一种卫星平台可靠性薄弱环节分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种可靠性薄弱环节分析方法，特别是一种卫星平台可靠性薄弱环节 分析方法，属于卫星总体设计技术领域。
【背景技术】
[0002] 卫星的可靠性设计分析工作，很大一部分都是在分析查找薄弱环节并进行设计改 进。薄弱环节分析方法有很多种，既有定性的分析方法，如故障模式影响分析、故障树分析、 事件树分析、潜通路分析、最坏情况分析等；也有定量的分析方法，如故障模式影响及危害 性分析中的风险优先数法、故障树分析中的事件概率分析、概率风险分析等。
[0003] 在该些薄弱环节分析方法中，现有的各种方法在应用上都或多或少地存在一些问 题。故障模式影响分析方法只能分析单一故障模式的影响，不能够针对多故障模式组合的 情况进行分析，分析结果可能有遗漏；故障树分析方法能够对多故障模式组合的情况进行 分析，但只能W选定的顶事件开始分析，不能遍历所有的故障模式；潜通路和最坏情况分析 都是针对的可能存在薄弱环节的某一方面开展分析，并不能通过该两种方法发现全部的薄 弱环节；故障模式影响及危害性分析中的风险优先数法和故障树分析中的事件概率分析方 法都是应用较多的方法，但该两种方法受故障模式影响分析和故障树影响分析固有的缺点 制约，虽然做到了量化分析，但全面性不够，仍然可能有遗漏。
[0004] 概率风险分析方法最初应用于核电站，现在逐步向各行各业扩展，应用范围越来 越广。该方法主要分为两步；第一步确定危险事件的发生概率，第二步确定危险事件发生后 的损失值，发生概率和损失值的乘积即为概率风险值。其中确定危险事件发生概率的方法 又可W有多种，如可靠性预计、可靠性评估、故障树计算等；确定损失值又可W有多种方法 和多种度量方式，可W是金钱，也可W是时间W及其他度量方式。因此概率风险分析方法是 一类方法的统称。
【发明内容】
[0005] 本发明的技术解决问题是；克服了在当前卫星薄弱环节分析中，无法有效地利用 大量的在轨卫星故障信息来评估和发现薄弱环节的问题，提出了一种卫星平台可靠性薄弱 环节分析方法，根据同一平台多颗在轨卫星的在轨故障数据，利用截止的分析时间点、到截 止时间点时该平台在轨卫星数量、该平台每颗在轨卫星的发射入轨时间、每颗卫星不同设 备的在轨故障次数、不同故障类型的严重程度等信息，计算出各在轨故障设备的概率风险 值，通过比较概率风险值的大小来定位平台的初步可靠性薄弱环节，再针对初步可靠性薄 弱环节中的每个单机设备，分析每种设备在该平台上的可靠性增长规律，确定该设备的在 轨问题是否已得到解决，进而判断该设备是否仍然是该平台的薄弱环节，从而确定平台的 最终可靠性薄弱环节；本方法评估出的概率风险值相对于故障严重性等级更准确，更符合 实际情况。
[0006] 当前的薄弱环节分析注重地面设计研制阶段的事前分析，兼顾在轨质量问题归零 的结果，但对在轨问题并没有一个有效的评估和判别方法。
[0007] 本发明的技术解决方案是；一种卫星平台可靠性薄弱环节分析方法，步骤如下：
[0008] (1)根据分析的截止时间点T。，按发射时间先后排序，令该截止时间点前已发射的 第i颗卫星的发射时间Ti，计算每颗卫星的累计运行时间ti= T i-T。，i = 1，，2,. . .，n，n为 到截止时间点T。该平台已发射卫星的总数；
[0009] (2)统计截止时间点T。前，该平台在轨卫星发生故障的设备名称和设备种类数N， 统计第j种设备的故障名称和故障种类数Aj, j = 1，2,…，N，统计第j种设备在第i颗卫星 上的故障问题发生次数Fj,;
[0010] (3)根据第j种设备在第i颗卫星上的装星数量Mj,，计算第j种设备在所有n颗 卫星上的累计运行时间tej;
[0011] (4)根据第j种设备的累计运行时间第j种设备的第k种故障模式的在轨发 生次数Cjk，j = 1，2,. . .，N，k = 1，2,. . .，Aj，计算第j种设备第k种故障模式的在轨发生概 率P化；
[0012] (5)确定卫星平台在轨故障等级和各等级故障的损失值Dp,p= 1，2, 3,4;
[0013](6)根据第j种设备第k种故障模式的发生概率Pj.k，W及对应的损失值Dp,确定第 j种设备的概率风险值rj;
[0014] (7)重复步骤（3)~步骤化），计算出所有种类设备的概率风险值；
[0015] (8)选取概率风险值r/j、于预先设定的概率风险判断阔值的设备j'为初步薄弱 环节，进入步骤巧）；
[0016] (9)针对初步薄弱环节中的第m种设备，确定第m种设备在第i颗卫星上的累计运 行时间temi;
[0017] (10)根据第m种设备在第S颗卫星上的故障问题发生次数Fm,，s = l，，2，...，n， 计算第m种设备截止到第i颗卫星上的累计故障次I
[0018] (11)根据第m种设备截止到第i颗卫星上的累计故障次数Fsmi和累计运行时间 temi，计算第m种设备截止到第i颗卫星的累计MTBF值
并计算其自然对数 结果In(MTBFsmi);
[001引计算第i颗卫星上的累计运行时间temi的自然对数值ln(te_J ;
[0020](13)利用最小二乘法对步骤（11)和步骤（12)得到的数据（In(te_J， In(MTBFsmi))进行线性拟合，得到趋势线y=amX+bm，其中a。为第m种设备在该卫星平台的 可靠性增长率；
[0021] (14)对步骤（13)的结果进行分析，若第m种设备的可靠性增长率am〉0. 5,且数据 (ln(tej，In(MTBFsmi))的线性相关系数5。〉〇.8,则该设备不再是待分析卫星平台的薄弱 环节，将该设备从初步薄弱环节列表中剔除，反之则将该设备予W保留，所述Sm根据最小 二乘法线性拟合时的相关系数计算得到；
[0022] (15)重复步骤巧）~步骤（14)，对初步薄弱环节中的每种设备进行分析，初步薄 弱环节列表中最终保留的设备为该卫星平台的最终薄弱环节。
[0023] 所述步骤（3)中的第j种设备的累计运行时间具体由公式：
[0024]
[002引 给出。
[0026] 所述步骤（4)中的第j种设备第k种故障模式的在轨发生概率，具体由公式：
[0027]
[0028] 给出，T = X*365*2化；所述为在轨年数，根据目前卫星的设计寿命，X -般取3年 或5年。
[0029] 所述步骤巧）中确定卫星平台在轨故障等级和各等级故障的损失值Dp, P = 1，2, 3, 4;具体为：
[0030] 所述在轨故障等级包括；灾难性故障、关键性故障、非主要故障和轻度故障，各个 等级对应的损失值分别为；灾难性故障；Di= 10000万元，关键性故障；D 2= 1000万元，非 主要故障；〇3= 100万元，轻度故障；D 4= 10万元。
[003。 所述步骤做中的第j种设备的概率风险值具体由公式：
[0032]
[0033] 给出，其中Dj.k为第j种设备第k种故障模式的损失值，根据实际严重等级取D1、 〇2、〇3、〇4 其中之一。
[0034] 本发明与现有技术相比的优点在于：
[00巧](1)本方法利用在轨卫星的实际飞行故障数据来评估每种故障模式的发生概率， 实现了对每种故障模式发生概率的最准确估算，卫星的在轨飞行故障数据相当于一个产品 的实际现场使用数据，因此本方法是一种事后分析的方法，在轨故障数据实实在在地反映 出卫星的问题，所W相对于故障模式影响分析、故障树分析等事前分析方法，本方法的结果 更符合实际情况；
[0036] (2)本方法采用故障模式发生概率和故障模式发生后损失值相乘的方法来计算故 障模式的概率风险值，实现了对不同故障模式之间严重程度统一的比较和度量，相对于确 定性分析方法，如故障模式影响分析、潜通路分析方法，本方法评估出的概率风险值相对于 故障严重性等级更准确，更能反映事实；
[0037] (3)本方法使用可靠性增长分析的方法对识别出的初步薄弱环节中的每种设备， 进行进一步的问题分析，通过可靠性增长分析结果来判别该设备的在轨问题是否已经得到 解决；从而防止将在过去型号中问题较多，而在目前在轨型号中问题已经得到解决的设备 定为薄弱环节。
【附图说明】
[0038] 图1为本发明方法流程图。
[0039]图2为本发明实施例中对初步薄弱环节中对每台单机的可靠性增长分析的增长 曲线拟合图。
【具体实施方式】
[0040] 如图1所示为本发明的方法流程图，从图1可知，本发明提供的一种卫星平台可靠 性薄弱环节分析方法，具体步骤如下：
[0041] (1)根据分析的截止时间点T。，按发射时间先后排序，令该截止时间点前已发射的 第i颗卫星的发射时间Ti，计算每颗卫星的累计运行时间ti= T i-T。，i = 1，，2,. . .，n，n为 到截止时间点T。该平台已发射卫星的总数；
[0042] (2)统计截止时间点T。前，该平台在轨卫星发生故障的设备名称和设备种类数N， 统计第j种设备的故障名称和故障种类数Aj, j = 1，2,…，N，统计第j种设备在第i颗卫星 上的故障问题发生次数Fj,;
[0043] (3)根据第j种设备在第i颗卫星上的装星数量Mj,，计算第j种设备在所有n颗 卫星上的累计运行时间具体由公式：
[0044]
[004引 给出。
[0046] (4)根据第j种设备的累计运行时间第j种设备的第k种故障模式的在轨发 生次数Cjk，j = 1，2, . . .，N，k = 1，2, . . .，Aj，计算第j种设备第k种故障模式的在轨发生概 率Pj.k;具体由公式：
[0047]
[0048] 给出，T = N*365*2化；所述N为在轨年数。
[0049] (5)确定卫星平台在轨故障等级和各等级故障的损失值Dp, P = 1，2, 3, 4 ;具体为：
[0050] 所述在轨故障等级包括；灾难性故障、关键性故障、非主要故障和轻度故障，该是 根据中国空间技术研究院标准Q/W 1125 - 2007《航天器在轨故障等级规定》的规定划分 的，各个等级对应的损失值分别为；灾难性故障；Di= 10000万元，关键性故障；D 2= 1000 万元，非主要故障；〇3= 100万元，轻度故障；D 4= 10万元。
[0051](6)根据第j种设备第k种故障模式的发生概率Pj.k，W及对应的损失值Dp,确定第 j种设备的概率风险值IV具体由公式：
[0052]
[0053] 给出，其中Dj.k为第j种设备第k种故障模式的损失值，根据实际严重等级取D1、 化、〇3、其中之一，第j种设备第k种故障模式的只对应一种损失值。
[0054] (7)重复步骤做~步骤化），计算出所有种类设备的概率风险值；
[0055] (8)选取概率风险值r/j、于预先设定的概率风险判断阔值