基于灾害蔓延动力学的生命线系统级联失效建模

基于复杂网络上灾害蔓延动力学理论,在考虑了生命线网络结构特征的基础之上,建立生命线网络级联失效模型。利用相邻模糊标度法进行权重分配,计算各种节点连接方式的关联度。从生命线网络中各节点的关联度入手,考察生命线网络级联失效规模受网络结构特征和各节点连接方式的影响情况。实验结果表明,不同节点连接形式下,网络级联失效规模明显不同,说明节点关联度是造成生命线系统灾害蔓延的重要原因。     

蓄意攻击策略下危险品运输网络级联失效仿真

在构建危险品运输网络级联失效模型的基础上,通过控制模型参数,研究了危险品运输网络级联失效特性及不同蓄意攻击策略对网络级联失效的影响。基于大连市危险品道路运输网络特征值,构建了基于WS小世界网络的危险品运输复杂网络生成算法;提出了具有时间阶段特性并带有可调参数的节点初始负载模型,确定了"失效"节点负载分配的择优分配概率模型和节点容量模型,并利用节点负载动态分配概率值,动态描述节点"正常""暂停"和"失效"三种状态,从而构建危险品运输网络级联失效机制模型;以网络级联失效平均规模和相变临界值作为网络抗毁性度量,通过构建两种蓄意攻击策略,对比研究了不同攻击策略对危险品运输网络级联失效抗毁性的影响。仿真结果及理论分析表明:1)构建的危险品运输网络级联失效模型是有效的;2)节点容量系数、过载承受能力调节参数和网络平均节点的度对蓄意攻击策略的变化是不敏感的,但通过提高它们的取值,能够有效降低网络级联失效平均规模,提高网络抗毁性;3)对于节点度的降序攻击策略,可调参数越小,网络抗毁性越强,但对于节点度的升序攻击策略,可调参数越大,网络抗毁性越强,且两种攻击策略下的相变临界值曲线在可调参数为0.5处相交。这些结论为防范蓄意攻击策略的制定提供理论依据。     

军事信息栅格级联失效模型及鲁棒性策略研究

构建了军事信息栅格(military information grid,MIG)级联失效模型,深入分析MIG级联失效特性,并在此基础上提出了鲁棒性建设策略。基于相互依存网络理论分析模型,将MIG划分为通信基础网和信息服务网,改进了节点介数计算方法,突出了服务关系对通信流量的影响,并定义了节点失效判定准则,研究了失效节点通信负荷和信息服务负荷重分配规律及因此造成的失效传播原理。通过引入成本惩罚函数和砥柱节点的概念,构建数学模型,研究并提出了兼顾投入成本和抗毁效益的建设策略。仿真实验结果表明,少量砥柱节点能力的加强,即可有效提高全栅格体系的抗级联失效特性。     

基于级联失效的战域保障网络节点容量优化

通过分析战域保障网络的构造和特点,提出了基于级联失效的战域保障网络节点容量优化模型,进而研究了3种优化策略对级联失效抗毁性的影响:度升序优化策略、度降序优化策略、随机优化策略.结果表明按度降序策略优化约50%的节点可以有效提高战域保障网络级联失效抗毁性.     

考虑节点过载的复杂网络级联失效模型

针对现实网络中节点对负载的冗余能力,提出一种考虑节点过载状态的复杂网络级联失效模型。首先,根据过载系数、失效概率、剩余系数构建了级联失效模型;然后,基于节点的特性提出了过载节点负载分配策略;最后,运用BA无标度网络进行级联失效情况下的抗毁性仿真。结果表明:在过载节点负载分配策略中,混合分配策略整体上较优,能够显著控制级联失效的影响并且增加了网络的抗毁性;在一定范围内提高过载系数、分布系数有助于降低级联失效的影响,但提高到一定程度时效果并不理想;剩余系数存在某一值可增强网络的抗毁性。     

基于资源有限模型的无标度网络动态抗毁性优化

为有效防止复杂网络的级联失效,对复杂网络的容量分配策略进行研究。构建了资源有限的级联失效模型,假设网络总容量不变、容许参数可变,该模型可用于比较多种容量分配策略的有效性。在此基础上,提出了4种典型的容量分配策略。针对移去介数最大节点的攻击方式,在无标度网络上进行了仿真。仿真结果表明,负荷偏好容量分配策略是最有效的容量分配策略,网络节点的重要度与节点介数大小强相关,而与节点的度弱相关。通过优化负荷偏好容量分配策略的偏好指数,提高了复杂网络的动态抗毁性。     

交通运输网络级联失效影响规律及影响范围

基于耦合映像格子模型,研究了交通运输网络路段级联失效的规律并给出了预测交通运输网络路段级联失效影响范围的算法流程。基于耦合映像格子,建立了交通运输网络的级联失效模型,结合交通运输网络的特征,分析了相应的耦合映像格子模型中的参数,通过仿真分析了不同的网络拓扑结构、不同的路段移除方式与不同的外部扰动,以及不同的耦合强度对网络级联失效的影响规律。结果表明:最容易造成网络级联失效的是饱和度和节点度组合最大的节点;外部扰动R越大,网络越容易发生级联失效,当外部扰动R的值大于某个阈值之后,网络就会发生级联失效;耦合强度ε越大,网络也越容易发生级联失效,当耦合强度ε的值大于某个阈值之后,网络也会发生级联失效。最后,给出交通运输网络失效传播范围的预测算法流程,并用Transmodeler软件对实际路网进行仿真分析说明了算法的有效性。     

多态退化串联可修系统的最优维修更换策略

针对工程技术领域中的多失效状态的串联退化可修系统, 提出了一种维修更换模型. 假设系统中的部件有多个失效状态, 故障时以一定的概率进入其中某个状态, 部件不能修复如新. 以系统中部件的故障次数为更换策略, 系统的平均费用率为目标函数, 利用推广的几何过程理论建立数学模型, 证明了最优维修更换策略的存在性. 最后, 通过一个数值例子验证了本方法的有效性.     

最低财富约束下隐性激励对机构投资策略的影响

在最低财富约束下,构建一个引入隐性激励的动态投资组合模型,探讨最低财富约束和隐性激励对机构投资策略的影响.通过鞅方法求解机构最优投资组合策略,发现不存在最低财富约束与中、低财富约束水平下,只有在机构管理的资产财富价值接近资金流动跳跃阈值时,隐性激励才会对机构最优投资策略产生影响;高约束水平下隐性激励不影响最优投资策略,中等约束水平下隐性激励对最优投资策略的影响与不存在最低财富约束和低约束水平下隐性激励的作用相反.进一步分析发现,最低财富约束造成机构的效用损失,其效用损失随着隐性激励强度增大而增大,随着隐性激励不对称程度增加而降低.     

财富约束条件下损失厌恶投资者的动态投资组合选择

在完全市场框架下, 假定投资者是损失厌恶的, 研究了财富非负和带有基准下限约束条件下一般情形的动态投资组合选择模型. 利用鞅方法,分别获得了投资者的最优期末财富水平, 证明了相应的拉格朗日乘子的存在唯一性. 分析了这些解的性质, 并且和传统风险厌恶投资者的最优解进行了比较. 最后讨论了一个具体例子, 给出了最优财富过程和最优投资策略的解析表达式. 通过理论的结果和图形的显示, 可以发现损失厌恶投资者的最优财富随着市场状态的变化会出现突变, 如果考虑基准下限约束, 则其投资策略相对保守, 可以避免由于突变所造成的大的损失.     

基于ExSpect语言的维修过程建模与仿真

研究了单部件可修系统的最优维修更换问题,构建了系统维修更换的Petri网模型,然后利用ExSpect仿真软件进行模拟仿真,从而证明了利用Petri网分析和解决系统维修更换问题的有效性。假定系统每次故障时以概率p进行更换及以概率1-p进行维修,并且每次维修后系统均不能“修复如新”,以系统的故障次数N为策略,利用几何过程建立数学模型,求出最优策略N*,使得系统经长期运行单位时间内期望损失达到最小,并求出系统经长期运行单位时间内期望损失的明显表达式。最后,对所得结果进行了讨论。     

网络可靠性评估的演化过程重要度抽样模拟方法

针对具有高可靠度网络的连通失效概率计算问题,提出了一种重要度抽样Monte Carlo模拟方法.首先提出了考虑节点和边单元失效网络连通状态判别的演化过程算法,算法根据网络节点和边单元的可靠度,将每次模拟抽样产生的随机数转化为单元的修复时间;按照单元修复时间次序构建网络连通拓扑结构,并视为向网络连通状态转变的演化过程.然后基于重要度抽样Mont,e Carlo模拟求解高可靠度网络的2\K\All端连通失效概率,其中重要度抽样函数的计算采用基于演化过程和交叉熵模型的多准则迭代方法.高可靠度网络算例的计算结果表明,预抽样求解重要度抽样函数时,多准则迭代方法所需的预抽样次数约为其他迭代方法的1/40.因此,本文方法具有较高的计算效率.     

基于价格折扣和数量返回的供应链契约协调策略

不考虑缺货损失的条件下的供应链契约,同时引入供应商与零售商间的价格折扣和数量返回策略,建立了相应的供应链契约协调决策模型。通过模型的分析与求解,可以得出零售商在上述情况下的最优订购策略及供应商回购策略。     

异质用户下交通拥挤控制的混合策略研究

随着出行需求及汽车保有量的增加,交通拥挤愈发严重.为了缓解交通拥挤,本文针对公私合营的交通网络,考虑用户异质性,提出了对交通网络同时实行道路收费和可交易电子路票方案的混合策略,即分别对使用政府资建的公有路段和BOT模式下的私有路段的出行用户收取电子路票和费用.通过对用户在混合策略下的出行行为分析,建立了用户均衡和路票市场均衡下的变分不等式模型.接着,对交通网络的系统最优模型进行分析,得到了促使路网在用户均衡状态下达到系统最优的混合策略集合,同时给出了混合策略下系统效率损失的上界.在此基础上进一步提出了涵盖其他目标的双层规划模型,得到能实现双重目标的最优混合策略.最后,对具体路网进行数值实验,可分别得到路网中每一公有和私有路段的具体路票收取量和收费值,以及需要设置的收取总窗口数.     

城市供水系统弹性应对策略与仿真分析

针对城市供水系统受外界威胁导致供应能力波动的问题,建立了以优化供水系统弹性为目标的两阶段应对策略模型.第一阶段为马尔可夫决策过程水库调度模型,求解在满足期望弹性约束下以总成本最小化为目标的优化调度策略;当供应缺口超出水库调度能力时,针对供水系统在动态情景下的不确定性,建立了以供水网络弹性损失最小为目标的系统动力学第二阶段模型,通过仿真实验得到了多渠道优化策略.最后,以上海市咸潮入侵事件验证了该方法的有效性和实用性.     

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。     

修理设备可修理的几何过程模型的最优维修策略

本文研究了一个修理设备在工作过程中可能发生故障且可以被修理的系统的维修策略.当系统发生故障时用修理设备对其进行故障维修,修理设备在维修过程中也可能发生故障,并有修理工对修理设备进行维修.当修理设备恢复正常后继续对系统进行维修.系统和修理设备逐次故障维修后的工作时间都形成随机递减的几何过程,且逐次故障后的修理时间都形成随机递增的几何过程.当系统的故障次数达到N时对系统和修理设备都进行更换,利用更新过程和几何过程理论求出了系统经长期运行单位时间内期望费用的表达式,证明了最优策略的存在性和唯一性,并给出了具体例子和数值分析.     

基于周期性不完全预防性维修的最优经济生产批量决策

在经典EPQ模型基础上,考虑周期性不完全预防性维修策略下,以单位产品总成本最小化为目标,构建最优经济生产批量的决策模型.在产品生产总成本模型的构建中,结合设备故障率及次品率随时间增加这一实际问题,引入役龄回退因子和等效役龄概念进行动态预防性维修成本、故障维修成本及次品修复成本的构建.考虑目标函数的复杂性,本文采用粒子群算法对模型进行数值求解,并验证其合理性.