基于故障树的无人潜航器可靠性研究

无人潜航器
应急系统
（ 紧急情况时强制
ｕ ｖ浮出水面ｌ ｕ
能源系统
（ ｕｖ 为ｕ 提供能源）
推进操纵系统
（ 控制执行机构 的运 行１
百度文库
图 １ 无人 潜 航 器 系 统 框 图
２ ＵＵＶ系 统 的故 障树 分 析
故障树 分析 法 （ Ｔ Ｆ Ａ）作 为一 种系 统可靠 性分 析 方法 ，既 便于 进行 定性 分析 ，也 可 以进行 定量 计
无 人潜 航器 的整个 系统 按照 控 制 的时序 大致 可分 为数 据 的采样 输 入部 分 、 据 的处理 和协 调部 分 、 数 数据 输 出控 制部 分 。虽然 不 同 的无 人 潜航 器系 统有 着 不尽 相 同的 设计和 功 能 ，但 整个 系统 大致 包含 以 下 几个 部分 ＿：控制 系 统 、能源 系统 、导航 与制 导 系统 、通信 系统 、推 进操 纵 系统 、应 急系 统 。系统 框 ４ ｌ
底 事件 、 中 间事件 和逻 辑 门组 成 。对 于所 建 的 故障树 要 作如 下 假设 ：（ ）研 究的元 、部件 和系 统只 能 １
取正 常和 故 障两种 状 态 ；（ ）元 、部件 的 故障是 独 立 的； （ ）不存在 外 界干扰 。 ２ ３
２２ ＵＵｖ 系 统 的 故 障 树 分析 ．
基 于故 障树 的无 人 潜 航 器 可靠 性 研 究
边信黔 ，牟春 晖 ，严 浙平 ，程相 勤
（ 哈 尔滨工程 大学 自动化 学院 ，哈 尔滨 １ ０ ０ ： １ ５０ １
２ 中国人 民解放 军 ９ ３０部队 ，青 岛 ２ ６ ０ ２３ ６ ０ ０）
摘
要
在 武器装备领域 ，系统的可靠性 已成为重要 的评价指标 ，故障树分 析法则是 可靠性仿真中最有效 的分 析 方法之 一。首先对无人潜航器 （ ｕｕＶ）进行 系统分 析，然后介 绍 了故障树 分析方法，并对该 系统建 立 了以无 人潜航器试验不 能完成为顶事件 的故障树 。采用计算机 辅助故障树分 析方 法对该 故障树 进行可靠性仿真，仿 真结果求 出 了 删 Ｖ 系统的平均故障 间隔 时间 、各基本部件 的概 率重要度 和模 式重要度 ，并 得出 了其 可靠度
传统 的 故障树 分析 方法 包 括定 性分 析和 定量 分 析［。 ６ 】
结 果 。 ２是结合 故障症 状 ， 定 以 Ｉ Ⅳ 试 验任务 不 能正常完 成为顶 事件 建造 的故障树 ， 由项事 件 、 图 选 兀 它
图 ２ 无 人 潜 航 器 故 障树 图
５ 卷 第 ｌ期 （ 第 １４期 ） ２ 总 ９
边信 黔 ， ： 于故 障树 的无 人潜 航器 可靠 性研 究 等 基
５ ２卷
第 １期 （ 总第 １ ４期 ） ９
中
国
造
船
Ｖ ｌ ２ Ｎｏ １ （ ｅ ｉｌ １ ４ ｏ ５ ． Ｓ ｒａ Ｎｏ ９ ）
Ｍ ａ． ０１ ｒ２ １
２１ 年 ３月 ０１
Ｓ Ｉ Ｕ Ｉ Ｄ Ｉ Ｇ Ｈ Ｉ Ａ Ｈ ＰＢ Ｌ Ｎ ＯＦ Ｃ Ｎ
文 章 编 号 ： １０ －８ ２ （０ ）０ —０ １０ ０ ０４ ８ ２ １ １ １ ７ —９ ０
收稿 日期 ：２ ｌ． ５０ ；修 改稿 收稿 日期 ：２ １ － ６２ ０ Ｏ０ ．７ ０ ００ －４
中
国
造
船
学 术论文
架如 图 ｌ 示 。 所
通讯系统
ｆ 发射和接收命令、 数据１
控制系统
ｆ 务的协调与控 任 制）
导航、制导系统
孺百而ｖ ６
完成避碰功能）
１ 无 人 潜 航 器 系 统 分 析
ＵＵＶ系 统故 障来 源 是多 方面 的 ，但 主要 有 三个 方面 ：设备 失效 ，环 境干扰 和 设计错 误 。设备 失效 是 ｕｕ 系统 硬 件故 障 的主要 来源 。 Ｖ 本文 主要 研 究 ＵＵ 系 统 的设备 失效 故 障 ， Ｖ 它通 过个 别设 备 的失效 ， 导致整 个 系统不 可靠 。
直方 图、失效分布直方 图和 失效 密度 直方 图，与理论吻合 。
关 键 词 ：船舶、舰船工程；可靠性；计算机仿真；故障树；无人潜航器 中 图 分 类 号 ：Ｕ ７ ， １ Ｔ ２２ ６４ ４ ； Ｐ ０ ９ 文献标 识 码 ：Ａ
０ 引 言
无人 潜 航 器是 新 一代无 人 航 行器 ，将 成 为完 成 各种 水 下任 务 的重要 工 具 ，例 如铺 设管 线 、海底 考
察 、数 据 收集 、钻 井 支援 、海 底 施工 、水 下设 备维 护 与维 修 、海上 侦 察 与搜索 、水 下搜索 与 调查 、反
潜 作战 等 。为 了科 学地 评 价 该系统 ，无 人潜 航器 的系 统 研究和 可 靠性 结合 就显 得极 为迫 切［。目前 ，在 “ 复杂 系统 可靠 性 分析 中，普遍 采用 的方 法 是故 障树 分析 引 ，它通 过对 可 能造成 系统 失效 的各 种 因素 进行 分 析 ，画 出故 障树 ，计算 系统 的平均 故 障 间隔 时 间 、系 统 失效 率及 其 他可靠 性 参数 。通 过 可靠 性 仿真 不仅 可 以求 解 系统 对 可靠 性 的 点估计 值 ，还 可 以在 运行 过程 中观察 系 统 内各 部 分 的可 靠性 所产 生 的 作用 ，并 获得 系统 内部 更多 的 可靠 性信 息 ，这对 改进 系 统或 重新 设计 系统 均有 指导 意义 。
算 。它研究 造成 系统 失效这 一事件 的各种直接 和 间接 原 因，并在 这些 事件 之 间建立 逻辑 关系 。 因而 这 种 方法 在系 统 的设 计和 生产 阶段可 以帮助寻 找潜在 事故 ，在 系统 的使 用和 维护 阶段 可 以帮助进 行失 效
诊 断 ，为改进 系统设 计提供 定量依 据 。 Ｊ ２１ ＵＵＶ 系统 故 障 树 的建 立 ． 利用 故障树 分析 系统 的可靠 性 时 ，故 障树 的建造 是关 键 ，其完 善与 否直接 影 响定性 、定 量分 析 的