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基于累积损伤模型的多阶段系统可靠性分析路集组合方法

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西北工业大学学报 2018年第5期36卷 995-1003页

作者：胡启国何金银重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆400074

多阶段系统因阶段任务的关联性,元件的共用性,导致系统可靠性建模难度大,求解过程复杂,对此提出基于累积损伤模型的多阶段系统可靠性分析路集组合方法。针对元件跨阶段相关性以及各阶段失效率不同问题,利用元件累积损伤模型,考虑元件历... 详细信息

多阶段系统因阶段任务的关联性,元件的共用性,导致系统可靠性建模难度大,求解过程复杂,对此提出基于累积损伤模型的多阶段系统可靠性分析路集组合方法。针对元件跨阶段相关性以及各阶段失效率不同问题,利用元件累积损伤模型,考虑元件历史损伤,求取元件各阶段累积失效分布进行描述。系统路集组合方法利用多阶段系统故障树映射成贝叶斯网络方法建立多阶段系统可靠性模型,通过遍历贝叶斯网络求取各阶段最小路集。针对路集间的相关性以及规模过大问题,采用变量消元法推导出的不交化公式实现路集去相关性与共用元件的条件概率关系缩减最小不交路集规模。再按元件条件概率关系对各阶段最小不交路集进行组合求和。该方法避免了传统贝叶斯网络方法因阶段状态离散过多造成的条件概率表规模大、存储空间需求大、运算量大的问题以及PMS-BDD方法对变量排序有严格要求的限制与难以求解含有多种分布类型元件的系统可靠性问题。对某地球同步轨道卫星进行了多阶段系统可靠性建模与求解,并与PMS-BDD方法相对比,验证了路集组合方法的正确性。

关键词：多阶段系统贝叶斯网络可靠性分析路集组合故障树

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基于贝叶斯网络的多阶段系统可靠性分析模型

计算机学报 2008年第10期31卷 1814-1825页

作者：刘东张春元邢维艳李瑞国防科技大学计算机学院中国华阴兵器试验中心陕西华阴714200

针对多阶段系统(PMS)的可靠性评估问题,提出了一种基于贝叶斯网络(BN)的可靠性分析模型***-BN模型首先为每个阶段构建各自的BN,其结果命名为phase-BN.为了描述阶段之间的相关性,将所有phase-BN中表示同一部件但属于不同阶段的根节点用... 详细信息

针对多阶段系统(PMS)的可靠性评估问题,提出了一种基于贝叶斯网络(BN)的可靠性分析模型***-BN模型首先为每个阶段构建各自的BN,其结果命名为phase-BN.为了描述阶段之间的相关性,将所有phase-BN中表示同一部件但属于不同阶段的根节点用有向边连接,并且将所有phase-BN中的叶节点与一个新的表示PMS系统的节点用有向边连接,从而构建出用于刻画PMS系统的BN,称之为PMS-BN.将各个阶段时间离散为m个时间段,利用BN推理算法获得PMS的可靠性参数.通过2个实例详细阐述PMS-BN的建模过程.PMS-BN模型为PMS可靠性分析提供了一种新的策略,能够方便地实施系统可靠度计算、故障诊断、重要度分析等应用.若构建的PMS-BN满足所有非根节点均具有2个父节点,则PMS可靠度的求解过程仅需O(Nm3)的计算复杂度,其中N为非根节点的个数.

关键词：多阶段系统贝叶斯网络可靠性分析计算复杂度重要度分析

考虑维修性的多阶段任务系统可靠性分析方法研究

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考虑维修性的多阶段任务系统可靠性分析方法研究

作者：鄢民强电子科技大学

学位级别：硕士

在航天、核能、通信、交通运输、网络等领域越来越多的系统呈现出多阶段任务的特征,例如同步通信卫星发射过程包括火箭发射,星箭分离,卫星起旋,远地发动机点火,入轨,定点等阶段。这类系统需要在连续的阶段执行不同任务,可能经历不同的... 详细信息

在航天、核能、通信、交通运输、网络等领域越来越多的系统呈现出多阶段任务的特征,例如同步通信卫星发射过程包括火箭发射,星箭分离,卫星起旋,远地发动机点火,入轨,定点等阶段。这类系统需要在连续的阶段执行不同任务,可能经历不同的工作环境,因此系统配置、元件的失效行为、任务成功的标准在各阶段都可能不同。相较于单一阶段任务的系统,在计算多阶段任务系统的可靠性时,不仅需要对各阶段进行单独的分析,而且充分需要考虑跨阶段依赖性以计算整个系统的可靠性。多阶段任务系统可以分为不可维修系统和可维修系统。本文在已有文献的成果之上就两类系统的建模和可靠性计算方法分别进行讨论。首先介绍了不可维修的系统可靠性分析方法。以完成一次飞行过程的飞机为分析对象,将现有的不可维修的多阶段任务系统分析方法应用到飞机的可靠性分析中。对于可维修的多阶段任务系统,本文采用二值决策图和马尔科夫过程相结合的方法来分析系统的可靠性。避免了已有文献采用马尔科夫过程的进行全局建模方法在建立复杂系统模型时存在状态爆炸的问题,减轻了系统分析的复杂性,最后研究了可维修的多状态多阶段任务系统的分析方法,引入多值决策图法分析多状态多阶段任务系统并详细介绍了生成过程,提出一种运用马尔科夫过程计算系统可靠性的方法

关键词：多阶段系统多状态系统二值决策图多值决策图马尔科夫过程

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多状态多阶段任务系统可靠性分析方法研究

多状态多阶段任务系统可靠性分析方法研究

作者：王展电子科技大学

学位级别：硕士

随着重大装备系统的大型化和复杂化，重大装备系统的可靠性分析变得日趋复杂。重大装备系统，如航空发动机系统、核反应堆控制系统、宇宙空间站等安全关键系统，这些系统在运行过程中一旦发生故障，便会造成巨大的经济损失和人员伤亡。... 详细信息

随着重大装备系统的大型化和复杂化，重大装备系统的可靠性分析变得日趋复杂。重大装备系统，如航空发动机系统、核反应堆控制系统、宇宙空间站等安全关键系统，这些系统在运行过程中一旦发生故障，便会造成巨大的经济损失和人员伤亡。因此，必须在设计、制造和使用环节应用先进的可靠性工程技术来提高重大装备系统的可靠性。重大装备系统通常呈现出多状态、多阶段任务的特点，因此在多状态、多阶段理论框架下开展对其可靠性理论与方法的研究就显得尤为重要。本论文在已有文献的基础上，对多状态系统、多阶段任务系统的可靠性问题进行了深入研究，研究内容主要包括以下三点： (1)同时考虑不完全覆盖和共因失效的多状态系统可靠性分析不完全覆盖(IPC)的引入使得多状态系统必须考虑多种失效模式才可以获得更为精确的可靠性分析结果。共因失效(CCF)的引入增大了系统内部元部件之间的依赖关系。为了克服上述两个难点，本论文提出了一种分离的方法来对同时考虑不完全覆盖和共因失效的多状态系统的可靠性进行分析和建模。根据IPC和CCF分离顺序的不同，本论文提出了两种等价的评估算法，并在最后通过实例验证了该方法的可行性。 (2)同时考虑不完全覆盖和共因失效的多阶段任务系统可靠性分析与(1)类似，同时考虑不完全覆盖和共因失效的多阶段任务系统同样存在上述两个难点，针对这两个难点，本论文也提出了两种等价的分离方法来对存在IPC和CCF的多阶段任务系统的可靠性问题进行分析和建模。 (3)考虑失效传递和失效隔离的多状态系统可靠性分析本部分重点研究了存在全局性失效传递和失效隔离的多状态系统的可靠性问题。全局性失效传递可能是由于不完全覆盖引起的，也有可能是由于系统中某些元件发生破坏性故障引起的(如自燃、爆炸等)。失效隔离是由于元件之间功能相关引起的。本文提出了一种分离与组合的方法来对上述问题进行分析和计算，并在最后辅以实例证明了该方法的可行性。

关键词：多状态系统多阶段系统不完全覆盖共因失效失效传递

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面向过程的复杂多阶段任务系统可靠性设计

面向过程的复杂多阶段任务系统可靠性设计

作者：范文亮安徽工业大学

学位级别：硕士

随着现代航天,航空,舰船,电子等工业系统的机械装备日益复杂和自动化程度的不断提高,所呈现的多阶段多状态系统的可靠性分析变得会越来越复杂。那些重大装备系统,如航空发动机系统、飞行器飞行检测控制系统、冷热交换器与储存系统,这些... 详细信息

随着现代航天,航空,舰船,电子等工业系统的机械装备日益复杂和自动化程度的不断提高,所呈现的多阶段多状态系统的可靠性分析变得会越来越复杂。那些重大装备系统,如航空发动机系统、飞行器飞行检测控制系统、冷热交换器与储存系统,这些系统在操作运行过程中一旦发生故障,便会造成巨大的人力和物力损失以及造成其他事故发生。所以,务必要在系统设备的设计、制造和使用环节应使用先进的可靠性工程技术来提高重大装备系统的可靠度。重大装备组成的复杂多阶段多状态系统通常呈现出多状态、多阶段任务的特点,因此在多状态、多阶段理论框架下开展对其可靠性理论与方法的研究就显得尤为重要。本论文在已有文献的基础上,对多阶段任务系统的可靠性问题进行了深入研究,研究内容主要包括以下三点：一、考虑元件在可维修状态下的多阶段多状态系统可靠性分析本章着重考虑对于所有不可修元件,采用标准的通用故障树来解决,用单阶段模型等价代替具有逻辑运算的多阶段任务系统。从而只需对单阶段模型进行分析求解：采用标准通用故障树使得多状态系统必须考虑多种失效模式才可以获得更本论文提出了等价的评估算法,并在最后通过实例验证了该方法的可行性。二、考虑元件不可维修状态下的多阶段多状态系统可靠性分析与(1)类似,对于所有可修元件构成的多阶段任务系统,不管元件状态在阶段边界处发生怎样变化,我们都需要在阶段边界范围内计算系统的离散失效概率和可靠度。同时考虑多阶段任务系统在边界处的离散失效概率,并用单阶段模型等价替代具有逻辑运算的多阶段任务系统。这是由于系统在阶段边界交界处,系统逻辑结构都会发生改变。进而求出可维修状态下的系统可靠度。提出了等价的评估算法,并在最后通过实例验证了该方法的可行性。三、考虑不可维修下元件处于不同状态的多阶段系统可靠性分析本部分重点研究了不可修的多阶段任务系统可靠性问题,在二元决策图(BDD)方法基础上,提出一种基于加权二值决策图(WBDD)的多阶段任务系统可靠性算法。考虑系统部件或者产品从完美状态到完全失效的过程中,除了两种状态之外还存在不完好状态,且能保证任务阶段的完成。一方面假设部件故障统计独立,一方面运用微部件思想处理阶段之间的相关性,共用元件的依赖性。利用边扩张构建WBDD,递归遍历WBDD结构,计算系统可靠性。提出分离与组合的方法来对上述问题进行分析和计算,最后辅以实例证明了该方法的可行性。

关键词：多阶段系统多状态系统故障树二元决策图 Matlab

二次多阶段不确定系统的Bang-Bang最优控制（英文）

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周口师范学院学报 2016年第2期33卷 26-33页

作者：康玉洁周口师范学院数学与统计学院河南周口466001

在多阶段系统中,当系统转移方程受到不确定变量的干扰,该问题就称为多阶段不确定控制问题.本文把目标函数的期望值的最小值作为最优解,在贝尔曼最优性原理的基础上提出递推公式,采用动态规划方法,对问题进行求解,最终得出Bang-Bang最优... 详细信息

在多阶段系统中,当系统转移方程受到不确定变量的干扰,该问题就称为多阶段不确定控制问题.本文把目标函数的期望值的最小值作为最优解,在贝尔曼最优性原理的基础上提出递推公式,采用动态规划方法,对问题进行求解,最终得出Bang-Bang最优控制和相应的最优解.

关键词：多阶段系统不确定最优控制贝尔曼最优性原理 Bang-Bang最优控制

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多阶段任务系统可靠性建模研究

海军航空工程学院学报 2006年第1期21卷 172-174页

作者：邢涛北京市1481信箱理标室北京

随着系统复杂性和自动化程度的提高,多阶段任务系统(PMS)的应用越来越多.与单一阶段系统相比,PMS的可靠性分析由于阶段之间的相关性而变得更加复杂.在对PMS作简要介绍基础上,文中对PMS可靠性建模的故障树方法作了系统描述,并以某个多阶... 详细信息

随着系统复杂性和自动化程度的提高,多阶段任务系统(PMS)的应用越来越多.与单一阶段系统相比,PMS的可靠性分析由于阶段之间的相关性而变得更加复杂.在对PMS作简要介绍基础上,文中对PMS可靠性建模的故障树方法作了系统描述,并以某个多阶段系统为例,进行了比较计算分析.

关键词：多阶段系统 PMS 可靠性故障树

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考虑共因失效的复杂系统可靠性评估方法研究

考虑共因失效的复杂系统可靠性评估方法研究

作者：窦雅男哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

随着工业的发展,在航空航天,核能工程,武器装备等工程领域的系统越来越复杂,系统呈现多状态,多阶段的特征。这些系统的故障往往都会导致巨大的人员伤亡或经济损失,而且随着技术的提高这些系统广泛采用高可靠度的组件和冗余技术,导致系... 详细信息

随着工业的发展,在航空航天,核能工程,武器装备等工程领域的系统越来越复杂,系统呈现多状态,多阶段的特征。这些系统的故障往往都会导致巨大的人员伤亡或经济损失,而且随着技术的提高这些系统广泛采用高可靠度的组件和冗余技术,导致系统很容易发生共因失效。研究表明共因失效对系统的可靠性会产生很大的影响。因此,为了使复杂系统的可靠性评估更加符合实际情况,必须要对共因失效加以考虑。本文在已有文献的基础上,针对复杂系统的工作特点,考虑复杂系统在多阶段,多状态,以及多状态多阶段的特征下,分别提出考虑共因失效的复杂系统可靠性评估方法。首先对于多阶段系统,考虑到多阶段系统阶段之间的依赖性而且由于组件的相互作用系统中会存在备用,功能依赖等动态逻辑,需要用动态故障树对多阶段系统建模。动态贝叶斯网络既能表示多阶段系统阶段之间的依赖性也是分析动态故障树的有效工具。因此第三章首先根据多阶段系统的动态故障树提出了对应的多阶段系统动态贝叶斯网络模型,下面考虑多阶段系统中的共因失效问题,采用有效的分解聚合法对共因失效进行简化,得到简化的动态故障树,然后将转化为对应的动态贝叶斯网络,结合全概率公式计算系统的可靠度。最后采用算例对方法进行了说明,通过与传统方法的结果对比证明了所提出方法的正确性。然后对于多状态系统,由于缺乏数据或专家的模糊判断,难以用确定值描述组件的状态性能以及对应的性能水平概率,只能用模糊值进行表示。因此考虑将模糊理论与通用生成函数相结合,建立多状态系统的模糊通用生成函数。下面进一步考虑共因失效问题,采用隐式法将系统的失效分为独立失效和共因失效两部分,采用 α 因子模型定量描述共因失效,并提出了数据不足时因子的估计方法,将其与模糊通用生成函数相结合,建立同时考虑共因失效和模糊性的多状态系统通用生成函数表达式,并采用算例说明了方法的有效性。最后对于多阶段多状态系统,考虑到工程中的多阶段多状态系统一般都具有性能共享的特点,但能量在传输过程中由于公共总线传输容量的限制,系统的剩余能量不能全部传递给其他子系统。而且由于组成多状态多阶段系统的子系统一般都为表决系统或并联系统等冗余设计,因此该类系统也容易发生共因失效问题。因此考虑将通用生成函数进行扩展,建立二元通用生成函数既可以表示系统的性能水平也可以表示系统是否发生共因失效,最后采用算例对方法进行了说明。

关键词：多阶段系统多状态系统共因失效性能共享可靠性评估

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复杂产品可靠性度量与建模技术研究

复杂产品可靠性度量与建模技术研究

作者：张晓洁电子科技大学

学位级别：硕士

作为一种重要的航天设备,可靠性水平对卫星而言是最重要的质量指标。为了控制卫星产品的可靠性,本文以建立合理的可靠性评价模型为主线,总结了反映卫星的可靠性水平的可靠性参数,介绍了卫星系统级可靠性建模的多种方法,并对卫星复杂冗... 详细信息

作为一种重要的航天设备,可靠性水平对卫星而言是最重要的质量指标。为了控制卫星产品的可靠性,本文以建立合理的可靠性评价模型为主线,总结了反映卫星的可靠性水平的可靠性参数,介绍了卫星系统级可靠性建模的多种方法,并对卫星复杂冗余结构的处理和系统多阶段问题提出了解决方法。首先介绍了可靠性参数的选择。本文通过调研现行的卫星参数标准(GJB1909.4《装备可靠性维修性参数选择和指标确定要求——卫星》),结合卫星设备的实际情况,总结了描述卫星系统的若干指标,找出了现行指标在使用过程中的一些问题,并提出了选择适合指标的思路。卫星系统为了保证高的任务可靠度,应用了许多复杂的冗余结构。本文对卫星系统的典型结构进行了总结,主要包括串并联结构、冷热备份结构、环备份结构等。针对每种结构,研究了其合适的可靠性建模方法和步骤。合适的可靠性建模可以对给定系统的可靠性进行准确的分析和评定,确定系统的可靠性薄弱环节,为改进设计提供依据。动态故障树(DFT)方法能够描述卫星系统的动态性能,建模过程简单,模型结构清晰,因而运用广泛。本文总结了DFT的建模步骤和处理方法。在传统的DFT分析方法中,首先应将DFT进行模块化,得到独立的静态子树和动态子树,其中的静态子树多采用二元决策图(Binary Decision Diagram,简称BDD)求解,而动态子树转化成相应的Markov链进行求解。但是,仍然无法避免状态过多而引起的“状态爆炸”等一系列问题。为了解决这一问题,本文结合一些其他方法进行了DFT的进一步的研究,这些方法包括梯形公式、Petri网、动态贝叶斯网络等。文中举例用心方法进行分析。结果表明,新的处理方法可以摆脱Markov模型的束缚,从而拓宽了DFT的应用范围。最后,针对卫星系统属于多阶段系统的问题,研究了卫星系统多阶段建模的处理方法。多阶段系统建模比单阶段系统要复杂得多。卫星的工作过程每个阶段的可靠性要求和工作状态是不同的。每个阶段需要建立单独的可靠性分析模型,但部件在后阶段开始时的状态与前阶段结束时的状态是相同的。针对这种问题,本文介绍了一种概率等效的模型处理方法,此方法能够有效地解决卫星系统的多阶段建模与计算问题。

关键词：可靠性动态故障树 Petri网 Markov 多阶段系统