本文選題：可靠性設計　切入點：初始失效　出處：《南京航空航天大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：復雜系統(tǒng)可靠性設計是保證系統(tǒng)高可靠性進行的一系列分析與評估技術(shù),不僅影響到復雜系統(tǒng)質(zhì)量性能的優(yōu)劣和經(jīng)濟效用,甚至影響著使用者的工作可靠性與操作安全性,是復雜系統(tǒng)研制設計過程中的重要環(huán)節(jié)之一。良好的可靠性設計是保障人的生命和財產(chǎn)安全的核心理念,是保證系統(tǒng)高可靠完成其規(guī)定任務的關(guān)鍵技術(shù)。本文針對復雜系統(tǒng)可靠性設計中評估、預測、優(yōu)化、分配等若干關(guān)鍵問題進行深入研究,構(gòu)建了相關(guān)理論方法和模型,以支持高度復雜系統(tǒng)的可靠性優(yōu)化與設計。主要內(nèi)容和成果如下:⑴.對周期檢修下貯存產(chǎn)品的可靠性評估和預測進行了深入研究。面向一類長期處于貯存狀態(tài)的系統(tǒng),將各檢測點的貯存失效率非參數(shù)估計引入描述可靠性退化過程的參數(shù)模型中,提出了貯存可靠性評估問題的潛在貯存失效概率和初始失效概率的參數(shù)與非參數(shù)集成組合方法;基于周期檢測和維修前即刻信息數(shù)據(jù),分別構(gòu)建了系統(tǒng)檢修期間貯存失效率不變與增大的“修如新”和“修如舊”兩類可靠性評估和預測模型;針對貯存試驗數(shù)據(jù)較難獲取和小樣本特點,在所有部件和部分部件失效時間序列這兩類不同先驗信息下,研究了系統(tǒng)實時貯存可靠性評估技術(shù)與蒙特卡洛(MC)仿真方法。算例演示結(jié)果表明,本文提出的集成組合方法比傳統(tǒng)的單一估計方法在評估和預測貯存可靠性時更精確有效,建立的周期檢修模型符合工程實際,信息不足時提出的MC仿真方法切實可行。⑵.對具有相依壽命的單冷貯備系統(tǒng)可靠性進行了深入研究。鑒于實際工程系統(tǒng)中組成元件壽命間依存非獨立關(guān)系,引入高維Copula來構(gòu)造多元隨機變量的聯(lián)合分布函數(shù),描述元件間壽命相依性;基于條件概率理論,建立了含有一個冷貯備和多個工作相依串聯(lián)和并聯(lián)子系統(tǒng)的可靠性模型;應用FGM Copula函數(shù),給出了系統(tǒng)可靠性與平均壽命(MTTF)顯性表達式;基于指數(shù)壽命分布,將系統(tǒng)可靠性函數(shù)與MTTF表示成不同失效率時指數(shù)可靠性函數(shù)的線性組合形式。通過算例分析了不同元件個數(shù)與相依度對系統(tǒng)可靠性的影響,結(jié)果表明,串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性和MTTF隨著相依度的增加而增加,但是對于并聯(lián)系統(tǒng),其值卻隨著相依度的增加呈現(xiàn)降低態(tài)勢。⑶.對多態(tài)單調(diào)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)可靠性評估方法開展了研究。鑒于組成系統(tǒng)單元的多狀態(tài)單調(diào)關(guān)聯(lián)性特征,將多元離散函數(shù)理論引入結(jié)構(gòu)函數(shù),發(fā)展了控制狀態(tài)等價類主導狀態(tài)向量的上等價類下主控邊界點和下等價類上主控邊界點邏輯方法,推導了多態(tài)單調(diào)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的狀態(tài)結(jié)構(gòu)函數(shù)、可靠性和期望狀態(tài)表達式;面向顧客的需求偏好,將負效用函數(shù)嵌入系統(tǒng)平均性能效用模型;鑒于元件狀態(tài)引起的計算復雜性,提出了集合運算的德摩根律法和新型的框圖式算法,簡化了系統(tǒng)可靠度的表達式。結(jié)合某型航空發(fā)動機的簡化演算,驗證了主導等價類向量方法和框圖算法的合理性與有效性。⑷.對復雜可修多態(tài)多階段任務系統(tǒng)(MS-PMS)可靠性開展了研究。針對執(zhí)行多階段任務系統(tǒng)的可靠性設計中不可比的狀態(tài)問題,通過狀態(tài)分組,采用階段反序方法構(gòu)建MS-PMS的多態(tài)多值決策圖(MDD);借助MDD描述MS-PMS的系統(tǒng)層面狀態(tài),應用Markov方法建模元件間狀態(tài)相依和和變遷的動態(tài)行為,發(fā)展了不可比多狀態(tài)可修元件下MS-PMS的分層模塊可靠性評價方法,將狀態(tài)變遷分為組內(nèi)、組間、無約束變遷;基于不可比狀態(tài)部件分析方法,給出了可比狀態(tài)可修元件下MS-PMS可靠性分析方法。結(jié)合民用飛機執(zhí)行飛行任務中爬升、巡航、著陸三個階段的應用算例,表明了模型的有效性和可操作性。⑸.對離散工藝數(shù)據(jù)下“系統(tǒng)-部件”可靠性優(yōu)選問題進行了深入研究�；凇爸匾�-可靠性-成本”離散工藝數(shù)據(jù),引入了顧客偏好的重要性權(quán)衡值概念;針對工程系統(tǒng)的等效串聯(lián)、并聯(lián)、串-并聯(lián)以及并-串聯(lián)結(jié)構(gòu),分別構(gòu)建了元件重要性與成本權(quán)衡下“系統(tǒng)-部件”的系統(tǒng)可靠度指標分配的整數(shù)規(guī)劃方案;應用松弛方法將構(gòu)建的非線性優(yōu)選規(guī)劃方案轉(zhuǎn)換為線性形式,發(fā)展了對不同工藝元件進行選取管理的快速搜索原問題最優(yōu)解的“松弛-遺傳”集成混合方法。最后,通過工藝離散數(shù)據(jù)的算例分析驗證了方法的有效與合理性。
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【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：N941.4
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本文編號：1642361