多狀態(tài)復雜系統(tǒng)可靠性建模及維修決策.pdf

1、隨著現(xiàn)代系統(tǒng)和設備日益朝著大型化、復雜化、精密化方向發(fā)展以及對系統(tǒng)的失效機理和潛在規(guī)律的逐漸深入的探究，人們發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)及組成單元在壽命周期內(nèi)的失效演化過程中往往呈現(xiàn)出多狀態(tài)的特征，并且各個狀態(tài)的失效規(guī)律和機理、工作性能和效率不盡相同。在這種情況下，若采用常規(guī)的二態(tài)可靠性理論將系統(tǒng)粗略地劃分為“正?！焙汀笆А眱蓚€狀態(tài)顯然不符合實際情況，而且忽略系統(tǒng)本身所表現(xiàn)出的多狀態(tài)特征是不能準確地描述系統(tǒng)和單元的復雜失效過程的，這就迫切需要開展多狀態(tài)可

2、靠性理論的研究，以解決現(xiàn)代工程中大型復雜裝備和系統(tǒng)的可靠性問題。
　　 近年來，隨著工程需求的不斷增加，多狀態(tài)可靠性理論成為了學術(shù)界和工業(yè)界所共同關(guān)注的熱點問題，并在眾多領(lǐng)域得到了迅速發(fā)展，如：機械工程、計算機和網(wǎng)絡系統(tǒng)、網(wǎng)格、通訊系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、供給系統(tǒng)、城市基礎設施、戰(zhàn)略和防御等。本論文針對多狀態(tài)復雜系統(tǒng)可靠性理論發(fā)展中亟待解決的難題和挑戰(zhàn)，以解決復雜性和不確定性這兩個核心問題為出發(fā)點，在多狀態(tài)復雜系統(tǒng)可靠性建模與維修決策方

3、面開展研究，其主要內(nèi)容和創(chuàng)新性成果如下：
　　 (1)提出了多狀態(tài)復雜系統(tǒng)的選擇性維修決策優(yōu)化模型。在多狀態(tài)復雜系統(tǒng)可靠性理論基礎上開展了在有限維修資源約束下多狀態(tài)復雜系統(tǒng)的選擇性維修決策優(yōu)化的研究。通過將二態(tài)元件的非完好維修模型引入到選擇性維修決策模型中，并構(gòu)造維修費用一維修效果的模型以反映非完好維修與其維修成本的函數(shù)映射關(guān)系，該方法可為選擇性維修決策的制定提供更大的靈活度。研究結(jié)果表明，本論文所提出的選擇性維修方案較以往的方

4、法具有明顯的優(yōu)勢，系統(tǒng)經(jīng)維修后的任務完成概率顯著提高。
　　 (2)提出了多狀態(tài)元件的非完好維修模型，建立了多狀態(tài)復雜系統(tǒng)的“系統(tǒng)級”更換維修策略。在實際生產(chǎn)中，復雜系統(tǒng)維修計劃的預測和制定往往是從“系統(tǒng)級角度”出發(fā)的。本論文提出了一種多狀態(tài)元件非完好維修模型，用以描述維修措施對元件衰退規(guī)律的影響，彌補了目前非完好維修模型僅能適用于二狀態(tài)元件的缺陷，并在該非完好維修模型基礎之上提出了一種新的多狀態(tài)系統(tǒng)“系統(tǒng)級角度”的更換維修策略

5、，可保證系統(tǒng)在單位時間的平均效益最大。
　　 (3)系統(tǒng)地研究了多狀態(tài)復雜系統(tǒng)的“元件級”維修建模與更換策略。本論文以“元件級角度”的維修策略作為研究的出發(fā)點，系統(tǒng)地開展了在完好維修、非完好維修下的多狀態(tài)復雜系統(tǒng)的元件更換維修決策及全壽命周期內(nèi)的系統(tǒng)冗余優(yōu)化等問題的研究。通過提出更具一般性的多狀態(tài)元件的非完好維修模型，建立元件維修費用和非完好維修效果之間的映射關(guān)系，有效地實現(xiàn)了各元件維修費用的合理分配。研究結(jié)果顯示，本論文提出的

6、方法比傳統(tǒng)的維修方案更有效。同時，本論文還提出系統(tǒng)冗余分配和元件更換策略的聯(lián)合優(yōu)化問題，通過集成系統(tǒng)的冗余設計優(yōu)化和維修決策，實現(xiàn)了系統(tǒng)全壽命周期內(nèi)的可靠性優(yōu)化設計。
　　 (4)提出了模糊多狀態(tài)復雜系統(tǒng)可靠性建模理論以及模糊多狀態(tài)元件的更換維修決策方法。本論文開展了模糊不確定性下的多狀態(tài)復雜系統(tǒng)可靠性建模與性能評估理論的研究，提出了模糊馬爾可夫模型和模糊馬爾可夫報酬模型以計算在模糊不確定性存在情況下多狀態(tài)元件的動態(tài)狀態(tài)分布與累

7、積性能，并且通過提出不同類型系統(tǒng)的模糊通用生成函數(shù)近似算法，有效地提高了計算模糊多狀態(tài)系統(tǒng)的性能狀態(tài)分布的速度。同時，本論文還提出了更為完備的模糊多狀態(tài)系統(tǒng)可用度計算方法，克服了現(xiàn)有方法的不足。在上述模糊多狀態(tài)可靠性理論基礎之上，本論文進一步深入研究了模糊多狀態(tài)元件的更換維修決策理論，通過構(gòu)造模糊不確定性下的元件更換決策模型并利用現(xiàn)有的幾種模糊決策方法，為模糊多狀態(tài)元件的維修方案的選擇和制定提供了理論指導。
　　 (5)提出了多

8、級層次型復雜系統(tǒng)的統(tǒng)計靈敏度分析方法，并能廣泛應用于復雜系統(tǒng)可靠性分析和設計中，以輔助系統(tǒng)不確定分析和降低模型復雜度。統(tǒng)計靈敏度分析是研究系統(tǒng)輸入變量的變化對系統(tǒng)輸出量變化的影響程度的一種不確定性分析方法，它通過對系統(tǒng)的輸入變量的重要度排序可有效地降低復雜系統(tǒng)不確定性下分析、可靠性建模和設計優(yōu)化等問題的復雜度。本論文提出了共享變量下的層次型統(tǒng)計靈敏度分析方法，有效地克服了現(xiàn)有的層次型統(tǒng)計靈敏度分析法不能處理子模型存在共享輸入變量的局限，