复杂系统动态故障树分析的新方法及其应用研究.pdf

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1、论文题目复杂系统动态故障树分析的新方法及其应用研究学科专业机械电子工程学号200911080101作者姓名李彦锋指导教师黄洪钟教授万方数据分类号密级注1UDC学位论文复杂系统动态故障树分析的新方法及其应用研究（题名和副题名）李彦锋（作者姓名）指导教师黄洪钟教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别博士学科专业机械电子工程提交论文日期2013.10.22论文答辩日期2013.12.08学位授予单位和日期电子科技大学2013年12月24日答辩委员会主席评阅人万方数据注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。NEWMETHODSOFDYNAMICFAULTTREEANAL

2、YSISOFCOMPLEXSYSTEMANDITSAPPLICATIONADoctorDissertationSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:MechatronicEngineeringAuthor:YanfengLiAdvisor:Prof.Hong-ZhongHuang万方数据School:SchoolofMechatronicsEngineering万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢

3、的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：年月日万方数据摘要

4、摘要随着现代工程系统的大型化、复杂化以及高新技术的引入，系统可靠性已经成为制约复杂系统发展的关键所在。可靠性分析技术作为实施系统可靠性工程的关键基础技术，目前正面临着复杂系统所带来的若干技术难点和应用挑战。针对复杂系统的可靠性分析技术已经成为可靠性工程领域的研究热点及难点问题之一。系统可靠性分析常规方法主要包括：可靠性框图法、故障模式影响及危害性分析法、故障树分析法、Petri网方法以及蒙特卡洛数值仿真方法等。常规方法通常不考虑系统的动态失效特性，且多数建立在零部件故障相互独立和故障数据完备的基础之上。在实际复杂工程系统中，零部件失效之间通常并不是相互独立的，往往存在着多种复杂的

5、关联关系和动态特性，比如部件失效的顺序关系。另一方面，由于成本、时间、管理和人因等多方面的原因导致零部件失效数据存在模糊不确定性。目前，在考虑动态失效特性的故障树分析方面已取得了一定成果。然而，在同时考虑模糊不确定性以及动态失效特性等情况下的故障树分析方面的研究工作还很缺乏，以致用常规方法分析所得结果与实际情况不符甚至相差甚远。因此，迫切需要开展考虑零部件动态失效特性和模糊不确定性的系统可靠性分析方法的研究。针对上述问题，本文主要开展了以下研究工作：（1）基于模糊马尔科夫模型的动态故障树分析方法。马尔科夫模型方法是一种状态空间分析方法，用该模型能够准确地描述失效分布与维修分布都服

6、从指数分布的系统的失效及维修过程。本文在基于马尔科夫模型的基础上，考虑了零部件失效信息的模糊不确定性，研究了在模糊失效率下的动态故障树分析方法。通过建立系统的动态故障树模型，并运用三角模糊数来描述零部件和系统的失效率，通过已经得到的动态故障树模型建立系统失效过程的模糊马尔科夫模型。运用模糊理论中扩展原理的思想和Laplace-Stieltjes变换求解该模型，得到系统在给定时刻下的模糊失效概率和给定隶属度下的模糊可靠度曲线。最后应用该模糊马尔科夫模型对某数控加工中心液压系统进行可靠性建模与分析。研究结果表明，该方法能够有效地对具有动态失效特性和模糊不确定性的系统进行可靠性建模及定

7、量评估。（2）基于离散时间贝叶斯网络的动态故障树可靠性评估模型。研究了基于贝叶斯网络和动态故障树的系统可靠性建模和评估方法。通过把系统失效的动态故障树模型转化为贝叶斯网络模型，并运用贝叶斯网络的拓扑结构来表达系统中部I万方数据摘要件失效之间的逻辑关系。针对基于马尔科夫模型的动态故障树求解方法中存在的状态爆炸问题，借助贝叶斯网络的条件独立性来降低模型求解的复杂度。在此基础上，建立了静态和动态故障树中各种逻辑门的条件概率分布的公式，以实现对系统失效过程及其动态特性进行建模和分析。以卫