基于扩展故障树的作战系统故障模型研究及应用

摘要

随着计算机技术的不断发展，计算机软件技术被广泛应用到国防建设的多个领域中，如航海、航空和航天等。作为军事系统中重要组成部分之一的作战系统也成为研究的重点。作战系统能对战场中的兵力信息和作战信息进行快速、有效的控制和指挥，在军事战场中的作用已经越来越重要。但是在战争中，一旦作战系统出现故障，整个战场难以控制，造成重大的人员伤亡和经济损失。因此，作战系统的故障建模与分析显得极为重要，本文研究基于扩展故障树的作战系统故障模型。
　　首先，作战系统作为实时控制系统，在时间域内处理复杂活动，故障描述都涉及到事件之间的时间因素，而传统的故障树不具备直观描述这种时间因素的能力。提出基于扩展类图和活动图的时间约束故障树生成方法，在原有故障树定义的基础上增加了时间约束故障树的语义描述，设计了扩展类图和活动图到时间约束故障树的转换规则，基于转换规则和时间提取规则设计扩展故障树生成算法，通过遍历类图和活动图自顶向下生成带时间约束的故障树。该算法能够解决传统故障树不能充分反映系统静态结构故障以及不能描述时间约束行为的问题，并实现扩展故障树的自动生成。
　　其次，针对传统故障树不能分析故障传播时间的问题，根据故障树的扩展语义提出了时间约束故障树分析方法。给出了时间约束逻辑门和事件平均转移率、输入事件到输出事件传播率和到达率的计算方法。设计了故障树基本事件和最小割集到达顶事件的传播率和到达率的算法，该算法遍历故障树中每个节点获得基本事件时间重要度和最小割集到达率。实验结果表明提出的时序分析方法可以为故障诊断和预防提供理论基础。
　　然后，针对传统故障树模型模糊综合评估中很少考虑专家评估的可信度问题。提出基于置信度的S型曲线模糊失效概率确定方法，引入专家权威性系数和一致性系数确定专家的置信度。运用概率偏差方法求解S型曲线的可调参数，基于可调参数和置信度来校准故障树基本事件的模糊失效概率，并对故障树进行定量模糊分析。实验结果表明该模糊失效概率确定方法使基于不确定性条件下的故障诊断更符合客观实际。
　　最后，基于提出的扩展故障树生成方法和分析算法，设计与实现了扩展故障树的构建与分析系统。以反导作战系统为例，构建反导作战系统的静态组成类图和时间约束活动图，生成具有时间约束的扩展故障树，并进行失效时间和失效概率的分析。实验结果表明，提出的扩展故障树生成和分析方法能为反导作战系统故障诊断和预防提供一种新的有效的途径。

目录

声明

注释表

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 课题研究现状

1.3 主要研究内容和论文结构安排

第二章 故障树构建与分析方法概述

2.1 故障树的基本知识概述

2.2 故障树分析方法概述

2.3 本章小结

第三章 有时间约束的故障树扩展及自动生成方法

3.1 带有时间约束的扩展故障树描述

3.2 带有时间约束的活动图和扩展类图语义描述

3.3 基于扩展类图和活动图的时间约束故障树模型自动生成算法

3.4 反导作战系统的时间约束故障树生成案例分析

3.5 本章小结

第四章 扩展故障树的失效时间与概率的分析方法

4.1 扩展故障树的失效时间分析

4.2 基于S型曲线的扩展故障树模糊失效概率分析

4.3 本章小结

第五章 扩展故障树构建分析系统及其应用

5.1 故障模型分析系统概述

5.2 故障模型分析系统设计与实现

5.3 故障模型分析系统在反导作战任务中的应用

5.4本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的论文