(19)中华 人民共和国 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 202111481142.0 (22)申请日 2021.12.0 6 (71)申请人 中国航空综合 技术研究所 地址 100028 北京市朝阳区东 直门外京顺 路7号 (72)发明人 王鑫　王如平　周一舟　 (74)专利代理 机构 北京孚睿湾知识产权代理事 务所(普通 合伙) 11474 代理人 韩燕 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 119/02(2020.01) (54)发明名称 基于跨层次建模的故障仿真 分析方法 (57)摘要 本发明提供了一种基于跨层次建模的故障 仿真分析方法， 其包括： 在装备使用场景信息基 础上， 搭建装备级使用场景模型， 分析系统装备 级至系统级的操作要求， 搭建系统级操作模型， 结合系统安全性性能要求， 明确系统故障判据， 通过集成构建系统性能模型， 构建关键部位故障 机理模型， 进行跨层级综合仿真和系统故障仿真 分析， 观测系统在不同故障机理条件 下的失效时 间。 本发明基于故障机理、 系统性能、 系统操作失 效自下而上的影响关系， 分析系统失效时间， 更 具完整性和准确性， 适用范围广， 仿真与设计更 加贴合， 分析 结果具有实际的指导 意义。 权利要求书3页 说明书10页 附图5页 CN 114329910 A 2022.04.12 CN 114329910 A 1.一种基于跨层次建模的故障仿真 分析方法， 其特 征在于， 其包括以下步骤： S1、 装备级使用场景建模： 在装备使用场景信息基础上， 搭建装备级使用场景模型， 所 述装备使用场景信息包括任务信息、 环境信息和交联信息； S2、 系统级操作建模： 在所述装备级使用场景模型基础上， 分析系统装备级至系统级的 操作要求及任务、 环境和交联信息， 并在此基础上 搭建系统级操作模型； S21、 构建系统级操作模型元素， 所述系统级操作模型元素包括系统级输入指令 Soperation、 系统使用环境模型Senvironment、 系统操作阶段 和持续时间 其中j表示系统 在每个任务阶段内的操作阶段且j＝1,2, ...,mmission且mmission表示操作阶段划分总数， 所述 系统级输入指令Soperation为： 所述系统使用环境模型Senvironment为： Senvironment＝{Stemperature,Shumidity,Ssalt,Sother}    (5) 其中， Stemperature表示系统执行任务所处环境的温度； Shumidity表示系统所处环境湿度； Ssalt表示系统所处环境的盐雾； Sother表示系统模型中包 含的其他环境因素； S22、 将所述系统级操作模型元素与装备级使用场景模型元素进行关联， 并建立起二者 之间的传递关系； S3、 系统故障判据确定： 在所述系统级操作模型基础上， 结合系 统安全性性能要求， 明 确系统故障判据， 所述故障判据包括但不仅限于系统性能指标和系统安全性阈值， 所述系 统性能指标包括装备不同场景下对系统的输入和输出性能要求， 所述系统安全性阈值为影 响系统功能及性能实现的指标阈值； S4、 系统性能建模： 将系统进行层次化分解获得层次化单元， 建立层次化单元性能模 型， 通过集成构建系统性能模型， 进而形成装备使用场景——系统操作场景——系统性能 模型的跨层级集成模型； S41、 根据组成系统对象特性将系统进行层次化分解： 结合系统设计特性及性能建模便 捷性分解至合理层级， 获得层次化单 元； S42、 依据分解后的所述层次化单元不同特性， 利用不同的建模语言对所述层次化单元 进行建模、 验证： 依据自底向上的建模原则， 结合所述层次化单元的性能描述、 逻辑架构、 性 能指标、 接口信息、 各 元件设计参数及性能， 采用参数化的方式建立层次化单 元性能模型： U＝{U1,U2,...UL,...,UP}    (6) 其中， UL表示所述层次化单元性能模型的第L个性能参数， L＝1,2, …,P； P表示性能参数 个数； S43、 将不同所述层次化单 元模型进行集成， 构建系统性能模型； S44、 将所述系统级操作模型与系统性能模型进行集成， 形成装备使用场景——系统操 作场景——系统性能模型的跨层级集成模型； S5、 关键部位故障机理建模： 针对所述层次化单元中的关键部位， 开展失效机理建模， 并将其关联至系统性能模型， 形成装备使用场景——系统操作场景——系统性能模型并综 合失效机理的跨层级综合模型； S51、 基于所述装备级使用场景模型与系统级操作模型元素， 分析装备使用及系统操作权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114329910 A 2中与失效机理相关联 的影响因素， 并将其对失效的影响进行建模， 形成以装备使用场景为 基础的单 元关键部位失效机理模型； S52、 与所述层次化单元性能模型中第UL个性能参数关联的失效机理描述为函数 yfailure， 其机理与所述装备级 使用场景模型 元素与系统级操作模型 元素中的部分相关联； S53、 将UL与函数yfailure进行模型间的参数关联， 即在所述跨层级集成模型基础上， 将UL 改为表征其失效机理的yfailure； S6、 跨层级综合仿真： 在所述跨层级综合模型基础上， 启动仿真， 实现所述跨层级综合 模型的联动运行并观察仿真运行的稳定性； S7： 系统故障仿真分析： 在所述跨层级综合模型基础上， 启动综合仿真， 观测系 统在不 同故障机理条件下的失效时间。 2.根据权利要求1所述的基于跨层次建模的故障仿真分析方法， 其特征在于， 所述步骤 S1具体包括以下步骤： S11、 构建装备级使用场景模型元素， 所述装备级使用场景模型元素包括装备任务模型 M、 装备环境模型E和装备外 部交联模型R， 所述装备任务模型M为： 其中， 表示装备所执行任务的阶段； 表示装备任务执行 时间及每个阶段的时 间模型； Mhigh表示装备执行任务的高度变化描述； 表示装备模型中包含的其他任务因 素； i＝1,2,...,nmission且nmission表示任务阶段划分总数； 所述装备环境模型E为： E＝{Etemperature,Ehumidity,Esalt,Eother}    (2) 其中， Etemperature表示装备执行任务所 处环境的温度； Ehumidity表示所处环境湿度； Esalt表 示所处环境的盐雾； Eother表示装备模型中包 含的其他环境因素； 所述装备外 部交联模型R为： R＝{Roperation,Rother}    (3) 其中， Roperation表示操作者的指令； Rother表示其他设备的交 互信息； S12、 将所述装备级使用场景模型元素进行关联， 并依据实际的影响机理进行建模描 述。 3.根据权利要求1所述的基于跨层次建模的故障仿真分析方法， 其特征在于， 所述步骤 S44在所述系统级操作模型基础上， 集成所述系统性能模型， 将所述系统级输入指令 Soperation与系统性能模型的输入指令input进行关联， 将所述系统性能模型的输出outp ut反 馈至所述系统级操作模型， 将其与所述故障判据关联； 所述系统性能模型中的输入指令 input类型定义与所述系统级输入指令Soperation数据类型一致， 其输出output 类型与所述故 障判据中所述系统性能指标的输出性能要求类型一 致。 4.根据权利要求1所述的基于跨层次建模的故障仿真分析方法， 其特征在于， 所述步骤 S7中所述综合仿真包括 实时仿真与非实时仿 真， 所述实时仿真在所述装备级使用场景模型 中设置循环， 并将集成后的所述跨层级模型加载至实时仿 真平台， 启动实时仿真运行程序， 观察并记录所述故障判据输出结果， 直到所述系统性能模型输出超出所述系统安全性阈 值， 则判定为系统失效， 记录对应的仿 真运行时间， 得到造成系统输出失效的底层单元的失权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114329910 A 3