● 摘要
高新装备系统构成日趋复杂，系统集成度不断提高，对复杂产品的可靠性研究，变得越来越重要。可靠性建模分析主要是以故障为核心而展开的，在复杂系统中，由于系统组成部分之间关联关系复杂，会产生大量的耦合故障，耦合故障的发生及影响过程具有不确定性与随机性。因此在复杂产品设计中，设计师应辨识耦合故障，消减耦合故障，将耦合故障所引起的灾难性后果和巨大的经济损失风险降到最低。
本文借鉴元胞自动机的模型建立的方法，提出建立一种元故障模型的故障仿真分析方法，对复杂产品的耦合故障进行分析。由于该模型在空间、时间、状态上具有离散特性，且元与元之间的相互作用是由于它们相应的逻辑关系所确定的。因此能够很好的对故障模式耦合关系进行表征，并在计算方面大大降低了难度。
首先，对耦合故障进行分类，包括元故障、接口故障和误差累积故障。对组合故障的故障分析方法进行阐述。主要针对元故障进行耦合关系分析。使本文采用一个具有固定大小的球体代表一个故障模式，简称为元故障，元故障的发生状态视为故障模式的发生状态。该元故障包含故障模式的相关特性，包括故障位置、触发条件、发生概率、输出等。元胞的邻居可以定位为输出或者接口的单个功能单元，邻居之间的传递规则则是基于故障发生的判据，这样确定了单个的元胞机以及元胞机邻居之间的关系，就可以利用整个元胞自动机模型对系统的某个故障发生之后的传递关系描述清楚。
其次，给出耦合故障评价指标和评价方法。对于一般产品而言，在同一个时刻可能发生多个相同的故障。因此需要在元故障模型中设定相关的机制。当某个故障发生之后，这个故障对应的元故障就可以通过模型中的邻居将故障传播出去。随着故障传播范围不断扩大，相应的“故障发生”状态的元胞也会越来越多，这种情况下，找到初始的元故障就显得尤其重要。基于上述的这些理论，我们可以通过元故障模型来确定每种故障所对应的耦合关系影响力，进而得到一个评价耦合故障影响力的指标。
再次，给出耦合故障消减的方法。在实际工程应用之中，由于面对的对象都是复杂产品，产品对应的复杂性使得建立的元故障模型相当庞大。对于众多的耦合故障关系而言，需要确定这些故障集合中公共的初始故障源，将这些影响力较大的故障模式去除掉，从未将整个系统的故障频率以及受影响的程度降低到最小，进而可以保证整个系统的可靠性要求。由于元故障模型是基于网络基本理论构建的，因此需要借助于网络中的基本知识来解决这些问题。本文正是基于了网络节点的重要度评价方法来找出故障对应的耦合故障集合中的通用部分，并且得到一种故障消减的决策方案。
最后本文以某电路作为案例分析来证明本研究方案的可行性与正确性。