失败影响空中交通管制自动化系统的评价

文摘

ATC(空中交通管制)自动化系统是一个复杂的系统,这有助于维护空中交通秩序,保障飞行间隔,防止飞机碰撞。它是必要的,以确保空中交通的安全。失败影响评价是空中交通管制自动化系统可靠性工程的一个重要组成部分。空中交通管制自动化系统的故障影响评价是针对模块或组件的影响,影响系统的性能和功能。通过分析和评价失效模式及其原因和影响,一些可以建立合理的改进措施和预防性维护计划。本文考虑性能和功能的失败影响评估框架的基础上建立系统的可靠性理论。一些失败的定量评价算法对空中交通管制自动化系统的性能的影响。根据算法,定量评价的可靠性、可用性、可维护性等评估指标可以计算。

1。介绍

ATC(空中交通管制)是一个服务提供的地面控制器直接飞机在地面上和通过管制空域和提供咨询服务,飞机在无控领空。空中交通管制(ATC)的主要目标是确保飞行安全,高效的组织交通流量(1,2]。空中交通管制自动化系统是一种复杂的电子系统与计算机和信息技术相结合。它通常是用来维护空中交通秩序,保证间隔,防止飞机碰撞(3]。它对区域控制和终端空域控制至关重要。空中交通管制自动化系统的可靠性直接影响空中交通安全。

近年来,空中交通管制效率提高了就业的各种类型的空中交通管制自动化系统。但大部分进口ATC自动化系统已经使用了许多年。硬件和软件逐渐下降。因为自制系统的服务时间相对较短,有明显的失败和风险评价中的不确定性。所以失败记录的收集和评估的失败影响尤为紧迫。大量的研究旨在ATC软件的可靠性预测。王旭和刘刚收集这提供空中交通管制自动化系统的故障数据,并采用马尔可夫链预测其可靠性(4]。Ternov和Akselsson识别危害提出了一种新的方法在复杂系统中基于DBE(干扰、影响和障碍)分析,并将结果应用到Malmoe的空中交通管制单位,瑞典(5]。戈麦斯等人说明协助飞行控制器的推荐系统框架,结合论证评估的理论和模型检查权衡和妥协在不完整的存在和可能不一致的信息6]。张等人建立了空中交通管理系统的安全评价指标体系考虑person-equipment-environment-management (7]。Woltjer等人描述方法和结果发展指导,包括弹性工程原则方法论功能安全评估的变化,在空中交通管理(8]。Mayer开发一个集成航空和ATC建模平台比较和评估提出了飞机飞行操作和管制程序9]。弗拉维奥Vismari和Camargo初级提出了ATC系统的安全评估方法通过结合“绝对”和“相对”安全评价方法,使用流体随机Petri网建模形式主义(FSPN) (10]。月球等人进行了空中交通容量和人为错误之间的关系在空中交通管制(ATC)的基础上,评价现有文献和访谈和调查的ATC安全专家(11]。Vanderhaegen [12)也被认为是ATC系统上的人为错误的影响。

可用本文的目的是建立一个框架来评估失败的影响整个ATC系统的子系统或组件,所以常见的利用可靠性理论,如可靠性逻辑框图和FMECA(故障模式、影响和临界分析),而不是深奥的算法。空中交通管制自动化系统的总体结构作为研究对象。结构组成和功能之间的关系进行了分析。建立一个评估框架为失败影响评价根据性能影响和作用效果。部分2给出了空中交通管制自动化系统的结构和功能相对应的图。节3失败的,评价框架对性能的影响进行了探讨,在部分4、评估框架提出了失败的影响函数。

2。空中交通管制自动化系统的基本概念

一个空中交通管制自动化系统可以处理不同类型的雷达数据,形成信息融合的飞行路径。雷达目标的autorelation和飞行计划可以实现。一般的空中交通管制自动化系统的子系统包括RFP(雷达数据处理子系统)面前,RDP(雷达处理子系统),自由民主党(飞行数据处理子系统),SDD(情况数据显示),FDD(飞行数据处理终端)、DRP(数据记录玩),CMD(状态监测显示)。对应的结构和功能图如图1。

空中交通管制自动化系统的子系统之一,RFP, RDP,自由民主党,和DRP有两个裁员。主要设备发生故障时,备用会交换一个主要设备。SDD和FDD显示终端;单个SDD或FDD的崩溃不会影响别人。CMD是用来设置系统参数。每个子系统的失败影响了整个空中交通管制自动化系统的功能和性能。

3所示。评估失败的对空中交通管制自动化系统的性能的影响

过去的记录和历史数据的基础上,在可靠性、可用性、可维护性、系统负载和系统响应时间可以使用适当的定量评价的数学模型。绩效评估的图是图所示2。

3.1。评估失败的对可靠性的影响

ATC的冗余配置在不同的生产自动化已经多样化,例如,single-redundancy, two-redundancy或three-redundancy。评估的模型根据实际应该建立可靠性冗余配置。一般可靠性基于空中交通管制自动化系统图如图3。

在图3,相同的冗余子系统是平行的连接。不同的冗余子系统是串行连接的。假设有工作在整个系统,系统的可靠性可以计算如下: 在哪里子系统的可靠性。

3.2。评估失败的影响可用性

空中交通管制自动化系统的指标的可用性可以估计的基础上维护记录和统计模型。例如,稳定的ATC自动化可以计算使用的可用性 平均无故障时间平均故障间隔时间和MTTR平均修复时间。平均无故障时间可以计算

3.3。对可维护性评估失败的影响

可维护性索引的空中交通管制自动化系统(例如,修复率,MTTR)也可以估计的基础上维护记录和统计模型。空中交通管制自动化的稳定的可用性可以使用计算

空中交通管制自动化的平均维修率

空中交通管制自动化的可维护性

3.4。评价故障对系统负载的影响

当一些冗余模块冗余模块分解,但至少是正常的,ATC系统可以正常工作。但是正常的加载模块必须增加。例如,入住率的CPU,内存,硬盘的服务器可能会增加,所以是网络流。根据历史数据,入住率的变化应该考虑每个子系统,然后加载时曲线可以绘制。

设备负荷它的单一指数的加权和吗(例如,内存占用率),如图所示 在哪里负载设备的时间吗和的重量吗单一指数。子系统和整个系统的负载计算如下: 在哪里和子系统和整个系统的负载在时间吗,分别。的重量吗设备和的重量吗子系统。

3.5。评价故障对系统响应时间的影响

根据空中交通管制自动化系统的运行数据,每个典型操作的响应时间统计计算。然后平均系统响应时间 在哪里是系统的平均响应时间。是典型的操作的数量。的响应时间是典型的操作。

4所示。评估失败的对空中交通管制自动化系统功能的影响

空中交通管制自动化系统的故障影响功能利用FMECA评估。FMECA(故障模式、影响和临界分析)通常是用来分析所有可能的失效模式的组件在一个复杂的系统在其整个一生中13]。每个模式的原因及其影响每层发现的。然后可以提出改进措施。空中交通管制自动化系统FMECA的过程如图4。

4.1。失效模式分析

失效模式分析的目的是找出可能的失效模式的ATC系统的需求功能和系统定义的故障判据。

常见的失效模式是决定根据ATC设备的故障分类标准。发现故障模式可以发现维护日志或主观经验的技术人员。

4.2。故障原因分析

失败的原因分为直接原因和间接原因。直接原因是ATC系统本身的物理和化学过程,从而导致系统的故障或潜在的故障,而间接的失败是由于其他产品的失败,环境因素,人为因素等等。

故障原因分析有助于识别因素的设计、制造、使用和维护,导致失败。然后可以考虑改进措施和补偿措施,以防止或减少失败的可能性。

在分析之前,首先ATC自动系统的特性应该分类,和相关的描述应该确定。分析师必须能够准确地描述每个函数及其相关模块和故障模式。

FMEA的空中交通管制自动化系统之间的相关性目标轨迹和飞行计划如表所示1。表1建立的基础上,分析异常的跟踪14)和错误的目标轨迹之间的相关性的原因和飞行计划15),从飞行计划的角度跟踪相关技术原理(16)、雷达系统和multiradar数据处理系统。

4.3。故障影响分析

失败效应是指每个ATC系统的失效模式的影响在其使用、功能和地位。

当一个模块的失效模式影响系统的其他模块的故障,通常是根据预定义的系统层次结构。空中交通管制自动化系统的结构和功能对应图如图1。根据ATC自动系统的层次结构,它可分为倒树式结构。通过层次结构关系图和相应的图,结构和功能模块故障影响空中交通管制自动化系统功能进行分析。

失败的影响阐明分为四个水平基于不同发病率的单一设备控制单元,如表所示2。

4.4。临界分析

故障评估之前,失效分析,RPN(风险优先级数字)通常使用数量。项的乘积,,。项,排名的识别故障原因及其连接失败效果可以做到的。

,这表明发生,估计可能发生的故障原因。根据表3,发生概率等级的评分标准。失效概率的值对应的评级预期失败的产品生命周期。

,这表明严重,描述故障的严重程度的效果。它用于评估最终的故障模式影响分析。通常,故障模式的描述用户应该是可见的。根据表4程度的评分方法。

,这表明检测,决定了成功的检测故障原因。

根据表5,是失败的概率模式和原因。

完成上述步骤后,可以计算项的数量。高有害的失效模式,我们应该提出改进措施。

5。结论

为了评估子系统故障的影响空中交通管制自动化系统,一个框架考虑建立对性能的影响和作用。框架的基础上,计算故障对系统性能的影响考虑可靠性、可维护性、可用性、系统负载和响应时间。每个指标的数学模型,给出了根据可靠性理论。空中交通管制自动化系统的故障影响功能使用FMECA评估。FMECA的过程提出了空中交通管制自动化系统。该框架可以用来指导ATC的可靠性分析程序。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

引用

1. t . Kistan a . Gardi r·萨巴蒂s Ramasamy和e . Batuwangala”进化的空中交通流量管理技术的前景,”航空航天科学进展卷,88年,页15 42,2017。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
2. t .江,j·盖勒,d .倪,j . Collura”无人驾驶飞机系统交通管理:操作和系统体系结构的概念,“国际运输科学与技术杂志》上,5卷,不。3、123 - 135年,2016页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
3. t . Lehouillier f . Soumis j .俄梅珥,c . Allignol”测量空中交通管制之间的交互使用基于仿真的框架和流程管理,“计算机和工业工程,卷99,不。9日,第279 - 269页,2016年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
4. 刘x l . Wang和w x”,研究空中交通管制自动化系统软件可靠性基于马尔可夫链,”物理Procedia,24卷,第1606 - 1601页,2012年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. 美国Ternov和r . Akselsson”黛比的分析方法,积极的风险分析应用于空中交通管制,”安全科学,42卷,不。7,657 - 673年,2004页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. 答:戈麦斯,a .戈隆a . Groza和中情局Letia,“保证安全的空中交通管制系统论证和模型检查,”专家系统与应用程序,44卷,第385 - 367页,2016年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. 孟z n, n, p,“基于模糊集值统计和模糊数学理论在空中交通控制系统安全评价应用程序中,“物理Procedia33卷,第521 - 511页,2012年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. r . Woltjer e . Pinska-Chauvin劳尔森t, b . Josefsson”对理解work-as-done在空中交通管理安全评价和设计中,“可靠性工程和系统安全卷,141年,第130 - 115页,2015年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. r·h·迈尔“评估作战飞机导航的好处和空中交通管制程序使用一个集成的航空建模和评估平台,”冬季模拟研讨会论文集(WSC 06年),8卷,页1569 - 1577,IEEE, 2006年12月。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. l .弗拉维奥Vismari和j·b·Camargo初级安全评价方法应用于CNS / ATM-based空中交通管制系统,”可靠性工程和系统安全,卷96,不。7,727 - 738年,2011页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
11. w . c .月亮,k . e . Yoo和y . c . Choi“空中交通容量和空中交通管制人为错误,”交通技术杂志》,1卷,不。3,47-53,2011页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. f . Vanderhaegen“镜像效应为基础的学习系统预测人类errors-application空中交通管制,”IFAC-Papers联机卷,49号19日,295 - 300年,2016页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
13. b . Bertsche、a . Schauz和k·皮卡德可靠性在汽车和机械工程施普林格,柏林,德国,2008年。视图:出版商的网站
14. x j .江“异常现象分析空中交通管制自动化系统的策略,”信息安全与技术,4卷,不。9日,第87 - 86页,2013年。视图:谷歌学术搜索
15. g . y .田和c·h·史”,目标轨迹之间没有相关性的分析原因和飞行计划,”空中交通管理,没有。4,2011年,17 - 21页。区间。视图:谷歌学术搜索
16. w·郭”,目标轨迹之间的相关性问题研究和飞行计划,”硅谷,没有。3,8-25,2015页。视图:谷歌学术搜索

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