半马尔可夫跃迁历程下装备复杂系统多状态可靠性分析与评估

开展多态装备复杂系统可靠性建模、分析与评估研究,对于降低装备研制风险、优化保障系统建设、提升装备使用效能,具有重要作用。常规多态系统可靠性分析与评估体系,局限于马尔可夫指数分布状态跃迁历程假设,建模精度与解算可信度受限。突破指数分布技术瓶颈问题,构建半马尔可夫跃迁历程下多态系统可靠性建模、分析与评估体系,并针对船用机电耦合多态发电系统,实现新体系下可靠性建模、分析与评估的典型案例研究。研究表明,新体系可改善机、电类元器件强耦合复杂系统结构的多态可靠性刻画精度,有效规避系统的设计风险和使用风险;有助于实现装备配套保障系统建设的优化决策目标;对于装备系统设计人员与使用人员,具有重要的理论分析价值与工程应用价值。     

基于发生函数的模糊多状态复杂系统可靠性通用评估方法

复杂系统结构组成、运行过程、使用环境复杂,可靠性要求高,评估难度大,且不易获取有效观测数据。发展复杂系统可靠性评估理论,对于控制采购成本、优化维修策略、满足使用需求,具有重要意义。以模糊多状态船用汽轮发电系统为对象,综合模糊状态理论和发生函数算法,实现复杂装备系统模糊多状态可靠性建模,并给出可用度解算、评估、分析方法。研究表明,建模方法对于模糊多状态复杂系统具有普适性,能真实反映系统可靠性特征;克服观测数据不确定性的模糊解算理论,以及回避大自由度微分运算的发生函数解算方法,通用性强、适用范围广、解算效果好,可为复杂系统可靠性建模、评估及其工程决算,提供理论支撑和技术借鉴。     

基于逻辑报酬矩阵的多状态系统可靠性评估

多状态可靠性建模、分析与评估研究,对于合理管控大型装备复杂系统运行历程,科学规措配套保障工程活动,具有重要价值.针对时变需求约束下多状态装备复杂系统,通过构建逻辑报酬矩阵体系,基于任务周期逻辑累计报酬,给出系统可靠性累计特征分析与评估的通用解算方法.专题研究与案例验证表明:解算方法鲁棒性好,面向不同环境约束与评估需求,均易实现解算;适用性强,结合UGF技术,可适用于任意状态维度系统评估;程式化高,依赖矩阵向量建模,易于实现计算机自动化求解.研究结果可拓展应用于能源、信息、机械等行业多状态装备复杂系统的可靠性分析与评估,并对有效规措装备配套保障系统建设工作,具有技术指导意义.     

舰船装备多状态可修复系统可靠性通用生成函数解算方法

远洋舰船装备结构复杂、系统庞大,可靠性要求高。开展舰船装备复杂系统可靠性研究,对于科学控制装备成本、实施维修决策,具有重要意义。针对舰船装备复杂系统,以可修复双锅汽轮发电系统为例,开展多状态系统可靠性建模。在此基础上,通过引入通用生产算子和通用生产函数,完成多状态复杂系统可用度、期望性能、性能失效等可靠性指标解算,并给出稳态、瞬态数值分析结果。研究表明,解算方法通用性强、适用范围广、计算资源依赖程度低,远优于马尔可夫直接法;多状态模型建立合理,有效反映复杂装备系统可靠性变化规律,能为可靠性评估、装备采购及维修决策提供技术借鉴。     

柔顺复杂装备系统多状态动态退化演变可靠性建模与分析

针对复杂工况情形下,柔顺复杂装备系统内部关键零部件容易产生疲劳损伤,导致其在服役期内产生多状态退化迁移,难以评估系统动态退化过程可靠性的难题,本文通过采用齐次连续时间马尔可夫模型(homogeneous continuous time markov process, HCTMP),结合柔顺复杂装备系统动态退化机理,构建了柔顺复杂装备系统多状态动态退化HCTMP模型;并通过Monte Carlo模拟仿真了柔顺复杂装备系统退化失效风险.在柔顺复杂装备系统多状态动态退化HCTMP模型基础上,引入了动态瞬时期望、动态集成期望和状态滞留时间等敏感性测度指标来评估动态退化过程可靠度.案例研究表明,柔顺复杂装备系统多状态动态退化HCTMP模型能有效解决评估多状态动态退化过程的可靠性难题,为维修决策提供重要依据.     

基于PRA的复杂航天多阶段任务系统可靠性分析

在分析复杂航天多阶段任务系统特征和应用传统可靠性分析技术存在的主要问题基础上,简要介绍了概率风险评价(probabilistic risk assessment,PRA)技术,详细说明了PRA综合建模、分析评估和结果分析过程。以某型月球探测器移动分系统为例,进行了PRA技术的工程应用。应用结果表明,PRA技术具有良好的工程适用性,在得到任务可靠性分析结果的同时,能够通过风险重要度排序确定可靠性薄弱环节,支持工程进行针对性的设计改进。     

基于Markov链互模拟的航天器发射任务可靠度模型

状态空间复杂、多过程并发执行和子过程反复迭代的特点, 使航天器发射工程实施全过程的任务可靠性评估难以量化. 通过构建多个并发执行的时间连续的Markov链对航天器发射工程状态转移约束关系进行描述, 采用互模拟时间等价关系简化航天器发射工程实施过程的状态空间, 利用连续时间Markov链的概率转移特性进行建模与分析, 得到了全系统、全过程的航天器发射任务可靠度模型. 数值验证表明该模型可用于航天器发射任务工期推演、可靠度评估以及薄弱环节分析.     

战时基于竞争失效的装备系统可靠性建模与预防性维修策略

针对战时装备受到使用退化与随机冲击的共同作用发生竞争失效的问题,提出了基于状态的预防性维修策略。首先建立了单系统的可靠性评估模型,该模型考虑了装备系统冲击阈值随总退化量的累计而减少的实际,并提出了阈值连续变化条件下的装备系统可靠性建模方法;其次针对装备的隐蔽功能故障,提出了定期检测下基于状态的预防性维修策略,构建了装备系统的成本率函数;最后结合实例分析,确定了装备系统的可靠度函数和最优预防性更换阈值,并对比分析了不同冲击阈值参数对可靠度的影响。研究结果表明:该模型可以有效解决竞争失效条件下装备系统的可靠性评估问题,同时也可为装备系统预防性维修策略提供模型参考。     

大型复杂系统平均寿命评定的Monte Carlo方法

随着现代武器系统和工程系统的大型化与复杂化趋势，大型复杂系统可靠性评定是急待解决的问题，工程中常用可靠性指标有可靠度和平均寿命，平均寿命指标由于直观、物理概念清晰，使用更加方便。基于可靠性框图建模，采用最小路集计算分析，提出了大型复杂系统平均寿命评定的Monte Carlo方法。解决了有限样本条件下，大型复杂系统平均寿命评定问题，对工程中大型复杂系统平均寿命评定具有重要应用价值。     

基于结构分析的软件可靠性评估代数方法

针对含有多种结构风格的复杂软件系统,提出一种可靠性评估代数方法。该方法基于软件体系结构代数建模思想,通过分析构件间交互的特点,使用代数范式形式抽象软件的基本结构风格。明确了范式向系统状态空间的映射关系,由此建立可靠性参数计算准则,并实现了系统可靠性评估的完整流程。因为代数语言的高度形式化特征,流程具有结构嵌套处理以及自动完成计算的显著优点。最后通过对一个实际软件系统的可靠性分析,验证了代数方法的适用性与有效性。     

基于证据GO法的复杂多态系统动态可靠性分析

为了准确把握复杂多态系统及其部件可靠性指标的演变规律，需要对其进行动态可靠性分析。针对复杂多态系统退化参数的认知不确定性问题，提出一种用于动态可靠性分析的证据GO算法，以GO法原理为分析基础，结合证据理论构建一种考虑认知不确定性的多态GO法操作符，完成对复杂多态系统的不确定量化，结合马尔可夫模型对复杂多态系统进行可靠性建模，从而有效地分析认知不确定性给系统可靠度的影响，并用算例验证方法的可行性。     

定期保障模式下舰船编队携行备件配置优化

舰船编队海上任务期间,需要制定合理的携行备件方案以提高装备的战备完好性.针对海上定期保障模式下,将多层级复杂装备结构等效为单层级,提出一种备件需求分析与配置优化的近似方法,根据系统可靠性理论,建立了多阶段任务下的装备可用度评估模型,采用基于补给周期的分段求解方法.通过算例,采用边际优化算法得到携行备件优化方案,对模型结果进行了仿真验证,结果表明:模型计算结果与仿真结果吻合,两种取整方式下的方案费效比相当,采用定期保障模式能够提高备件供应效率,进一步增强备件方案的鲁棒性.     

基于时间Petri网的装备体系可靠性建模与仿真

针对装备体系规模大、层次多、成员彼此分离、不断演化的特点,以及体系可靠性预计与分配困难的问题,在充分研究体系内涵的基础上,结合美国国防部体系结构框架（Department of Defense Architecture Framework, DoDAF）和流程分析研究方法,提出了一种基于时间Petri网流程分析的装备体系可靠性建模与分析方法,详细分析了体系结构和使用流程的建模过程,构建了装备体系的可靠性计算模型。以某机场航空保障体系为例,说明了基于流程的体系可靠性建模分析的详细过程,通过ExSpect（Executable Specification Tool）仿真软件,得出了装备体系流程的执行时间和可靠度仿真结果。