确信可靠性度量与分析方法

This project aims to develop a new branch of reliability theory, belief reliability theory, to describe the reliability of products influenced by epistemic uncertainty. Some new reliability metrics, i.e., belief reliability, belief reliable life, average expected life, are defined based on Uncertainty Theory first, which allows for the consideration of epistemic uncertainty in reliability measurements and analyses. Second, a failure-behavior based quantification method for design margins as well as effect of aleatory uncertainty is developed. A quantification method for effect of epistemic uncertainty is also developed by evaluating the performances of reliability related engineering activities. The two quantification methods are combined to develop a belief reliability evaluation method for components. Third, based on Uncertainty Theory, reliability analysis methods for monotonic coherent systems and multi-state systems are developed. Through the researches in this project, belief reliability theory will be preliminarily established, which will provide a new way to describe reliability of products influenced by epistemic uncertainty.

“如何描述认知不确定性对产品可靠性的影响”是可靠性研究中的一个重要难题。针对这一背景，本项目拟进行以下研究：首先，以不确定理论为基础，在申请者提出的确信可靠性概念定义基础上，构建综合考虑导致故障的确定性原因、固有不确定性原因、认知不确定性原因三方面影响的确信可靠性度量指标体系，为突破现有可靠性度量难以清晰考虑认知不确定性影响的问题奠定理论基础；其次，分别给出基于故障行为模型的产品设计裕量及其固有不确定性量化方法、基于可靠性工程活动有效性评价的认知不确定性量化方法，并在此基础上研究给出单元确信可靠性指标评价方法，从而解决确信可靠性度量问题；第三，针对单调关联系统与多态系统两类典型系统，研究给出系统确信可靠性指标计算方法，从而解决确信可靠性分析问题。本项目的研究将初步建立确信可靠性理论，为描述认知不确定性影响下产品的可靠性水平提供一种新方法。

可靠性理论自诞生起就始终受到认知不确定性的挑战。为了应对这一挑战，本项目首次将不确定理论引入可靠性理论中，用以描述认知不确定性的影响，并试图构建更加符合可靠性工程需求的可靠性理论——确信可靠性理论。本项目主要针对确信可靠性度量与分析方法开展了深入研究，并取得了许多重要成果。第一，给出了确信可靠度的定义，并从故障时间和性能裕量两个角度阐释了确信可靠度的内涵，构建了确信可靠性的度量框架；第二，定义了确信可靠分布、平均故障前时间、确信可靠性寿命等指标，构建了确信可靠性指标体系；第三，基于不确定理论的最大熵原理，首次提出了基于少量样本数据的确信可靠分布获取方法；第四，从单元性能裕量角度入手，研究了多种认知不确定性量化方法，构建了考虑参数不确定性和模型不确定性的单元确信可靠性模型；第五，基于可靠性框图和故障树，提出了不确定随机系统的确信可靠性分析方法，推导了系统确信可靠度计算公式。以上成果充分考虑了认知不确定性对于产品可靠性的影响，基本解决了确信可靠性度量与可靠性分析两个核心问题，初步建立了确信可靠性理论，为工业产品尤其是正向设计产品的可靠性研究提供了一条全新的、有效的、更确信的途径，具有广阔的理论价值和应用前景。在本项目的资助下，项目组在IEEE Transactions on Fuzzy Systems、Information Science、Reliability Engineering and System Safety等多个国际顶尖学术期刊发表学术论文18篇，被引次数达158次。项目组成员积极参与国内外学术交流，参与了ESREL、MMR、QRS等顶级国际会议，以本项目成果为主题进行了3次大会报告，举办了1次国际会议专门分会，与巴黎中央理工大学Enrico Zio教授、不列颠哥伦比亚大学Frank Lambda教授等著名专家学者建立了合作关系。