本發(fā)明屬于工程，涉及一種基于模型的飛機(jī)復(fù)雜電氣回路網(wǎng)絡(luò)可靠性評(píng)估方法、計(jì)算機(jī)設(shè)備、計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。

背景技術(shù)：

1、目前，傳統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)飛機(jī)逐漸被復(fù)合材料所取代，這使得傳統(tǒng)的供電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)逐漸被復(fù)合材料所取代，傳統(tǒng)的供電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和管理方法可能不再適用。為彌補(bǔ)復(fù)合材料飛機(jī)的金屬含量少且分布不均等缺陷，通過(guò)添加電氣回路網(wǎng)絡(luò)為飛機(jī)提供可靠的電通路和零電位。電氣回路網(wǎng)絡(luò)由金屬結(jié)構(gòu)（如金屬條、電線和緊固件）組成，用于將雷電脈沖安全地引離飛機(jī)，并為非關(guān)鍵電氣系統(tǒng)提供接地，從而避免地電位波動(dòng)和地回路壓降過(guò)大，保障供電品質(zhì)和設(shè)備正常運(yùn)行，確保飛機(jī)電氣回路網(wǎng)絡(luò)整體魯棒性和可靠性。因此，對(duì)電氣回路網(wǎng)絡(luò)的可靠性評(píng)估研究，有助于理解和解決飛機(jī)面臨的電氣系統(tǒng)挑戰(zhàn)，提高其設(shè)計(jì)的可靠性和安全性。

2、作為現(xiàn)有技術(shù)，波音公司于2009年申請(qǐng)了發(fā)明專利（us20090323539a1）“reliability?estimation?methods?for?large?neteorked?systems”。這項(xiàng)專利申請(qǐng)涉及一種基于可靠性框圖的電氣回路網(wǎng)絡(luò)可靠性評(píng)估方法，通過(guò)節(jié)點(diǎn)和鏈路的組合反映飛機(jī)金屬元件的工作狀態(tài)。該專利申請(qǐng)引入近似計(jì)算方法，其中包括路徑和割集枚舉，用于計(jì)算系統(tǒng)可靠性的上下限，并采用二叉決策圖表示可靠性的上下限。

3、但是，當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模較大或結(jié)構(gòu)復(fù)雜時(shí)，路徑和割集的枚舉過(guò)程變得耗時(shí)且復(fù)雜。此外，二叉決策圖是一種用于布爾函數(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在處理可靠性問(wèn)題時(shí)，需要有效構(gòu)建和管理這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。隨著系統(tǒng)規(guī)模的增加，需要更多的計(jì)算和存儲(chǔ)資源來(lái)維護(hù)這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，限制了方法的可擴(kuò)展性。這些過(guò)程都需要大量的計(jì)算資源和時(shí)間，增加計(jì)算成本的同時(shí)限制了該方法在實(shí)際工程應(yīng)用中的適用性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于模型的飛機(jī)復(fù)雜電氣回路網(wǎng)絡(luò)可靠性評(píng)估方法、計(jì)算機(jī)設(shè)備、計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，能夠高效率低成本地精確識(shí)別故障區(qū)域并量化電氣回路網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一個(gè)方面提供一種基于模型的飛機(jī)復(fù)雜電氣回路網(wǎng)絡(luò)可靠性評(píng)估方法，包括：

3、步驟s1：將飛機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)元件抽象為節(jié)點(diǎn)，纜線連接抽象為邊，利用圖論方法將電氣回路網(wǎng)絡(luò)的電路結(jié)構(gòu)抽象為模型圖，使用連通性檢查算法進(jìn)行節(jié)點(diǎn)之間的連通性分析，以判斷電氣回路網(wǎng)絡(luò)的完整性；

4、步驟s2：基于模型圖，采用蒙特卡洛算法對(duì)任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的連通路徑進(jìn)行多次循環(huán)的隨機(jī)失效模擬，在每次循環(huán)中，通過(guò)隨機(jī)抽樣確定連通路徑間節(jié)點(diǎn)和邊的失效時(shí)間，通過(guò)失效概率判斷在模擬中失效的節(jié)點(diǎn)和邊，從模型圖中移除判斷為失效的節(jié)點(diǎn)和邊，使用連通性檢查算法進(jìn)行節(jié)點(diǎn)之間的連通性的檢查；

5、步驟s3：在判斷節(jié)點(diǎn)之間存在連通性的情況下，利用拉普拉斯算法進(jìn)行電氣回路網(wǎng)絡(luò)總阻值的近似計(jì)算，并判斷總阻值是否小于給定的阻值閾值，若總電阻值小于給定的阻值閾值，則表示該電氣回路網(wǎng)絡(luò)可靠，否則不可靠；

6、步驟s4：重復(fù)步驟s2和步驟s3，直到達(dá)到規(guī)定的循環(huán)次數(shù)，記錄每次模擬的連通性、總阻值和失效概率，最終輸出可靠概率作為電氣回路網(wǎng)絡(luò)的可靠性指標(biāo)。

7、優(yōu)選地，在步驟s1中，為每條邊分配權(quán)重以表示線纜的阻值，構(gòu)建鄰接矩陣和權(quán)重矩陣，其中，鄰接矩陣中的每個(gè)元素表示節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間是否存在連接關(guān)系，權(quán)重矩陣記錄連接的權(quán)重。

8、優(yōu)選地，采用并查集算法作為連通性檢查算法。

9、優(yōu)選地，在步驟s2中，如下確定節(jié)點(diǎn)和邊的失效時(shí)間：

10、

11、其中，是在區(qū)間?[0,?1]?上均勻分布的隨機(jī)數(shù)，是節(jié)點(diǎn)和邊的故障率。

12、優(yōu)選地，在步驟s2中，如下計(jì)算失效概率：

13、

14、其中，為累積分布函數(shù)，表示失效時(shí)間小于或等于設(shè)定的故障時(shí)間閾值的概率。

15、優(yōu)選地，在步驟s3中，基于節(jié)點(diǎn)之間的阻值來(lái)計(jì)算電氣回路網(wǎng)絡(luò)的總阻值，其中，如下計(jì)算任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)和之間的阻值：

16、

17、其中，代表拉普拉斯矩陣中去除第行和第列后的子矩陣的行列式，代表拉普拉斯矩陣中第行和第列的余子式。

18、本發(fā)明的另一個(gè)方面提供一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序以實(shí)現(xiàn)上述的方法的步驟。

19、本發(fā)明的又一個(gè)方面提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述的方法的步驟。

20、本發(fā)明的又一個(gè)方面提供一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述的方法的步驟。

21、根據(jù)本發(fā)明上述方面的基于模型的飛機(jī)復(fù)雜電氣回路網(wǎng)絡(luò)可靠性評(píng)估方法、計(jì)算機(jī)設(shè)備、計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)和計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，能夠高效率低成本地精確識(shí)別故障區(qū)域并量化電氣回路網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

技術(shù)特征：

1.一種基于模型的飛機(jī)復(fù)雜電氣回路網(wǎng)絡(luò)可靠性評(píng)估方法，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟s1中，為每條邊分配權(quán)重以表示線纜的阻值，構(gòu)建鄰接矩陣和權(quán)重矩陣，其中，鄰接矩陣中的每個(gè)元素表示節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間是否存在連接關(guān)系，權(quán)重矩陣記錄連接的權(quán)重。

3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，采用并查集算法作為連通性檢查算法。

4.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步驟s2中，如下確定節(jié)點(diǎn)和邊的失效時(shí)間：

5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在步驟s2中，如下計(jì)算失效概率：

6.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步驟s3中，基于節(jié)點(diǎn)之間的阻值來(lái)計(jì)算電氣回路網(wǎng)絡(luò)的總阻值，其中，如下計(jì)算任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)和之間的阻值：

7.一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序以實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求?1-6中任一項(xiàng)所述的方法的步驟。

8.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的方法的步驟。

9.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于模型的飛機(jī)復(fù)雜電氣回路網(wǎng)絡(luò)可靠性評(píng)估方法，包括：將飛機(jī)電氣回路網(wǎng)絡(luò)的電路結(jié)構(gòu)抽象為模型圖；采用蒙特卡洛算法對(duì)任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的連通路徑進(jìn)行多次循環(huán)的隨機(jī)失效模擬，并進(jìn)行節(jié)點(diǎn)之間的連通性檢查；在判斷節(jié)點(diǎn)之間存在連通性的情況下，利用拉普拉斯算法進(jìn)行電氣回路網(wǎng)絡(luò)總阻值的近似計(jì)算，若總電阻值小于給定的阻值閾值，則表示該電氣回路網(wǎng)絡(luò)可靠，否則不可靠；重復(fù)進(jìn)行隨機(jī)失效模擬步驟和可靠性評(píng)估步驟，直到達(dá)到規(guī)定的循環(huán)次數(shù)，記錄每次模擬的連通性、總阻值、失效概率，最終輸出可靠概率作為電氣回路網(wǎng)絡(luò)的可靠性指標(biāo)。本發(fā)明能夠高效率低成本地精確識(shí)別故障區(qū)域并量化電氣回路網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

技術(shù)研發(fā)人員：潘雅靈,黃鐸佳,阮輝,熊波波,蔡柳依婷
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗(yàn)研究所（（工業(yè)和信息化部電子第五研究所）（中國(guó)賽寶實(shí)驗(yàn)室））
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10