(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210705565.4 (22)申请日 2022.06.21 (71)申请人 中国人民解 放军63796部队 地址 615000 四川省凉山彝族自治州西昌 市16信箱1组 申请人 电子科技大 学 (72)发明人 陈洪　张博　刘宇　王凯　任松　 甘朝虹　黄洪钟　 (74)专利代理 机构 中国兵器 工业集团公司专利 中心 11011 专利代理师 辛海明 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/02(2020.01) (54)发明名称 一种航天发射场多阶段任务可靠性仿真评 估方法 (57)摘要 本发明涉及一种航天发射场多阶段任务可 靠性仿真评估方法， 属于可靠性技术领域。 本发 明定制化构建航天发射场多阶段任务可靠性模 型； 输入航天发射场多阶段任务可靠性模型中需 要使用到的参数； 结合参与任务的设备为可修或 不可修的情况， 采用蒙特卡洛仿真法对整个多阶 段任务进行仿真分析， 通过仿真确定所有设备单 元故障事件和维修事件的时序关系， 对这些离散 事件调度处理来推进仿真时钟， 进而重复完成多 次仿真； 通过仿真数据整理仿真评估结果， 并输 出展示。 本发明能够输出关键任务节点成功概 率、 置信区间以及影响该任务的关键设备， 帮助 决策者直观分析该任务的成功率 以及需要提升 改进的地方， 从而有助于整个航天发射任务圆满 成功。 权利要求书3页 说明书9页 附图3页 CN 114936472 A 2022.08.23 CN 114936472 A 1.一种航天发射场多阶段任务可靠性仿真评估方法， 其特征在于， 该方法包括如下步 骤： 步骤S1、 构建航天 发射场多阶段任务可靠性模型； 步骤S2、 输入航天 发射场多阶段任务可靠性模型中 需要使用到的参数； 步骤S3、 使用蒙特卡洛仿真法对整个多阶段任务进行仿真分析， 确定所有设备故障事 件和维修事件随着仿真时钟推移的时序关系， 通过对这些离散事件调 度处理来推进仿 真时 钟， 进而重复完成多次仿真； 步骤S4、 通过仿真数据整理仿真评估结果。 2.如权利要求1所述的航天发射场多阶段任务可靠性仿真评估方法， 其特征在于， 所述 步骤S1具体包括： 定义多阶段任务成功为每个阶段都顺利完成各自的任务， 并且每个阶段 内的子任务都持续工作一定的时长； 后一阶段的单元工作/失效状态依赖于该单元在前阶 段的工作/失效状态； 用一个四元组M＝{MS,MSM,MP,MRBD}来定义一个可维修的航天发射多 阶段任务可靠性模型M； MS为阶段， MSM为子任务， MP为子任务剖面， MRBD为设备模型。 3.如权利要求2所述的航天发射场多阶段任务可靠性仿真评估方法， 其特征在于， 阶 段： MS代表多阶段任务划分的阶段集合， 每个阶段都有对应的关键任务时间节 点， 则任务成 功描述为： 各个阶段按顺序完成各自规定的任务； 子任务： MSM代表一个阶段中的子任务集合， 每个阶段里包含多个并行的子任务， 子任 务之间互不干扰地在规定时间内运行， 其中一个子任务的成功描述为： 在可维修的条件下， 子任务持续运行规定时间且总耗费时间不超过此阶段的截止时间； 当此阶段所有子任务完 成时， 判定阶段任务完成； 子任务剖面： MP代表子任务剖面里使用到的设备集合， 当参与子任务的设备均处于正 常工作状态时， 子任务才能持续进行， 将参与子任务的所有设备按照串 联结构处理； 当子任 务持续进 行时长达到规定长度， 认为当前子任务完成； 当子任务中途失败时， 如果当前阶段 尚未结束， 对参与子任务的设备进行维修操作后重新投入使用， 此时子任务重新开始持续 进行， 直至达到规定时间长度； 如果时间到达阶段结束时间， 子任务仍未完成， 则判定子任 务失败； 设备模型： MRBD代表参与子任务的设备的组成部件集合U与可靠性框图结构； 当参与子 任务的设备不可拆分为更小的部件时， MRBD代表一个单部件的可靠性框图， 该部件的信息 又包含失效分布类型与参数和维修分布类型与参数； 当参与子任务的大型设备内部继续拆 分为更小的部件时， 使用可靠性框图表示部件间结构， 包括串联、 并联、 串并联、 表决结构以 及备份结构。 4.如权利要求2或3所述的航天发射场多阶段任务可靠性仿真评估方法， 其特征在于， 所述步骤S2具体包括： 根据步骤1建立定制化的航 天发射多阶段任务可靠性模型， 输入具体 使用到的参数， 包括仿 真总次数、 重复仿 真次数、 阶段总数、 阶段中子任务个数、 关键任务节 点时间、 总任务时间、 子任务的持续运行时间、 所有设备失效和维修分布参数， 并初始化仿 真次数和任务失败次数。 5.如权利要求4所述的航天发射场多阶段任务可靠性仿真评估方法， 其特征在于， 所述 步骤S3具体包括如下步骤： 步骤31、 初始化仿真次数和任务失败次数都为0；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114936472 A 2步骤32、 执 行一次仿真， 仿真次数+1且初始化当前任务阶段 数为1； 步骤33、 读取当前的子任务的信息： 子任务持续运行时间、 当前阶段时间节点、 此子任 务的可靠性框图结构、 使用到的设备失效、 维修分布参数以及已运行时间； 并且初始化子任 务数为1； 步骤34、 对参与此子任务的所有设备进行失效时间仿真， 获得失效时间； 当首次仿真该 子任务时， 认为设备都为完好如新， 即已运行时间为0； 当非首次仿 真该子任务时， 读取前次 仿真信息， 更新该子任务已使用的时间以及设备 的运行时间； 将所有设备 的失效时间输入 可靠性框图结构进 而得到整个子任务的失效时间； 步骤35、 判断子任务是否仿真结束， 其判断依据为当前可靠性框图的失效时间， 即子任 务的故障到达时间是否大于阶段任务时间， 若大于则代表在仿真的各个设备失效前， 该子 任务已满足成功持续工作要求并进入下一步仿真， 即步骤36， 若小于则代表子任务失败并 需要产生相应的维修活动； 对于仿真失效时间小于子任务故障到达时间的设备， 认为其在 此次仿真中故障， 其余设备为正常工作并更新其已工作时间； 根据故障设备 的维修类型与 参数仿真出设备的一次维修时间， 取所有故障设备的维修时间最大值作为此次子任务的维 修时间， 推动仿真时钟并判断当前仿真时钟是否超过阶段任务时间， 若未超过则返回步骤 34， 若超过则本次任务仿真失败， 记录任务失败次数+1， 此时如果仿真次数小于总仿真次 数， 则返回步骤32开始下一次任务仿真， 如果仿真次数等于总仿真次数， 直接进入步骤4； 步骤36、 判断当前阶段里的所有并行子任务是否全部遍历， 若子任务没有全部遍历则 子任务数+1并返回步骤34， 若子任务全部遍历则需要判断当前 阶段数是否小于阶段总数， 若是则阶段数+1， 初始 化子任务数并返回步骤33， 若否且仿 真次数小于总次数， 则返回步骤 32， 否则仿真结束并记录 仿真过程数据， 进入步骤4。 6.如权利要求5所述的航天发射场多阶段任务可靠性仿真评估方法， 其特征在于， 所述 步骤S34中， 设备的失效类型为指数分布、 正态分布、 均匀分布、 伽 马分布、 对 数正态分布、 威 布尔分布或不失效类型， 其中对于不 失效的设备在仿真中认为失效时间为一个足够大的常 数； 若设备 的失效分布类型为指数分布， 则根据设备 的指数分布参数直接仿真生成失效时 间； 若该设备的失效分布类型不为指数分布， 则需要根据设备的分布参数持续仿 真数值， 直 到其大于已运行时间， 用该 数值减去已运行时间当作此设备的失效时间。 7.如权利要求5所述的航天发射场多阶段任务可靠性仿真评估方法， 其特征在于， 所述 步骤S34中， 其中对于串联结构， 取组成元素的最小失效时间作为该结构的失效时间； 对于 并联结构， 取 组成元素的最大失效时间作为该结构的失效时间； 对于k ‑out‑of‑n表决结构， 将所有n个设备仿真失效时间从大到小排序， 取第k个失效时间作为该结构的失效时间； 对 于备份结构， 取所有冷备份失效时间加和与所有 热备份中最大失效时间作为该结构的失效 时间。 8.如权利要求5所述的航天发射场多阶段任务可靠性仿真评估方法， 其特征在于， 所述 步骤S36中， 设备的维修类型为指数分布、 正态分布、 均匀分布、 伽 马分布、 对 数正态分布、 威 布尔分布、 固定维修时长或不可修类型， 对于不可修类型 的设备认为维修时间为一个足够 大的常数， 其余维修类型设备使用对应的随机数生成算子完成该设备 的维修时间仿真， 在 仿真中， 一旦 发生设备维修则代表该设备被替换为一个新设备， 即维修到完好如初， 不存在 已工作时间。权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114936472 A 3