北京航空航天大学学报

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李跃军, 阎超

2007, 33(05): 505-508.

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摘要:
为了实现飞行器超机动飞行情况下姿态角的连续解算,将传统双欧法进行了改进.通过引入判别函数使得数值模拟过程中正反欧拉角能一一对应,克服了欧拉方程的奇异性,消除了传统双欧法须限定俯仰为的限制,从而将正反欧拉角取值范围扩展到了全角度,实现了飞行器的任意姿态角连续解算.采用改进的双欧法数值模拟了飞机斤斗飞行动作,时间积分采用了变步长龙格库塔方法,结果表明该方法简单有效,能得到连续的高精度解.

一种惯导系统快速对准模型和方法

王新龙, 马闪

2007, 33(05): 509-513.

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从控制论的观点探讨了实现惯性导航系统(INS)快速对准及标定的途径及方法.通过引入李雅普诺夫变换,论证了SINS(Strapdown Inertial Navigation System)模型与GINS(Gimbaled Inertial Navigation System)模型的等价关系;通过基于物理本质的相似变换,提出了用伪状态来代替真实状态,从而使INS的可观测状态和不可观测状态之间动态解耦,得到了INS的最佳完全可观测子系统模型;通过对INS可观测子系统模型的简化,提出了一种快速估计方位失准角和标定陀螺仪漂移误差的方法,该算法表明方位失准角和陀螺仪的漂移误差完全可从水平失准角速率中快速估计出来,而不必使用陀螺的输出信号.

民机结构腐蚀条件下疲劳寿命评定与试验验证

杨洪源, 刘文珽

2007, 33(05): 514-517.

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针对民机结构典型疲劳关键部位——机翼弦向对接部位,进行了腐蚀条件下民机结构疲劳寿命评定方法合理性的试验验证,评定了该部位腐蚀条件下疲劳寿命.通过关键部位细节模拟试件加速预腐蚀及随后的一般环境下疲劳试验,测定了预腐蚀影响系数曲线;通过腐蚀疲劳试验测定了腐蚀疲劳影响系数;通过关键部位大型结构模拟试件预腐蚀-腐蚀疲劳交替验证试验,测定了典型使用情况下的腐蚀综合修正系数,同时用腐蚀条件下民机结构疲劳寿命评定方法针对交替试验情况进行了评定,结果对比表明该评定方法是合理、可行的.并给出了机翼弦向对接部位典型使用情况下的疲劳寿命评定结论.

用于篦齿封严装置的减振阻尼环设计理论

曾亮, 李琳

2007, 33(05): 518-522.

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运用弹性力学和接触力学的有关理论研究了用于篦齿封严装置减振的阻尼环设计方法.采用动柔度法求解了安装有阻尼环的篦齿封严装置的动力响应.分析了阻尼环尺寸和接触压力等参数对篦齿封严装置动力响应的影响规律:在篦齿封严装置和阻尼环的组合结构中,存在最佳的阻尼环结构参数,此时阻尼环减振效果最佳;对组合结构不同的周波型振动,阻尼环的减振效果不同.

空间站乘员睡眠区二氧化碳聚集现象

付仕明, 徐小平, 李劲东, 潘增富

2007, 33(05): 523-526.

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为了分析乘员在没有良好通风的压力舱内停留时,呼出CO₂的聚集过程并评估其可能导致的医学危害,建立了乘员在特定空间站睡眠舱的计算流体动力学模型,对乘员在睡眠区的呼吸过程进行了非稳态模拟.模拟中乘员的CO₂呼出浓度和肺通气量根据生理实验随CO₂吸入浓度变化.通过模拟给出了睡眠区典型位置处CO₂分压随时间的变化规律.最后提出了无通风条件下乘员在睡眠区停留的最大容许时间,睡眠区CO₂浓度监测仪的布置原则和类似情况下为保障乘员生命安全可采取的一些措施.

自适应压电桁架形状控制中作动器优化配置

咸奎成, 黄海

2007, 33(05): 527-530.

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以压电作动器为控制元件,建立了自适应桁架形状控制基本方程.考虑结构性状约束和电压限制,建立了以作动器位置和控制电压为设计变量,以形状精度、控制能量和作动器数目的加权表达式为目标函数的作动器优化配置数学模型.由于作动器和普通杆具有不同的单元刚度,作动器每一种不同的位置配置都会导致结构总刚度矩阵的变化,因此单独采用遗传算法需要进行大量的结构计算.为了减少结构分析次数,提出了多点近似、遗传算法和二次规划相结合的优化方法.算例结果表明本文方法具有很高的求解效率.

铝合金2A12在热冲击条件下的力学性能

吴大方, 宋昊, 高镇同, 晏震乾

2007, 33(05): 531-534.

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测试并确定航空航天材料在复杂高速热冲击条件下的强度极限等关键参数,对于航空航天材料和结构的可靠性评定、寿命预测以及高速飞行器的安全设计具有重要的意义.针对强度设计手册中没有航空航天材料在高速热冲击环境下的强度极限等表征参数的现状,使用自行研制的高速飞行器瞬态气动热试验模拟系统,对铝合金材料2A12在多种不同的瞬态热冲击条件下,进行气动加热模拟与热载联合试验研究,得到在瞬态热、力学环境的共同作用下铝合金2A12材料的强度极限等力学性能变化状况.为研究分析航空航天材料和结构在高速热冲击环境下的承载能力和结构减重提供可靠依据.

环境模拟舱体的建模仿真及控制方法

李可, 庞丽萍, 刘旺开, 王浚

2007, 33(05): 535-538.

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环境试验时需要精确控制环境模拟舱体内的温度以满足军标要求,同时为了解决环境模拟舱体内加热过程中升温速率与控制精度之间的矛盾,在对其温度变化进行动态特性分析与建模的基础上,提出采用专家控制策略控制环境模拟舱内的温度,并对其控制效果进行了仿真研究.仿真结果与现场运行调试结果均表明:专家控制方法具有无超调、响应速度快、稳态精度高、加温效率明显的优点,是可行和有效的;与试验数据相比,建立的传热模型和控制系统模型具有较高的准确性,符合实际情况.这种建模仿真及控制方法为实际过程中研究控制规律提供了有力的参考和帮助,对研究类似问题具有深远意义.

月球重力转弯软着陆的模糊变结构控制

朱建丰, 徐世杰

2007, 33(05): 539-543.

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针对月球软着陆的最终段,提出了以重力转弯方式进行软着陆的模糊变结构制导律.首先设计了次优滑动面,然后引入模糊控制器,使滑动变量逐渐收敛到0,实现安全着陆.考虑了发动机推力偏差、着陆器初始质量估计偏差、月球引力加速度偏差、初始条件干扰、敏感器测量误差及姿态跟踪误差.并用Monte Carlo技术验证了所设计的模糊变结构制导律具有很强的鲁棒性,能够克服各种随机偏差及干扰的影响.因此,所设计的软着陆制导律是可行的,并且只须以斜向距离和斜向速度作为输入,工程实现简单.

航天器交会最终逼近段相对姿态估计与控制

朱仁璋, 林彦

2007, 33(05): 544-548.

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对航天器交会对接最终逼近段,给出姿态运动学方程统一形式以及相对姿态动力学方程;除了应用交会航天器的绝对姿态运动方程进行相对姿态估计(间接法)外,还直接应用相对姿态运动方程进行相对姿态估计(直接法);阐述相对姿态控制的相平面法与四元数反馈法的设计方法.相平面控制法应用常值推力,针对小姿态角机动的特点,将相对姿态通道解耦为3个独立的二阶子系统,设计相平面推力方向切换函数;四元数反馈法应用简化的基于本征轴旋转的线性二阶系统,选择相对四元数与角速率反馈增益系数,确定控制力矩.此外,对相对姿态估计与控制方法进行模拟计算与比较.理论分析与模拟计算结果表明:应用扩展Kalman滤波的相对姿态间接估计法与直接估计法是有效的,后者有可能简化估计算法;相平面控制法与四元数反馈法均可有效实现相对姿态控制,前者应用常值推力(推力方向与姿态反馈有关),较易实现,但动力消耗较大,后者按控制力矩随姿态反馈量而变,动力消耗较小.

光纤陀螺温度影响与误差补偿

王海

2007, 33(05): 549-551.

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温度性能是光纤陀螺工程化面临的难题之一,建立温度模型是提高光纤陀螺温度性能的有效方法.从理论上推导了光纤陀螺零偏、标度因数温度误差是由于热作用于光纤环导致光路非互易性所引起.分析了光纤陀螺热源产生的两个主要原因:光纤陀螺内部有源器件工作过程中产生的热;外界环境温度变化引起光纤环内部温度场分布变化.二者对光纤陀螺的影响是随机的,引起的光纤陀螺零偏漂移和标度因数误差可以通过建立温度模型进行补偿.采用线性回归方法,建立了光纤陀螺零偏温度漂移模型和标度因数温度模型,对光纤陀螺输出数据进行补偿,有效改善了光纤陀螺温度性能,实验验证了模型的正确型和补偿算法的有效性.

基于Unscented四元数粒子滤波的微小卫星姿态估计

王晨, 房建成

2007, 33(05): 552-556.

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针对基于微小卫星姿态确定系统精度低和噪声存在非高斯分布的情况,研究了适用于该定姿系统的Unscented粒子滤波(UPF,Unscented Particle Filter)算法.UPF方法结合了Unscented卡尔曼滤波(UKF,Unscented Kalman Filter) 与粒子滤波(PF,Particle Filter)的特点,用UKF得到PF的重要采样函数,从而克服了PF没有考虑最新量测信息、扩展卡尔曼滤波(EKF,Extended Kalman Filter)和UKF只能应用到噪声为高斯分布的不足.以MEMS(Micro Electronic Mechanical System)陀螺和CMOS APS(Complementary Metal Oxide Semiconductor Active Pixel Sensors)星敏感器为姿态敏感器件,将UPF与基于误差四元数的卫星姿态运动学方程结合,构建了UPF定姿滤波器,并用MEMS陀螺采集的随机噪声数据进行了半物理仿真,对其特性进行了分析与比较.仿真比较结果表明:在敏感器精度较差并且系统噪声非高斯分布的情况下,这种基于UPF的姿态估计方法在计算粒子数目相对于PF较少的情况下,可以取得比UKF更好的滤波精度,从而有效地提高了定姿性能.

一种基于角点引导的快速立体边缘匹配方法

李海超, 张广军

2007, 33(05): 557-560.

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提出了一种新的基于角点引导的快速立体边缘匹配方法.在匹配过程中,为了保证其快速性引入了两种新约束:角点约束与边缘约束.首先,利用匹配的角点信息引导边缘的匹配,对如何利用已匹配的角点引导边缘匹配进行了详细的阐述,同时,在引导过程中提出了只利用8个方向的区域扩张方法,进一步保证快速性.其次,提出边缘约束实现点与点的匹配,使搜索范围仅限制在几个像素内,再利用极线约束实现点的匹配,必要时可结合灰度相关约束.结果表明:该算法取得比较好的匹配效果,引入的两种约束在很大程度上提高了速度和正确率,边缘点匹配的正确率高达97%以上.

面向角度一维投影模板的图像匹配方法

殷润民, 李伯虎, 樊淑萍

2007, 33(05): 561-564.

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针对交迭图像模板匹配中存在的模板选择和匹配判别两个关键环节,提出一种一维模板匹配方法.通过基于灰度差分割的模板选择原则降低亮度差和噪声的影响,同时利用线性插值获得面向角度一维灰度投影,最大化模板中的图像边缘信息,从而加快模板匹配过程.在面向角度投影模板的基础上进行改进AD(Absolute Differences)指标的模板匹配判别,减少了因图像旋转带来的误匹配,并获得除匹配中心坐标外匹配图像相对参考图像的偏转角.通过不同情况下匹配结果在精度和速度上的分析,实验证明该方法应用在大部分真实交迭图像的匹配效果优异,同时运行速度能满足图像匹配应用的需要.

基于动态ID的远程认证方案的改进

段晓毅, 张其善, 刘建伟

2007, 33(05): 565-567.

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智能卡由于具有低功耗、安全计算和便携性的特点,常常被用做身份认证终端.基于静态口令的认证方案不能由用户选择密钥并且需要在服务器保存一个密钥表,而基于动态ID的方案能解决这些问题.提出了新的方案,指出Liao-Lee-Hwang方案中不能抗偷窃攻击的缺点,并在其基础上做了改进.新的改进方案不仅继承了原方案中抗猜测攻击、实现共同认证、服务器不会泄露用户密钥的的优点,同时也避免了窃取攻击;并且新的改进方案在计算量上也小于Liao-Lee-Hwang的方案.

PCB材料与电源/地层谐振阻抗关系

苏东林, 王晓晓

2007, 33(05): 568-571.

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为降低多层高速PCB(Printed Circuit Board)电源/地谐振阻抗,根据平行平面腔体谐振模型理论推导出PCB电源/地谐振阻抗、谐振频率、谐振品质因数与构成PCB板的导体材料和绝缘材料的电磁参数的之间的函数关系式,并根据此关系式得出了从PCB材料选取角度减小电源/地谐振阻抗的两种途径,即采用高磁导率、低电导率的导体材料代替普通导体材料;采用高介电常数和损耗正切的平面间绝缘体材料.随后PCB电源/地平行平面结构的全波仿真结果证实了这两种途径的有效性.

飞行控制中的一种新型最优控制分配方法

杨凌宇, 高金源, 申功璋

2007, 33(05): 572-576.

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针对新一代多操纵面飞行器的控制分配问题,提出了一种全新的最优控制分配算法——基底排序法.该方法将优化目标按照飞行控制的需求分成控制目标和任务目标两类,以基底的形式对舵面进行重新组合,并按照期望控制目标和任务优化指标进行排序,将冗余优化问题转化成排序问题加以解决.通过与几种常用控制分配方法的比较及多操纵面飞行控制系统的仿真验证,表明基底排序法能在准确实现期望目标的同时获得更好的任务目标分配结果,构成的控制系统能按期望要求准确、快速地跟踪指令信号,并可有效地抑制飞机各控制通道之间的影响.

基于时戳的口令鉴别方案的改进

亓文华, 张其善, 刘建伟

2007, 33(05): 577-579.

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对Yang和Shieh提出的一种基于时戳的口令鉴别的方案进行了安全性分析,指出其方案存在初始化阶段需要把用户口令交给KIC(Key Information Center)和用户不能验证KIC身份的缺点。在此基础上提出的新方案对注册、登录、验证和口令修改过程都做了改造,用户在注册阶段提交基于口令的单向运算值而不是口令本身,并且用户和KIC之间共享秘密信息,从而成功克服了原有方案的缺陷。用户提交口令单向运算值在验证效果上和提交口令本身是相同的,而且避免了口令泄露;用户和KIC之间共享的秘密信息可以使用户验证KIC的身份。新方案可以有效抵抗伪造攻击,即使服务器被攻破或内部人泄露信息也不会造成用户私人信息的泄露,具有比原方案更高的安全性。

基于DFT的正弦波初相估计算法及误差分析

李春宇, 张晓林, 张展, 常江

2007, 33(05): 580-584.

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提出一种基于DFT(Discrete Fourier Transforms)频谱相位信息的正弦波初相高精度估计方法.该方法通过截取正弦波的两段长度不同的离散序列,利用它们的DFT系数来消去正弦信号的频率项,从而估计其初相.同时,给出了在高斯白噪声背景下,利用该种方法进行正弦波初相估计的均方根误差计算公式,此公式表明了均方根误差与信噪比及FFT(Fast Fourier Transforms)长度之间的关系.并以此均方根误差最小化为目标,对该估计方法进行了优化改进,得到方法中参数的最优选取方案.选择最优参数的过程即是对以均方根误差最小为目标的整数规划问题的求解过程.应用Monte Carlo仿真,将改进后的算法的性能与已有的几种典型算法的性能及Cramer-Rao下限进行了分析比较,并验证了所推导的均方根误差计算公式的正确性.

基于工作流的复杂系统虚拟样机项目管理系统

刘丽, 毛菲

2007, 33(05): 585-589.

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摘要:
复杂系统虚拟样机是一个协同工作过程,为了对其业务过程和业务数据进行有效管理、改善虚拟样机效率,建立了一个基于工作流的项目管理系统.该系统具有系统管理、项目管理、工作流管理、文档管理、消息管理和信息交互管理等功能.介绍了其层次化、模块化的项目管理系统体系结构,重点介绍了工作流管理系统的体系结构,其模型组成元素和多实例化、流程的动态创建及修改等建模机制,以及工作流运转机制,并给出了该项目管理系统在某虚拟样机开发平台中的应用实例.

基于多最小支持度的加权关联规则挖掘算法

邹力鹍, 张其善

2007, 33(05): 590-593.

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摘要:
针对交易数据库中数据项重要性不同的现象,提出了新的加权关联规则模型,并基于该模型设计了一个基于多最小支持度的加权关联规则挖掘新算法,允许用户设定多个最小支持度,为数据项设置不同的权重,从而解决数据项的重要性各不相同且出现频率不均匀的问题,发现更多有趣的规则.理论证明了相关性质,并实验验证了算法的有效性.

插补前S加减速在CNC前瞻中的应用

曹宇男, 王田苗, 陈友东, 魏洪兴

2007, 33(05): 594-599.

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摘要:
计算机数字控制系统(CNC)中的速度前瞻处理可以在不影响插补轨迹精度的前提下极大地提高插补效率.针对前瞻算法中速度处理这一核心问题,分直线转接和圆弧转接2种情况分别建立了插补几何元素转接矢量夹角模型,并给出了一种基于插补前S型加减速的CNC速度前瞻算法.该算法根据设定的最大前瞻段数以及实际插补轨迹的几何特性,能够自适应确定轨迹的转接速度近似最优解,从而实现路径段之间进给速度的高速衔接.S型加减速由于在加速阶段和减速阶段均引入了加速度衰减,使得整个插补过程具有了高度的柔性.因此结合前瞻算法和S型加减速算法在高速加工时速度处理的优势,提出并实现了一种基于插补前S型加减速的CNC前瞻算法.该算法已经在工程实际中得到了验证.

基于极限应力分析的十字形双向拉伸试件设计

韩非, 万敏, 吴向东, 王海波

2007, 33(05): 600-604.

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摘要:
十字形试件双向拉伸实验是实现复杂加载路径的有效方法,是研究板料后继屈服行为和成形极限可行的实验手段,解决十字形试件中心区的大变形、应力均匀性、应力测量计算方法等是其应用的主要问题.通过试件中心区减薄实现了中心区大变形以致颈缩破裂,给出了3种不同形式的中心区减薄形状,从应力均匀性、最大变形出现位置和避免应力集中等方面进行了优化对比分析,并探讨了计算中心区应力的解析方法.结果表明,中心区方形减薄的十字形试件有更好的中心区应力分布均匀性,更容易实现大变形以致破裂发生在中心区,能较好地控制应力集中,是更适用于板料成形极限应力图研究的实验装备.

电控液压助力转向系统的初步匹配计算

高峰, 刘亚辉, 季学武, 郭晓林

2007, 33(05): 605-607.

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摘要:
电控液压助力转向系统(ECHPS)具有随车速调节的可变助力特性,可改善驾驶员的转向路感.通过对转向器转阀及ECHPS的分析,建立了转向器模型以及分流式ECHPS的模型,采用简化算式对转向器及分流式ECHPS操舵力特性曲线进行了分析.通过改变转阀的预开隙、转阀的坡口半径、转向器扭杆刚度及电磁阀阀芯节流口形状等参数,分析了ECHPS的影响参数.计算结果表明分流式ECHPS操舵力特性主要取决于转向器转阀的结构参数,并且和电磁阀阀芯开口有一定关系.

等离子喷涂纳米TiO₂涂层及其光催化性能

于庆河, 周春根

2007, 33(05): 608-612.

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摘要:
原始喷涂粉末经过喷雾干燥法造粒,采用等离子喷涂工艺在普通载玻片上制备了纳米TiO₂涂层,并对涂层在300℃,400℃,500℃进行热处理.采用X射线衍射(XRD)方法对TiO₂涂层进行了相结构分析;用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)观察涂层的微观形貌;用压汞方法测量涂层的孔隙率.结果表明,喷涂后锐钛矿型TiO₂含量大约在30%~50%,粒径10~30nm,孔隙率小于6%,热处理后涂层更致密,孔隙率降低.喷涂电流为400A且未经过热处理的TiO₂涂层具有最佳光催化效果.

概念设计集成系统与星座方案探索

郭爱斌, 米洁, 董晓琴, 邓家禔

2007, 33(05): 613-617.

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摘要:
进一步研究了快速方案选择和概念设计新方法.结合概念设计过程,给出星座方案选择和卫星概念设计的基本模型,在方案探索和概念设计中集成了风险和不确定性分析;应用系统综合设计优化平台(SDOF)开发卫星星座概念设计集成系统,实现卫星星座方案探索优选;集成系统交互、演进、分布式协同设计,可自动运行优化过程,同时可监视和控制设计任务单元运行状况,优化完成后用户可定制设计报告内容和格式;最后介绍了对地观测卫星星座概念设计实例,采用多岛遗传算法进行优化,初步验证了该系统在技术原理上的可行性.

灵巧手主从操作中的人手运动跟踪与识别

李继婷, 任大伟, 张玉茹

2007, 33(05): 618-621.

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摘要:
在灵巧手主从抓持规划系统中,一项重要的研究内容是获取人手的运动信息.利用计算机双目立体视觉系统作为灵巧手主从操作的人机接口,研究人手指尖运动实时跟踪和识别的方法,提出了一种人手指尖位置的动态识别算法及其实验系统.利用本实验系统,完成左右两像面4个目标点所用的最长识别时间为0.4ms,且人手在正常运动速度时,识别率达100%,表明本算法同时满足实时性和识别率的要求.

基于案例推理方法在飞机故障诊断中的应用

李青, 史雅琴, 周扬

2007, 33(05): 622-626.

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摘要:
基于案例推理(CBR,Case-Based Reasoning)方法是一种基于经验知识进行推理的求解方法,适合于经验丰富的领域.针对飞机售后服务过程中积累的大量故障诊断和维修经验,将CBR方法应用于飞机故障诊断和维修决策支持.从飞机维修的需求出发,分析了CBR飞机故障诊断方法的基本过程;讨论了飞机故障案例库的构建、案例表达、案例检索、匹配、案例修改和维护等关键技术;重点研究了故障案例的知识表达,应用字符型字段匹配和K-近邻方法(KNN,K-Nearest Neighbor)相结合的检索模型实现了案例检索和匹配;提出了辅助飞机故障诊断系统的结构,开发了原型系统并给出应用实例.

基于DSM优化的产品开发两因素风险建模及仿真

张汉鹏, 邱菀华

2007, 33(05): 627-630.

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摘要:
针对存在迭代现象的产品开发过程的风险综合测量问题,建立了风险分析模型,并给出了相应的仿真算法.该模型分2个阶段构建,首先在传统设计结构矩阵理论基础上,构建了返工概率矩阵和返工冲击矩阵,由此描述产品开发过程中的进度和成本与迭代的关系;然后根据初始进度和成本不确定性、迭代的不确定性以及构建的结构矩阵,给出了产品开发风险评估模型.同时,利用传统设计结构矩阵优化理论,提出了通过减少迭代降低进度和成本风险的思路.利用仿真实例阐明,该模型能够测量产品开发进度和成本风险,同时能够利用设计结构矩阵优化开发顺序,从而降低产品开发风险,这为测量和控制产品开发项目综合风险提供了科学的依据.