题目：基于统一模型的产品故障分析与控制方法研究

    如何在产品研制过程中将可靠性与专用特性设计紧密融合、协同开展、综合优化，在实现专用特性要求的同时一体化“正向”实现可靠性要求，是当前世界可靠性工程领域共同面临的技术难题。究其原因可归结为两点：一是缺少一体化的设计方法学，无法建立可靠性与专用特性统一设计过程模型，只能依赖于定性、繁琐、难以同步贯彻实施的工作大纲；二是缺少贯穿产品研制全过程的通用统一设计理论方法，无法建立可靠性与专用特性统一设计方法模型，只能仍依托于繁多的、碎片化的、难以同步开展的工作项目。

    面向统一设计过程模型的建立，本文借鉴基于模型的系统工程（MBSE）的基本思想，提出并建立了考虑故障的、基于统一模型演化的产品可靠性与专用特性统一设计过程，给出了产品功能实现和故障消减相统一的设计方法学。在一体化设计方法学的指导下，剖析了作为统一模型子集的多态故障模型内涵及其动态演化过程，并基于此明确了单元功能故障模型、单元物理故障模型以及系统故障模型的演化内涵。为实现“可靠性”设计全过程的模型化，结合公理设计原理，从正面设计角度出发，给出了综合考虑功能和故障的广义功能模型的构建方法及面向广义功能模型的物理模型构建方法。为解决统一模型演化方案的合理性问题，运用独立公理和信息公理，分别给出了考虑效益型和成本型定性、定量可靠性要求的评价方法，包括单方案独立性评价法，独立条件下的多方案综合权衡法以及解耦条件下的多方案综合权衡法。

    面向统一设计方法模型的建立，本文通过可靠性的核心设计对象——“故障”架起了可靠性与专用特性显性沟通的桥梁。结合故障模型的内涵及其演化的事理逻辑，以对故障的全面认知和控制为核心，提供了一套通用的可靠性设计与分析方法。

    首先，基于广义功能模型提出了一套产品故障系统化识别与综合的方法。在功能域分解过程中，面向功能保持从功能保持能力消失或下降的角度出发，给出了单元功能故障全域识别方法；在物理域形成过程中，基于功能模型与物理模型的映射关系，给出了单元物理故障全域识别方法。在系统综合及验证过程，按照系统综合特点将系统故障细分为接口故障、传递故障和误差传播故障。并按照“T”类、“F”类、“L”类接口的特点，从协调性、一致性角度分别给出了“T”类接口故障、“F”类接口故障、“L”类接口故障的识别方法；按照故障影响的传递方式，给出了传递故障的识别方法以及故障传递链的可视化表达，并基于此给出了故障逻辑模型生成过程；运用误差传播理论，给出了由误差传播放大导致的误差传播故障的识别方法。通过这些方法系统化识别系统综合产生的新故障，用以验证系统的完备性。

    其次，提出了一套面向功能保持的产品故障闭环消减控制方法。以故障消减过程控制为导向，界定了故障消减的内涵，建立了基于逻辑决断的故障消减过程控制模型。在此基础上，面向关键、重要故障及故障集合的快速、精准定位需求，充分考虑故障之间的关联性，给出了优先消减故障的理论决策方法和可视化监控方法：理论决策法包含考虑传递关系的关键故障链决策法和考虑耦合关系的故障消减影响决策法。前者主要是运用复杂网络理论，提出故障中心性和故障链发生概率两个指标作为决策依据。后者主要是深入剖析由于采取的故障消减措施引起的故障消减耦合关系，通过寻找消减故障关联集并计算其对定量可靠性指标的影响进行决策。可视化监控方法主要是运用信息可视化技术，在产品三维模型中可视化表征故障特性及其关联关系，辅助设计师以更加显性、直观的方式监控优先消减的故障，该方法从根本上改变了传统的文档式、表格式的故障监控方式。

    对于上述研究成果，本文以某型信号处理器的设计为例贯穿全文进行应用验证，证明了本文所提出的过程、方法、模型是正确有效的。