基于结构-维修作业-环境相关性建模的载人航天器维修性评估方法研究

Good maintainability of manned spacecraft is needed for its on-orbit maintenance, and it is very important to evaluate the maintainability of manned spacecraft during design stage for the improvement of its maintainability. At present, due to the lack of accumulated data of on orbit maintenance, the accuracy and applicability of existing maintainability evaluation model is difficult to meet the needs of decision-making for manned spacecraft maintainability design. Consequently, this project studies the method system of maintainability evaluation for manned spacecraft based on correlation model of structure-maintenance activity-environment, in which the maintainability index is mapped from structural and maintenance influence domain. Firstly, the corresponding mechanism between structural features and basic maintenance operations is elucidated, and the mechanism of how the environmental elements influence the maintenance time is analyzed, then the correlation model of structure-maintenance activity-environment is proposed. On this basis, the construction method of maintenance process and the evaluation method of maintainability index are studied. Finally, comprehensive evaluation model of system structure and environmental elements is designed, based on which the recognition method of system maintainability design defect is developed..The proposed approach of maintainability evaluation will improve the credibility and practicability of maintainability assessment techniques for manned spacecraft, which provide a new model of maintainability evaluation during design stage for new research equipment.

载人航天器在轨维修要求其自身具备良好的维修性，而设计阶段维修性评估是控制载人航天器维修性设计水平的重要环节。当前，由于缺乏在轨维修数据信息积累，已有维修性评估模型的准确性和适用性难以满足载人航天器维修性评估决策的需求。为此，项目提出面向维修性评估的结构-维修作业-环境相关性模型，研究由装备结构和维修影响域要素映射到维修性指标的评估方法体系。首先探索装备结构、维修影响域与维修的关联关系，明确装备结构和维修作业之间的对应机制，揭示维修影响域因素对维修作业时间的影响机理，研究建立装备结构-维修作业-环境相关性模型，在此基础上，研究维修作业过程生成方法及维修性指标估计计算方法，最后基于装备结构、环境要素综合评价研究识别系统维修性设计薄弱环节的方法。.项目提出的维修性评估方法有利于提高载人航天器设计阶段维修性评估技术的工程实用性和可信性，将为新研制装备设计阶段维修性评估提供一种全新的实现模式。

针对载人航天器这类大型复杂装备，设计阶段维修性评估是控制其维修性设计水平的重要环节。由于新研装备在实际工程中缺乏维修数据积累，导致已有维修性评估模型的准确性和适用性受到很大程度的限制，远远不能满足大型新研装备特别是载人航天器的维修性评估决策需求。为此，项目基于结构-维修作业-环境相关性模型开展设计阶段维修性评估方法研究。主要包括以下内容：. 提出了产品结构特征与维修作业之间映射关系的获取方法，分析明确了产品设计阶段维修影响域要素及其对产品维修过程的影响机制，并通过模糊灰关联分析明确了维修影响域要素与维修作业时间指标的相关性，为维修作业过程生成和维修性指标估计奠定了基础。. 研究了考虑维修空间的产品维修拆卸序列生成方法，在此基础上，考虑设计阶段产品维修性评估的信息需求，研究提出了基于层次着色Petri网的维修过程建模方法，可有效支持设计阶段维修性定量指标和定性属性的分析评估工作。. 提出了基于比例维修模型的维修作业时间估计方法，构建了维修作业过程属性与维修作业时间之间的映射模型，并结合维修过程模型实现了产品维修时间指标的估计，降低了工程中对历史数据的依赖。. 研究了维修性设计评价及缺陷识别方法。结合维修过程模型提出了维修性属性层次化分析方法，构建了维修性属性综合评价模型，综合评价产品维修性的同时可快速识别维修性设计的薄弱环节，提高了维修性设计改进的针对性。. 在项目理论方法研究的基础上，选择载人航天器某子系统为对象进行了案例分析验证，结果表明了所提方法的有效性。. 总的来说，所提方法具有通用性，为新研装备设计阶段维修性分析评估提供了一种新的思路和方法，具有良好的应用前景。