要查找 国内外相似产品的历史数据、资料，统计汇总其在不同情况、条件下存在的所有问题；对于 改进产品，主要查找、总结该产品历史数据，统计在不同工作情况下存在的所有问题。其中，在步骤3中所述的随机因素分析是指从汇总的资料中找出对每一个目标对 象有影响的全部可能随机因素，并明确随机因素有效的判别准则，剔除无效随机因素。在 步骤三中所述的描述随机因素动态特性的数学模型，根据随机因素类型的不同具有不同描 述。对于参数变化规律，可以用随机过程进行描述；对于故障变化规律，可以用马尔可夫过 程进行描述。其中，在步骤4中所述的行为模型，根据随机因素类型不同构造也不同对于故障，行为模型内部有三个主要组成部分，原理框图如附图说明图1所示。三个组成部 分分别为正常功能单元，用以描述目标对象在正常工作条件下的物理特性；故障特性单 元，用以描述目标对象处于指定故障模式状态时的物理特性；切换单元，用以描述故障的动 态特性。在单次仿真任务过程中，切换单元按照目标对象失效律随机抽取目标对象的寿命 时间，然后在每个步长提取当前仿真时间，动态判断是否发生故障。如果在仿真任务中发生 故障，则按照每个故障模式的转移概率，随机选择发生的故障模式并注入仿真模型中，以模 拟故障的动态发生过程。假设每种故障模式的模式失效率分别为fl、f2. . . fn，且状态只能 由正常状态转移到某一种故障模式，则每种故障模式转移概率由下式获得权利要求1.，其特征在于，该方法依照下述5个 步骤进行步骤1 目标对象确定研究模型对象层次，对系统进行层次分解，形成相对独立的子 系统，并确定其中需要进行随机因素注入的系统作为目标对象；步骤2 随机因素收集对已经确定的目标对象，收集影响其可靠性的各种随机参数和 故障类型，并加以汇总；步骤3 随机因素分析与建模对汇总的随机因素进行整理分析，并建立描述随机因素 动态特性的数学模型，将其变化规律固化；步骤4 行为模型建立针对目标对象，通过外购商用软件MATLAB和AMESim，构建目 标对象行为模型，将随机因素的数学模型模块化，以在仿真过程中实现随机因素的自动注 入；步骤5 行为模型封装对建立的目标对象行为仿真模型，利用商用软件即MATLAB和 AMESim自带的图形化用户界面即Graphic User hterface，⑶I进行封装，并设置相关参 数，方便用户使用。2.根据权利要求1所述的，其特征在 于在步骤1中所述的模型对象是指已经建立的对象CAD软件模型，MATLAB中对应的是软 件工具生成的“*. mdl ”类型文件，AMESim中对应的是软件工具生成的“*. ame"类型文件； 步骤1中所述的独立的子系统是指划分的模块在功能和结构上尽量独立，能够方便描述、 模块化，这样具有较好的可移植性和维护性；步骤1中的目标对象要求层次越低越好，层次 越低，建模越容易；对于结构复杂的子系统，进一步细化，将其中组件模块化。3.根据权利要求1所述的，其特征在 于在步骤2中所述的随机因素包括系统运行过程中出现的具有动态特性的随机参数和故 障两类；步骤2中所述的随机因素收集的途径是对于新研产品，查找国内外相似产品的历 史数据、资料，统计汇总其在不同情况、条件下存在的所有问题；对于改进产品，查找、总结 该产品历史数据，统计在不同工作情况下存在的所有问题。4.根据权利要求1所述的，其特征在 于在步骤3中所述的随机因素分析是指从汇总的资料中找出对每一个目标对象有影响的 全部可能随机因素，并明确随机因素有效的判别准则，剔除无效随机因素；在步骤3中所述 的描述随机因素动态特性的数学模型，根据随机因素类型的不同具有不同描述；对于参数 变化规律，用随机过程进行描述；对于故障变化规律，用马尔可夫过程进行描述。5.根据权利要求1所述的，其特征在 于在步骤4中所述的行为模型，根据随机因素类型不同构造也不同对于故障，行为模型内部有三个组成部分，分别为正常功能单元，用以描述目标对象 在正常工作条件下的物理特性；故障特性单元，用以描述目标对象处于指定故障模式状态 时的物理特性；本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种适用于动态系统模型的随机因素注入方法，其特征在于，该方法依照下述５个步骤进行：步骤１：目标对象确定：研究模型对象层次，对系统进行层次分解，形成相对独立的子系统，并确定其中需要进行随机因素注入的系统作为目标对象；步骤２：随机因素收集：对已经确定的目标对象，收集影响其可靠性的各种随机参数和故障类型，并加以汇总；步骤３：随机因素分析与建模：对汇总的随机因素进行整理分析，并建立描述随机因素动态特性的数学模型，将其变化规律固化；步骤４：行为模型建立：针对目标对象，通过外购商用软件ＭＡＴＬＡＢ和ＡＭＥＳｉｍ，构建目标对象行为模型，将随机因素的数学模型模块化，以在仿真过程中实现随机因素的自动注入；步骤５：行为模型封装：对建立的目标对象行为仿真模型，利用商用软件即ＭＡＴＬＡＢ和ＡＭＥＳｉｍ自带的图形化用户界面即Ｇｒａｐｈｉｃ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ＧＵＩ进行封装，并设置相关参数，方便用户使用。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：马纪明，曾声奎，姜青岳，任羿，郭健彬，孙博，冯强，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11
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