基于狀態(tài)觀測數據的復雜系統(tǒng)可靠性評估與選擇性維護決策方法研究.pdf

1、隨著現代制造與工業(yè)系統(tǒng)和國防技術裝備朝著復雜化、大型化和智能化方向發(fā)展，其功能高度集成、性能參數不斷提升、工作載荷復雜多變、環(huán)境條件更加惡劣，保障其服役階段可靠性水平的任務日益艱巨。有效保障系統(tǒng)安全可靠的運行關鍵在于準確掌握復雜系統(tǒng)狀態(tài)演變規(guī)律、評估其壽命周期內的健康狀態(tài)和可靠性，并在此基礎上科學地制定維護策略。一方面，復雜系統(tǒng)其失效演變規(guī)律往往呈現出多狀態(tài)特征，如何準確描述多狀態(tài)系統(tǒng)在服役階段的狀態(tài)演變規(guī)律是當前可靠性領域研究的熱點和

2、難點；另一方面，在連續(xù)執(zhí)行多個階段任務時需要在任務間隔期內對系統(tǒng)進行維護，如何有效地將有限的維護資源合理分配給系統(tǒng)各單元是保障復雜系統(tǒng)服役階段運行可靠性的關鍵所在。
　　伴隨各種先進傳感器和狀態(tài)監(jiān)測技術的發(fā)展，工程人員能夠在系統(tǒng)運行過程中觀測到反映系統(tǒng)健康狀態(tài)的數據。有效利用系統(tǒng)在服役階段的狀態(tài)觀測數據，能揭示系統(tǒng)狀態(tài)演變規(guī)律和預測其狀態(tài)變化趨勢，從而為系統(tǒng)的維護和健康管理提供決策依據。而維護策略的制定又要兼顧有限維護資源在多階段

3、任務中的均衡。本文將從復雜系統(tǒng)狀態(tài)觀測數據的多層次性、不完全性以及執(zhí)行任務的多階段性角度出發(fā)，開展復雜系統(tǒng)狀態(tài)轉移參數估計和選擇性維護決策方法研究。本文主要內容和創(chuàng)新點如下：
　?。?）提出了融合多層次狀態(tài)觀測序列的多狀態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)轉移參數估計方法。針對多狀態(tài)系統(tǒng)運行過程中狀態(tài)觀測數據的多層次性以及系統(tǒng)狀態(tài)的退化行為，本文建立了基于動態(tài)貝葉斯網絡的多狀態(tài)系統(tǒng)可靠性評估模型，有效融合多狀態(tài)系統(tǒng)的多層次狀態(tài)觀測序列，并提出一種將動態(tài)貝葉

4、斯網絡與最小二乘法相結合的多狀態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)轉移參數估計方法。在此基礎上，對多狀態(tài)系統(tǒng)的可靠度進行評估。研究結果表明，本論文所提出的參數估計方法能有效融合多種觀測策略下的多層次觀測序列，從而估計多狀態(tài)系統(tǒng)狀態(tài)轉移參數。
　?。?）提出了不完全狀態(tài)觀測下的穩(wěn)健選擇性維護決策方法。針對復雜系統(tǒng)進入任務間隔期時單元狀態(tài)和有效役齡不完全觀測的現象，本文提出了一種穩(wěn)健選擇性維護決策方法。首先，單元狀態(tài)和有效役齡的后驗分布通過貝葉斯方法更新得到；

5、其次，系統(tǒng)任務完成概率的不確定性可以由單元的可靠度期望與方差表征和量化；最終，借鑒穩(wěn)健設計的思想，從多目標優(yōu)化的角度提出了以可靠度期望最大和方差最小的系統(tǒng)穩(wěn)健選擇性維護決策模型。研究發(fā)現，本文考慮狀態(tài)觀測數據不完全性下的穩(wěn)健選擇性維護策略能顯著提高系統(tǒng)任務完成的穩(wěn)健性。
　?。?）提出了多階段任務下的選擇性維護決策方法。本文將傳統(tǒng)單次任務間隔期內的選擇性維護決策拓展到多階段任務，單元狀態(tài)和有效役齡的不確定性以及多階段任務的不確定性