高可靠實時多階段系統(tǒng)可靠性分析.pdf

1、隨著微電子技術(shù)、信息技術(shù)、制造技術(shù)的迅猛發(fā)展，人類社會的各種關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域（如航天運載、核能控制、武器裝備、空間探測、電信交換、交通控制、醫(yī)療器械等）中逐漸涌現(xiàn)出一類復(fù)雜系統(tǒng)。這類系統(tǒng)有很高的實時性要求和可靠性要求；系統(tǒng)運行具有明顯的階段性；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)普遍采用分布式冗余機制從而具有動態(tài)可變的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。本文把這類系統(tǒng)統(tǒng)稱為高可靠實時多階段系統(tǒng)（DEpendable Real-time Multiple-phased Systems,DERMS

2、)。
　　在開發(fā)DERMS過程中，一個重要的步驟就是分析給定的系統(tǒng)設(shè)計是否滿足預(yù)定的可靠性需求，即DERMS可靠性分析。針對DERMS可靠性分析國內(nèi)外研究人員提出了兩種方法：面向靜態(tài)DERMS的故障樹分析方法和面向動態(tài)DERMS的狀態(tài)空間分析方法。通過對研究現(xiàn)狀進行分析發(fā)現(xiàn)已有的研究并不成熟、系統(tǒng)，突出表現(xiàn)在：1）已有的基于BDD的故障樹分析方法，系統(tǒng)BDD生成效率低；2）已有的基于隨機過程的狀態(tài)空間分析方法，只考慮了簡單、小規(guī)模

3、動態(tài)DERMS并沒有考慮具有復(fù)雜行為的大規(guī)模動態(tài)DERMS。針對這兩個問題本文進行了深入系統(tǒng)的研究。
　　針對靜態(tài)DERMS組合系統(tǒng)故障樹的BDD變量排序問題，論文給出了PDO排序策略、組合排序策略、一般排序策略和改進一般排序策略四類策略，并對各類策略的性能進行了細致的分析和比較，最后基于分支定界搜索給出了一個的策略選擇方法?；?6個測試樣本的實驗數(shù)據(jù)表明，相關(guān)研究中普遍采用的后向PDO排序方法只能夠以7/16的概率成為10種備

4、選策略中的最優(yōu)策略，并且沒有一個排序方法能夠以大于5/8的概率成為10種備選策略中的最優(yōu)策略，所以本文給出的分支定界策略選擇方法是一個很實用的策略選擇方法。
　　針對靜態(tài)DERMS組合系統(tǒng)故障樹的BDD生成算法問題，論文從Zhang提出的PDO操作和PDOCombine算法入手，通過從擴大變量排序使用范圍和提升運行性能這兩個角度不斷的對原始的PDOCombine算法進行改進從而獲得了變量排序使用范圍更廣、性能更好的QuickPDO

5、Combine算法。如對于一個較復(fù)雜的靜態(tài)DERMS實例分析表明，雖然最終生成的系統(tǒng)BDD為155個節(jié)點但已有算法耗時近2分鐘并且要求能夠存儲具有358,575個節(jié)點的中間BDD，而本文給出的算法耗時只需1.2秒并且只要求155個BDD節(jié)點的存儲空間。
　　針對動態(tài)DERMS的階段可靠性分析問題，論文重點給出了共享維修子系統(tǒng)、獨立維修子系統(tǒng)和不可維修冗余子系統(tǒng)的可靠性分析方法。已有研究對于共享維修子系統(tǒng)的可靠性分析是基于MRGP過

6、程的分析，本文在已有研究基礎(chǔ)上簡化了核心矩陣的推導(dǎo)方法和計算方法。已有研究對于獨立維修子系統(tǒng)的可靠性分析都是假設(shè)維修活動是指數(shù)分布的Markov過程分析，針對實際維修活動通常是確定的或者一般性分布情況，本文推導(dǎo)了相應(yīng)的組合分析公式。公式的組合性能夠有效緩解了狀態(tài)空間分析中存在的狀態(tài)爆炸問題。
　　針對動態(tài)DERMS的系統(tǒng)可靠性分析問題。論文引入了階段粘合劑—分支矩陣，并在階段轉(zhuǎn)換無記憶假設(shè)的基礎(chǔ)上推導(dǎo)了系統(tǒng)任務(wù)可靠度的通用計算公式

7、，提出了兩種系統(tǒng)任務(wù)可靠度求解方法：解析式求解法和數(shù)值卷積積分求解法。通過案例分析表明，所給出的任務(wù)可靠度分析方法，在定制系統(tǒng)開發(fā)過程中可以用于驗證和評估設(shè)計人員給出的設(shè)計；在通用系統(tǒng)開發(fā)過程中可以用于指導(dǎo)任務(wù)設(shè)計和選擇。
　　綜上所述，本文圍繞DERMS可靠性分析問題，針對已有基于BDD的故障樹分析方法和基于隨機過程的狀態(tài)空間分析方法的不足之處進行了系統(tǒng)研究，提出了新的高效算法和統(tǒng)一分析框架，使得這兩種方法能夠被有效的應(yīng)用到實際