多狀態(tài)復(fù)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(shè)備日益朝著大型化、復(fù)雜化、精密化方向發(fā)展以及對(duì)系統(tǒng)的失效機(jī)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(gè)狀態(tài)的失效規(guī)律和機(jī)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€(gè)狀態(tài)顯然不符合實(shí)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(zhǔn)確地描述系統(tǒng)和單元的復(fù)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(fù)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(xué)術(shù)界和工業(yè)界所共同關(guān)注的熱點(diǎn)問題，并在眾多領(lǐng)域得到了迅速發(fā)展，如：機(jī)械工程、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)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(chǔ)設(shè)施、戰(zhàn)略和防御等。本論文針對(duì)多狀態(tài)復(fù)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(fù)雜性和不確定性這兩個(gè)核心問題為出發(fā)點(diǎn)，在多狀態(tài)復(fù)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(fù)雜系統(tǒng)的選擇性維修決策優(yōu)化模型。在多狀態(tài)復(fù)雜系統(tǒng)可靠性理論基礎(chǔ)上開展了在有限維修資源約束下多狀態(tài)復(fù)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(fèi)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(shì)，系統(tǒng)經(jīng)維修后的任務(wù)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(fù)雜系統(tǒng)的“系統(tǒng)級(jí)”更換維修策略。在實(shí)際生產(chǎn)中，復(fù)雜系統(tǒng)維修計(jì)劃的預(yù)測(cè)和制定往往是從“系統(tǒng)級(jí)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(duì)元件衰退規(guī)律的影響，彌補(bǔ)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(chǔ)之上提出了一種新的多狀態(tài)系統(tǒng)“系統(tǒng)級(jí)角度”的更換維修策略

5、，可保證系統(tǒng)在單位時(shí)間的平均效益最大。
　　 (3)系統(tǒng)地研究了多狀態(tài)復(fù)雜系統(tǒng)的“元件級(jí)”維修建模與更換策略。本論文以“元件級(jí)角度”的維修策略作為研究的出發(fā)點(diǎn)，系統(tǒng)地開展了在完好維修、非完好維修下的多狀態(tài)復(fù)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(fèi)用和非完好維修效果之間的映射關(guān)系，有效地實(shí)現(xiàn)了各元件維修費(fèi)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(shí)，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(shè)計(jì)優(yōu)化和維修決策，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)全壽命周期內(nèi)的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　 (4)提出了模糊多狀態(tài)復(fù)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(fù)雜系統(tǒng)可靠性建模與性能評(píng)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(bào)酬模型以計(jì)算在模糊不確定性存在情況下多狀態(tài)元件的動(dòng)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(jì)算模糊多狀態(tài)系統(tǒng)的性能狀態(tài)分布的速度。同時(shí)，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(jì)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(chǔ)之上，本論文進(jìn)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(dǎo)。
　　 (5)提出了多

8、級(jí)層次型復(fù)雜系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)靈敏度分析方法，并能廣泛應(yīng)用于復(fù)雜系統(tǒng)可靠性分析和設(shè)計(jì)中，以輔助系統(tǒng)不確定分析和降低模型復(fù)雜度。統(tǒng)計(jì)靈敏度分析是研究系統(tǒng)輸入變量的變化對(duì)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(duì)系統(tǒng)的輸入變量的重要度排序可有效地降低復(fù)雜系統(tǒng)不確定性下分析、可靠性建模和設(shè)計(jì)優(yōu)化等問題的復(fù)雜度。本論文提出了共享變量下的層次型統(tǒng)計(jì)靈敏度分析方法，有效地克服了現(xiàn)有的層次型統(tǒng)計(jì)靈敏度分析法不能處理子模型存在共享輸入變量的局限，