基于Markov过程的冗余系统备件与冗余度联合优化

为了合理有效地降低冗余系统全寿命周期费用,同时考虑部件的故障过程、维修周转以及备件的订购补给过程,结合混合准则提出了基于Markov过程的k/n冗余系统可用度模型,实现备件库存配置与冗余度联合优化。首先,通过热备份和冷备份模式下的系统故障率和修复率计算公式,建立了使用可用度模型。然后,基于稳态概率计算全寿命周期费用,并运用备件库存配置与冗余度联合优化算法实现模型的求解。最后,通过数值计算验证可用度模型的正确性以及联合优化的有效性。通过数值计算结果表明,所提出的可用度模型是传统模型的有益改进并且具有普适性。联合优化算例结果显示,冗余系统可用度随冗余度或备件库存的增加而得到提升,而当可用度接近1时若要进一步提高可用度将导致费用急剧增长;全寿命周期费用中备件存储费用的所占比例最高,而备件订购费用最低;算例表明,与仅考虑备件库存优化的方法相比,联合优化使全寿命周期费用降低了8.01%。     

考虑随机权重阈值的多态k/N系统任务可用度建模与优化

在权重阈值随机变化的条件下,现有多态系统可用度建模在实际工程应用中具有局限性.本文引入数量阈值并考虑权重阈值随机性,分析多态k/N系统中部件数量和权重不能彼此映射的问题,提出新的随机联合运算符结合通用生成函数的方法,建立系统任务可用度评价模型.本方法适用于权重阈值服从连续型随机分布的情形,优于传统递归算法.然后,分别构建系统可用性约束或成本约束下的系统优化模型,通过遗传算法编程,求解部件各状态的最优概率及权重.最后,以船舶运输系统为例阐述数量阈值对系统可用度的影响,并给出随机权重阈值下多态系统的设计优化结果.研究成果可为系统工程师开展可靠性设计和改进提供方法依据.     

两级维修保障下k/N系统使用可用度模型

为满足一定的可靠性或精度要求,通常将装备系统设计成k/N结构的冗余系统,该类系统维修一般要等到失效部件达到一定数量时才进行.使用可用度是装备战备完好性的重要指标,能很好地反映装备系统的可靠性及维修保障系统的保障水平.因此以k/N系统为研究对象,结合装备两级维修保障模式,建立了m维修策略下两级维修保障的装备系统使用可用度模型.通过模型实例分析了两级备件储备对系统使用可用度的影响,验证了模型的有效性.     

基于Copula函数的系统可靠性冗余优化

针对系统可靠性冗余优化设计中冗余部件间可靠性的相关性经常被忽略而导致优化结果与工程实际有差距的问题，利用Copula连接函数中的Gumbel Copula函数来描述这些相关性，并根据相关性对冗余优化模型进行了改进. 针对模型的求解方法，选用GAG1启发式算法，并根据Gumbel Copula函数对其中的敏感因子进行了修正. 算例结果表明了改进方法的全面性、可行性.     

基于可用度模型的故障预测与健康管理方法

为了将故障预测与健康管理(prognostics and health management, PHM)技术应用到工程实践中,提出了基于可用度模型的PHM方法。首先通过广义随机Petri网(generalized stochastic Petri nets, GSPN)和连续马尔科夫链(continuous time Markov chain, CTMC)建立基本单元的软硬件可用度模型和健康状态转换图,通过求解微分方程得到基本单元软硬件的可用度数值。然后综合软硬件之间的故障相关性建立基本单元的完整可用度模型,并利用事件调度仿真机制得到其可用度的解。最后将基本单元故障模型同通用的可修系统稳态可用度模型对比,得到“可用度-故障率-维修率”形式的PHM计算模型,并以此作为工程应用中PHM分析的有效手段。     

航空装备系统改进时的可用度分配方法

提出了用于系统改进时可用度分配的指标确定方法。这种方法主要是把系统可用度分配给分系统,通过系统可用度与分系统可用度关系分析,建立了系统与分系统可用度之间的数学模型。用层次分析法确定了分系统的重要度,通过提高较小的分系统可用度,保证满足系统可用度增长的目的。最后通过实例给出了具体计算步骤。     

串件拼修策略下指数型不完全修复件的可用度评估

串件拼修能有效提高装备保障效能.针对任务期内普遍存在的故障件报废问题,提出了串件拼修策略下的系统可用度近似评估方法.以两层级部件为例,通过忽略维修时间将底层不完全修复件近似等效为消耗件,并分别以上层部件完全可修和部分可修展开,利用等效思想将上层备件数量折算为底层备件数量,最后通过建立可用度与可靠度的关系得到系统可用度表达式.算例中通过构造仿真模型与近似方法进行对比,结果表明:本文近似方法在高可用度范围内具有较高的精度,在串件拼修策略下使装备可用度提高了4.23%.     

周期性检查的二部件装备可用度研究

针对周期性检查的二部件可修系统的可用度建模问题,论文假设系统故障时间和修复时间服从任意分布形式,采用完全维修策略,以递归的方法构建了该类装备可用度的计算模型,并对串联、并联和备份3种典型结构形式的可用度进行了计算和验证,计算结果表明该模型符合系统的物理规律,可以实现对二部件周期性检查装备的可用度计算,为周期性检查的复杂装备可用度计算奠定了技术基础.最后以故障/维修时间服从威布尔/正态分布的周期性检查装备为例对系统检查周期、可用度的关系进行了分析,为合理确定装备检查周期、提高装备可用度提供了很强的指导意义.     

基于系统可用度的匹配问题的分析

随着可靠性、维修性和保障性工程的发展,可用度模型得到了广泛研究,但对瞬时可用度的波动情况研究较少.根据工程上的需要,通过分析瞬时可用度在有限时间段内的波动(变化)情况,研究了新装备系统由于子系统间的相互作用而产生的匹配问题.基于研究的需要,提出一些概念,并指出了下一步的研究内容和框架.     

相邻k-out-of-n:F多状态可修系统的可靠性分析

针对相邻k-out-of-n:F多状态可修系统可靠性指标计算难的问题,提出了两种求解该系统可靠性指标的方法。当系统部件寿命和修理时间都服从指数分布时,方法一首先利用马尔可夫过程理论获得部件的可用度,再用部件的可用度获得系统的瞬态、稳态可用度;方法二针对状态空间巨大的情况,先以一定的标准对状态空间进行截尾,再应用马尔可夫模型获得系统的稳态可用度、首次故障前平均时间、稳态故障频度等可靠性指标。最后通过数值算例说明了所提出方法的有效性。     

Availability equivalence analysis of a repairable multi-state series-parallel system

The availability equivalence of different designs for a repairable multi-state series-parallel system (RMSPS) is discussed in this paper. The system components are assumed to be independent, and their failure and repair rates to be constant. The system availability is defined as the ability of the system to satisfy consumer demand. Factor improvement method and standby redundancy method are used to improve the system design. To evaluate availability of the both original and improved systems, a fast technique, based on universal generating function, is adopted. The availability equivalence factor is introduced to compare different system designs. Two types of availability equivalence factors of the system are derived. A numerical example is provided to illustrate how to utilize the obtained results.     

冗余系统槽CompactPCI高可靠平台

为了获得高可靠和高带宽的通讯平台 ,设计了一种 16槽位CompactPCI高可靠平台。该平台可以对包括主系统板的所有插件提供冗余备份 ,故障板可以被自动隔离 ,备份件可以被自动连接 ,可以在不停机的情况下拔插系统板及其它插件。其总线带宽峰值可达 5 2 8Mbyte/s ,具有 99.999%的高可靠性能 ,在现代通讯、航天、军事等领域具有广阔的应用前景。     

考虑多维修台异步单重休假的温贮备冗余系统可靠性模型

本文针对多维修台保障多个系统时维修力量调度规律对系统稳态可靠性的影响,引入多维修台异步单重休假策略,以包含c个维修台的温贮备冗余系统为研究对象,根据维修台所处的维修、休假、空闲3种状态将系统整体工作情况进行状态划分,建立系统状态转移矩阵。引入Phase type分布描述系统工作部件、贮备部件寿命以及维修台维修时间、休假时间、空闲时间等随机变量,构建考虑多维修台异步单重休假的温贮备冗余系统可靠性模型,得出系统稳态可用度和稳态忙期维修台数量等指标的解析表达式。最后利用算例对模型的适用性以及准确性进行分析,并探讨了维修台工作速率和系统可靠性之间的关系。     

k/N系统的多阶段任务可靠度模型

k／N热备份冗余系统已被广泛应用在现代高科技装备中．而对于某些k／N系统的k并不是一成不变的．而是根据实际任务而变化的．并且某些系统还存在一定数量的冷备份冗余部件。给出一种存在冷备份冗余部件且k随阶段变化而变化的k／N系统的多阶段任务可靠度模型，通过该模型可以为确定系统在完成特定任务情况下的热、冷备份部件数量提供决策依据．为该类系统的设计提供决策支持。     

双重不确定冷贮备系统的可靠性分析

运用不确定理论研究了无充足样本的冷贮备冗余系统。假设系统所有元件的寿命服从具有不确定参数且相互独立的不确定分布,基于可靠度函数和平均寿命建立了3类冗余系统可靠性的数学模型:转换开关完全可靠型、转换开关离散型、转换开关连续型的冷贮备系统。此外,针对元件寿命为独立同分布的特殊情况进行了分析,给出数值算例,进一步印证模型的合理性。     

随机Petri网在系统可用性分析中的应用

Petri网自1962年提出以来，倍受工业界和学术界的广泛关注。经过几十年的时间，Petri网的理论不断的完善，Petri网在各行业中不断的被应用。本文主要讨论了Petri网在系统可用性分析中的应用。首先从Petri网的基本概念和基本模型出发，讲述了随机Petir网模型（SPN）、广义随机Petri网模型（GSPN）和随机回报网模型（SRN）。然后以冗余备份系统为例，讨论了随机Petri网在系统可用性分析中的应用以及随机Petri网模型的分析。最后讨论与其它建模方法相比，利用随机Petri网来建立系统可用性模型的优点。     

最优冗余线阵欠定信号双重构DOA估计方法

针对最小冗余线阵难以用于阵列设计的问题, 设计了一种性能相近的最优冗余线阵, 为实现相应阵列的欠定信号到达角(direction of arrival, DOA)估计, 又提出了一种基于两次重构的快速协方差向量稀疏表示方法。该方法利用凸优化中最优解条件, 实现了Toeplitz协方差矩阵的快速高精度重构, 进而基于构造的协方差向量稀疏表示模型, 实现了欠定信号DOA估计。仿真结果证明, 最优冗余线阵相较于其他稀疏线阵, 耦合影响更低, 测向精度更高, 所提算法较同类算法DOA估计精度更高。     

系统冗余优化设计的启发式算法

可靠性设计是系统设计的重要环节,系统冗余设计是可靠性设计的重要方法,也是提高系统可靠性的有效手段。在Sharma算法思路的基础上,考虑了新的试探方式,试图给“最有可靠度效益的级”增加冗余,并采用级替换因子判断给系统中的哪一级增加冗余对系统最有效益。在替换因子的考虑上,提出两种算法,并举例说明算法如何在部件可靠度确定的情况下,考虑系统设计代价(费用,重量,体积等),优化配置部件的冗余数。     

n/k(G)表决冗余多阶段任务系统可靠性优化模型

提出采用多阶段任务系统（phased mission systems, PMS）冗余故障树模型和PMS冗余二元决策图（binary decision diagram, BDD）模型来描述冗余多阶段任务系统;通过递归法实现PMS冗余故障树模型到PMS冗余BDD模型的转换,从而得到整个PMS的最小割集;在分析n/k(G)表决冗余模块在PMS中可靠度计算模型的基础上得到整个PMS的可靠性计算模型。以费用最小为目标,构建多阶段任务系统可靠性冗余优化模型,并应用微粒群算法对模型进行求解。算例通过一个三个阶段n/k(G)表决系统来阐述该方法的应用,并验证了模型的合理性及算法的有效性。