任务驱动的集群无人机RMS分析与评估技术课件 8 集群无人机RMS模型研究

8集群无人机RMS模型研究CONTENTS目录8.1当前成熟的RMS模型概述8.2平台层RMS模型的构建8.3集群层RMS模型的构建8集群无人机RMS模型研究

集群无人机RMS模型分析现有系统，研究平台层与集群层模型，聚焦建模技术与方法。

建模步骤遵循分析、方法、过程三步，深化体系层RMS建模探索。当前成熟的RMS模型概述8.18.1当前成熟的RMS模型概述：1．可靠性框图模型可靠性框图模型概述可靠性框图模型是用方框表示复杂产品组成部分故障与系统故障逻辑关系的图，反映系统与单元功能状态逻辑关系。应用范围与描述能力可靠性框图模型因简单易懂，广泛应用于单装层面描述单一装备及组成部分功能状态关系；特定条件下扩展到装备基本作战单元层面，描述保障对象系统与各单一装备功能状态关系。数学模型转化与应用在一定假设条件下，可靠性框图模型可转化为数学模型，建立系统与单元RMS参数定量关系，求解系统可靠度等参数。8.1当前成熟的RMS模型概述：2．状态转移模型状态转移模型简介状态转移模型是划分系统状态并描述转移关系的逻辑模型，依赖明确区分系统状态，随系统单元数增加，状态数呈指数增长易致“状态爆炸”。解决小规模系统RMS建模状态转移模型可解决小规模系统RMS建模，基于随机过程理论方法，能求解可靠度、可用度等RMS参数。适用范围及局限性建立系统状态转移模型需明确定义故障或状态，难以解决高层次装备作战单元保障对象系统的RMS建模问题。8.1当前成熟的RMS模型概述：3．数学模型RMS参数的数学模型构建RMS单项参数可基于可靠性框图或状态转移模型建立与单元参数的数学模型；综合参数可利用单元参数建模或系统单项参数建模求得。RMS参数的数学模型限制与替代方法数学模型存在假设约束，部分RMS参数求解复杂，仿真分析建立模型是可行有效途径。8.1当前成熟的RMS模型概述4．仿真模型仿真模型利用仿真手段解决复杂RMS参数建模问题，广泛应用于装备基本作战单元层次的RMS建模。8.1当前成熟的RMS模型概述：5．PMS模型

PMS系统概述PMS是含时间连续不重叠任务阶段的任务系统，各阶段任务要求、系统配置、故障判据及单元故障特性均有变化。8.1当前成熟的RMS模型概述：5．PMS模型PMS模型构建与应用

PMS模型应用通过将复杂任务划分为阶段任务并建模，求得RMS参数，适用于装备基本作战单元层保障对象系统的RMS参数建模。

PMS模型功能解决复杂作战任务的RMS建模，可计算任务效能、成功概率和可信度等综合参数，基于各阶段任务的适当RMS模型。平台层RMS模型的构建8.28.2.1建模分析系统可靠性原理

系统各组成部分按任务要求的可靠性关系影响整个系统的正常或故障状态，任务执行方式如图所示。无人机系统组成与性能

某型无人机系统由飞行器等多系统组成，电子设备MTBF≥30h，机体寿命≥20起落，发动机寿命≥100h，标准配置6架飞机和14辆装备车。系统状态与故障逻辑

无人机系统各组成部分满足任务要求为可用状态，整体性能不满足任务功能则故障转换到不可用状态，串联逻辑单元故障会导致系统故障。8.2.2建模方法无人机系统RMS参数聚合

平台层RMS模型构建聚合单装RMS参数，形成系统级RMS模型，体现无人机系统整体可靠性。

建模方法分阶段聚合，单项参数直接叠加，综合参数需计算，复杂任务整合多阶段参数。8.2.2建模方法可靠性与RMS参数分析方法

平台层RMS模型构建利用数学方法分析参数间关系，建立可靠性框图或状态转移模型，直接建模或仿真获取MTBF、MTTR等参数。

针对不同需求的RMS参数建模建立RMS综合参数与单项参数关系模型，进行公式推导，或通过仿真过程获取RMS综合参数，适用于复杂任务的PMS模型计算。8.2.2建模方法复杂任务RMS模型构建至此，对于系统的任何一个复杂任务及其每个阶段任务，都可以建立一组RMS模型。8.2.3建模过程

01平台层RMS模型构建依据PMS理论分阶段，复杂任务拆解，应用特定建模方法研究系统。

02建模过程细化任务至可管理单元，逐级构建，确保模型准确性与实用性。8.2.3建模过程

1．建立复杂任务的任务时序模型复杂任务时序模型是将复杂任务按时序划分为配置不同且互不重叠的阶段任务，各阶段任务配置不同，RMS建模需综合考虑相关因素。8.2.3建模过程2．建立功能组成模型和可靠性逻辑关系模型

无人机任务执行分析多层功能组成，建立功能模型，图8-4示例。

可靠性关系确定确定组成部分间逻辑关系，如串联、并联，用可靠性框图表示。8.2.3建模过程3．建立RMS参数模型

平台层RMS模型构建涵盖单项参数模型，包括可靠性与维修性，及综合参数模型，考虑系统复杂度与特点，适用数学或仿真方法。

任务成功概率深化引入多次故障可信度模型，通过任务时间、允许维修时间等参数，计算不同故障次数下的任务成功概率，深化模型实用性。8.2.3建模过程4．建立RMS仿真模型平台层RMS模型构建基于装备参数指标，分析任务配置，模拟使用维修，统计计算获取RMS参数。RMS参数仿真过程分阶段任务仿真，复杂任务通过循环调用实现，收集数据，应用统计模型计算RMS参数。8.2.3建模过程5．RMS参数的统计计算

仿真次数与时间设定设定每次仿真分析1000次，每次1000s，针对具体阶段采用阶段任务时间，统计大量数据计算RMS参数值。

（1）MTBCF计算通过记录无人机系统停机与修复时刻，计算任务时间内的总工作时间和停机次数，求得MTBCF为总工作时间除以停机次数。

（2）任务可靠度曲线排序并等分仿真数据，统计各区间内数据比例，连接比例点得到任务可靠度曲线，用回归分析拟合。

（3）MTTRF计算MTTRF计算与MTBCF相反，统计任务时间内总停机时间和停机次数，MTTRF为总停机时间除以停机次数。8.2.3建模过程：5．RMS参数的统计计算01（4）任务维修度曲线排序仿真数据，统计各区间内累加个数比例，连接比例点得到任务维修度曲线，用回归分析拟合。02（5）平均故障次数统计每次仿真故障次数，多次求平均得到平均故障次数。03（6）使用可用度计算基于统计数据，计算无人机系统使用可用度。04（7）任务成功概率根据统计数据，使用特定公式计算无人机系统任务成功概率。集群层RMS模型的构建8.38.3集群层RMS模型的构建

集群层RMS模型构建探讨方法与过程，由多无人机系统组成，类似体系层构建。

体系层相似性体系层构建与集群层相似，基于多系统结构，方法过程类比。8.3.1建模分析

无人机集群任务执行特性无人机集群由无人机系统及通信链路组成，各部分独立承担任务，按要求执行，任务执行效果按逻辑关系影响集群整体，松耦合性导致RMS建模困难。

集群任务结构与状态判断集群各组成部分状态可明确判断，但整体状态难区分，因个体按任务逻辑共同决定最终效果，中间过程是“黑盒子”，仅终点能判断任务成败。8.3.1建模分析基于PMS思想的集群任务建模

集群层RMS模型构建挑战传统建模受限于系统状态，集群任务配置动态变化，需分阶段处理。

PMS思想下的解决方案按时间节点与配置划分子任务，实现配置不变性，适用传统建模方法。8.3.2建模方法

建模基础分析任务可靠性，构建逻辑关系，适配RMS模型。

任务逻辑针对集群，分析上下层任务间的关系，而非组件功能。8.3.2建模方法1．任务逻辑关系

任务逻辑关系串联:所有子任务成功则任务成功；并联:任一子任务成功则任务成功；表决:k个及以上子任务成功则任务成功；冷储备:主任务失败后，储备任务依次顶替。

子任务时序关系子任务间存在串行与并行时序逻辑，明确时序关系是RMS参数建模关键。8.3.2建模方法2．模型构建方法分析

01集群层RMS模型构建按阶段任务划分连续子任务，各子任务参数不变，构建RMS参数模型，研究参数变化，揭示系统内部规律。

02任务要求分配任务要求含执行时间与量，自上而下分配至无人机与通信链路，共同完成集群目标。8.3.3建模过程1．分解集群任务

集群层RMS模型构建按任务配置不变原则，将集群阶段任务分解为连续不覆盖的子阶段任务，确保任务配置一致，便于RMS参数建模。

子阶段任务划分通过截断无人机系统任务的开始与结束时间，形成集群子阶段任务，同时各无人机系统阶段任务也被分解，满足配置不变原则，形成无人机系统子阶段任务。8.3.3建模过程2．分配集群子阶段任务的任务要求

集群层RMS模型构建分解阶段任务为子任务，明确任务要求，建立参数