关键词:
舰船电子信息系统
AADL
可靠性
GO法
摘要:
随着舰船遂行任务强度的日渐提升,各类舰船系统的任务可靠性要求也越来越高。特别是对于新型可重构舰船电子信息系统,其所具有的资源共享重用、功能按需重构、软硬件松耦合、业务一体化集成等特征,使得传统可靠性设计与分析方法力有不逮。针对上述问题,本文以新型可重构舰船电子信息系统为研究对象,在分析系统结构组成、运行原理、失效模型与故障模式的基础上,开展任务可靠性设计与分析方法研究,保障舰船电子信息系统的任务可靠性。论文主要研究成果如下:
分析了新型可重构舰船电子信息系统的组成结构及运行原理,结合典型任务流程归纳了舰船电子信息系统任务失效模型、故障模式与故障传递机理;采用基于模型的系统工程思想设计了舰船电子信息系统可靠性设计与分析框架,克服传统产品设计与可靠性设计存在的不一致性问题;采用体系结构分析与设计语言(AADL)从系统结构、系统行为和故障影响三个角度建立了可靠性模型,为后续可靠性分配与分析奠定了基础。
针对当前可靠性分配方法仅以任务可靠度约束为主要目标,较少考虑研制成本约束且无法兼顾多任务需求的问题,建立了多约束条件下的任务可靠性分配模型,完整描述了多任务多约束下的可靠性分配需求;设计了基于可靠性模型的任务可靠性计算公式自动生成机制,避免了可靠性分配结果与产品设计脱节的问题;采用基于粒子群差分进化混合(PSO-DE)优化算法进行可靠性优化分配模型的求解,在加快可靠性分配过程求解速度的同时,降低了系统的研制成本;结合典型舰船电子信息系统任务,开展了应用验证,验证结果表明本文提出的任务可靠性分配方法能够实现多任务需求下的可靠性分配,且能够显著减低系统研制成本。
针对基于AADL的任务可靠性模型无法进行准确可靠性定量分析的问题,提出了基于GO法的舰船电子信息系统任务可靠性分析方法。建立了AADL模型到GO法模型的转化方法与转化规则,开发了专用映射软件,避免了可靠性分析结果与产品设计脱节的问题;针对传统GO法无法完成共因失效计算的问题,按照GO法中的状态概率算法,推导了面向共因失效模式的GO法修正算法,实现了舰船电子信息系统任务可靠度的定量计算;结合典型舰船电子信息系统任务,开展了应用验证,验证结果表明本文提出的任务可靠性分析方法能够实现可重构舰船电子信息系统任务可靠性的定量分析,且具备较高的自动化程度。