一種衛(wèi)星平臺可靠性薄弱環(huán)節(jié)分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種可靠性薄弱環(huán)節(jié)分析方法，特別是一種衛(wèi)星平臺可靠性薄弱環(huán)節(jié) 分析方法，屬于衛(wèi)星總體設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 衛(wèi)星的可靠性設(shè)計分析工作，很大一部分都是在分析查找薄弱環(huán)節(jié)并進行設(shè)計改 進。薄弱環(huán)節(jié)分析方法有很多種，既有定性的分析方法，如故障模式影響分析、故障樹分析、 事件樹分析、潛通路分析、最壞情況分析等；也有定量的分析方法，如故障模式影響及危害 性分析中的風險優(yōu)先數(shù)法、故障樹分析中的事件概率分析、概率風險分析等。
[0003] 在該些薄弱環(huán)節(jié)分析方法中，現(xiàn)有的各種方法在應(yīng)用上都或多或少地存在一些問 題。故障模式影響分析方法只能分析單一故障模式的影響，不能夠針對多故障模式組合的 情況進行分析，分析結(jié)果可能有遺漏；故障樹分析方法能夠?qū)Χ喙收夏Ｊ浇M合的情況進行 分析，但只能W選定的頂事件開始分析，不能遍歷所有的故障模式；潛通路和最壞情況分析 都是針對的可能存在薄弱環(huán)節(jié)的某一方面開展分析，并不能通過該兩種方法發(fā)現(xiàn)全部的薄 弱環(huán)節(jié)；故障模式影響及危害性分析中的風險優(yōu)先數(shù)法和故障樹分析中的事件概率分析方 法都是應(yīng)用較多的方法，但該兩種方法受故障模式影響分析和故障樹影響分析固有的缺點 制約，雖然做到了量化分析，但全面性不夠，仍然可能有遺漏。
[0004] 概率風險分析方法最初應(yīng)用于核電站，現(xiàn)在逐步向各行各業(yè)擴展，應(yīng)用范圍越來 越廣。該方法主要分為兩步；第一步確定危險事件的發(fā)生概率，第二步確定危險事件發(fā)生后 的損失值，發(fā)生概率和損失值的乘積即為概率風險值。其中確定危險事件發(fā)生概率的方法 又可W有多種，如可靠性預(yù)計、可靠性評估、故障樹計算等；確定損失值又可W有多種方法 和多種度量方式，可W是金錢，也可W是時間W及其他度量方式。因此概率風險分析方法是 一類方法的統(tǒng)稱。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的技術(shù)解決問題是；克服了在當前衛(wèi)星薄弱環(huán)節(jié)分析中，無法有效地利用 大量的在軌衛(wèi)星故障信息來評估和發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)的問題，提出了一種衛(wèi)星平臺可靠性薄弱 環(huán)節(jié)分析方法，根據(jù)同一平臺多顆在軌衛(wèi)星的在軌故障數(shù)據(jù)，利用截止的分析時間點、到截 止時間點時該平臺在軌衛(wèi)星數(shù)量、該平臺每顆在軌衛(wèi)星的發(fā)射入軌時間、每顆衛(wèi)星不同設(shè) 備的在軌故障次數(shù)、不同故障類型的嚴重程度等信息，計算出各在軌故障設(shè)備的概率風險 值，通過比較概率風險值的大小來定位平臺的初步可靠性薄弱環(huán)節(jié)，再針對初步可靠性薄 弱環(huán)節(jié)中的每個單機設(shè)備，分析每種設(shè)備在該平臺上的可靠性增長規(guī)律，確定該設(shè)備的在 軌問題是否已得到解決，進而判斷該設(shè)備是否仍然是該平臺的薄弱環(huán)節(jié)，從而確定平臺的 最終可靠性薄弱環(huán)節(jié)；本方法評估出的概率風險值相對于故障嚴重性等級更準確，更符合 實際情況。
[0006] 當前的薄弱環(huán)節(jié)分析注重地面設(shè)計研制階段的事前分析，兼顧在軌質(zhì)量問題歸零 的結(jié)果，但對在軌問題并沒有一個有效的評估和判別方法。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是；一種衛(wèi)星平臺可靠性薄弱環(huán)節(jié)分析方法，步驟如下：
[0008] (1)根據(jù)分析的截止時間點T。，按發(fā)射時間先后排序，令該截止時間點前已發(fā)射的 第i顆衛(wèi)星的發(fā)射時間Ti，計算每顆衛(wèi)星的累計運行時間ti= T i-T。，i = 1，，2,. . .，n，n為 到截止時間點T。該平臺已發(fā)射衛(wèi)星的總數(shù)；
[0009] (2)統(tǒng)計截止時間點T。前，該平臺在軌衛(wèi)星發(fā)生故障的設(shè)備名稱和設(shè)備種類數(shù)N， 統(tǒng)計第j種設(shè)備的故障名稱和故障種類數(shù)Aj, j = 1，2,…，N，統(tǒng)計第j種設(shè)備在第i顆衛(wèi)星 上的故障問題發(fā)生次數(shù)Fj,;
[0010] (3)根據(jù)第j種設(shè)備在第i顆衛(wèi)星上的裝星數(shù)量Mj,，計算第j種設(shè)備在所有n顆 衛(wèi)星上的累計運行時間tej;
[0011] (4)根據(jù)第j種設(shè)備的累計運行時間第j種設(shè)備的第k種故障模式的在軌發(fā) 生次數(shù)Cjk，j = 1，2,. . .，N，k = 1，2,. . .，Aj，計算第j種設(shè)備第k種故障模式的在軌發(fā)生概 率P化；
[0012] (5)確定衛(wèi)星平臺在軌故障等級和各等級故障的損失值Dp,p= 1，2, 3,4;
[0013](6)根據(jù)第j種設(shè)備第k種故障模式的發(fā)生概率Pj.k，W及對應(yīng)的損失值Dp,確定第 j種設(shè)備的概率風險值rj;
[0014] (7)重復(fù)步驟（3)~步驟化），計算出所有種類設(shè)備的概率風險值；
[0015] (8)選取概率風險值r/j、于預(yù)先設(shè)定的概率風險判斷闊值的設(shè)備j'為初步薄弱 環(huán)節(jié)，進入步驟巧）；
[0016] (9)針對初步薄弱環(huán)節(jié)中的第m種設(shè)備，確定第m種設(shè)備在第i顆衛(wèi)星上的累計運 行時間temi;
[0017] (10)根據(jù)第m種設(shè)備在第S顆衛(wèi)星上的故障問題發(fā)生次數(shù)Fm,，s = l，，2，...，n， 計算第m種設(shè)備截止到第i顆衛(wèi)星上的累計故障次I
[0018] (11)根據(jù)第m種設(shè)備截止到第i顆衛(wèi)星上的累計故障次數(shù)Fsmi和累計運行時間 temi，計算第m種設(shè)備截止到第i顆衛(wèi)星的累計MTBF值
并計算其自然對數(shù) 結(jié)果In(MTBFsmi);
[001引計算第i顆衛(wèi)星上的累計運行時間temi的自然對數(shù)值ln(te_J ;
[0020](13)利用最小二乘法對步驟（11)和步驟（12)得到的數(shù)據(jù)（In(te_J， In(MTBFsmi))進行線性擬合，得到趨勢線y=amX+bm，其中a。為第m種設(shè)備在該衛(wèi)星平臺的 可靠性增長率；
[0021] (14)對步驟（13)的結(jié)果進行分析，若第m種設(shè)備的可靠性增長率am〉0. 5,且數(shù)據(jù) (ln(tej，In(MTBFsmi))的線性相關(guān)系數(shù)5。〉〇.8,則該設(shè)備不再是待分析衛(wèi)星平臺的薄弱 環(huán)節(jié)，將該設(shè)備從初步薄弱環(huán)節(jié)列表中剔除，反之則將該設(shè)備予W保留，所述Sm根據(jù)最小 二乘法線性擬合時的相關(guān)系數(shù)計算得到；
[0022] (15)重復(fù)步驟巧）~步驟（14)，對初步薄弱環(huán)節(jié)中的每種設(shè)備進行分析，初步薄 弱環(huán)節(jié)列表中最終保留的設(shè)備為該衛(wèi)星平臺的最終薄弱環(huán)節(jié)。
[0023] 所述步驟（3)中的第j種設(shè)備的累計運行時間具體由公式：
[0024]
[002引 給出。
[0026] 所述步驟（4)中的第j種設(shè)備第k種故障模式的在軌發(fā)生概率，具體由公式：
[0027]
[0028] 給出，T = X*365*2化；所述為在軌年數(shù)，根據(jù)目前衛(wèi)星的設(shè)計壽命，X -般取3年 或5年。
[0029] 所述步驟巧）中確定衛(wèi)星平臺在軌故障等級和各等級故障的損失值Dp, P = 1，2, 3, 4;具體為：
[0030] 所述在軌故障等級包括；災(zāi)難性故障、關(guān)鍵性故障、非主要故障和輕度故障，各個 等級對應(yīng)的損失值分別為；災(zāi)難性故障；Di= 10000萬元，關(guān)鍵性故障；D 2= 1000萬元，非 主要故障；〇3= 100萬元，輕度故障；D 4= 10萬元。
[003。 所述步驟做中的第j種設(shè)備的概率風險值具體由公式：
[0032]
[0033] 給出，其中Dj.k為第j種設(shè)備第k種故障模式的損失值，根據(jù)實際嚴重等級取D1、 〇2、〇3、〇4 其中之一。
[0034] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：
[00巧](1)本方法利用在軌衛(wèi)星的實際飛行故障數(shù)據(jù)來評估每種故障模式的發(fā)生概率， 實現(xiàn)了對每種故障模式發(fā)生概率的最準確估算，衛(wèi)星的在軌飛行故障數(shù)據(jù)相當于一個產(chǎn)品 的實際現(xiàn)場使用數(shù)據(jù)，因此本方法是一種事后分析的方法，在軌故障數(shù)據(jù)實實在在地反映 出衛(wèi)星的問題，所W相對于故障模式影響分析、故障樹分析等事前分析方法，本方法的結(jié)果 更符合實際情況；
[0036] (2)本方法采用故障模式發(fā)生概率和故障模式發(fā)生后損失值相乘的方法來計算故 障模式的概率風險值，實現(xiàn)了對不同故障模式之間嚴重程度統(tǒng)一的比較和度量，相對于確 定性分析方法，如故障模式影響分析、潛通路分析方法，本方法評估出的概率風險值相對于 故障嚴重性等級更準確，更能反映事實；
[0037] (3)本方法使用可靠性增長分析的方法對識別出的初步薄弱環(huán)節(jié)中的每種設(shè)備， 進行進一步的問題分析，通過可靠性增長分析結(jié)果來判別該設(shè)備的在軌問題是否已經(jīng)得到 解決；從而防止將在過去型號中問題較多，而在目前在軌型號中問題已經(jīng)得到解決的設(shè)備 定為薄弱環(huán)節(jié)。
【附圖說明】
[0038] 圖1為本發(fā)明方法流程圖。
[0039]圖2為本發(fā)明實施例中對初步薄弱環(huán)節(jié)中對每臺單機的可靠性增長分析的增長 曲線擬合圖。
【具體實施方式】
[0040] 如圖1所示為本發(fā)明的方法流程圖，從圖1可知，本發(fā)明提供的一種衛(wèi)星平臺可靠 性薄弱環(huán)節(jié)分析方法，具體步驟如下：
[0041] (1)根據(jù)分析的截止時間點T。，按發(fā)射時間先后排序，令該截止時間點前已發(fā)射的 第i顆衛(wèi)星的發(fā)射時間Ti，計算每顆衛(wèi)星的累計運行時間ti= T i-T。，i = 1，，2,. . .，n，n為 到截止時間點T。該平臺已發(fā)射衛(wèi)星的總數(shù)；
[0042] (2)統(tǒng)計截止時間點T。前，該平臺在軌衛(wèi)星發(fā)生故障的設(shè)備名稱和設(shè)備種類數(shù)N， 統(tǒng)計第j種設(shè)備的故障名稱和故障種類數(shù)Aj, j = 1，2,…，N，統(tǒng)計第j種設(shè)備在第i顆衛(wèi)星 上的故障問題發(fā)生次數(shù)Fj,;
[0043] (3)根據(jù)第j種設(shè)備在第i顆衛(wèi)星上的裝星數(shù)量Mj,，計算第j種設(shè)備在所有n顆 衛(wèi)星上的累計運行時間具體由公式：
[0044]
[004引 給出。
[0046] (4)根據(jù)第j種設(shè)備的累計運行時間第j種設(shè)備的第k種故障模式的在軌發(fā) 生次數(shù)Cjk，j = 1，2, . . .，N，k = 1，2, . . .，Aj，計算第j種設(shè)備第k種故障模式的在軌發(fā)生概 率Pj.k;具體由公式：
[0047]
[0048] 給出，T = N*365*2化；所述N為在軌年數(shù)。
[0049] (5)確定衛(wèi)星平臺在軌故障等級和各等級故障的損失值Dp, P = 1，2, 3, 4 ;具體為：
[0050] 所述在軌故障等級包括；災(zāi)難性故障、關(guān)鍵性故障、非主要故障和輕度故障，該是 根據(jù)中國空間技術(shù)研究院標準Q/W 1125 - 2007《航天器在軌故障等級規(guī)定》的規(guī)定劃分 的，各個等級對應(yīng)的損失值分別為；災(zāi)難性故障；Di= 10000萬元，關(guān)鍵性故障；D 2= 1000 萬元，非主要故障；〇3= 100萬元，輕度故障；D 4= 10萬元。
[0051](6)根據(jù)第j種設(shè)備第k種故障模式的發(fā)生概率Pj.k，W及對應(yīng)的損失值Dp,確定第 j種設(shè)備的概率風險值IV具體由公式：
[0052]
[0053] 給出，其中Dj.k為第j種設(shè)備第k種故障模式的損失值，根據(jù)實際嚴重等級取D1、 化、〇3、其中之一，第j種設(shè)備第k種故障模式的只對應(yīng)一種損失值。
[0054] (7)重復(fù)步驟做~步驟化），計算出所有種類設(shè)備的概率風險值；
[0055] (8)選取概率風險值r/j、于預(yù)先設(shè)定的概率風險判斷闊值