多状态系统模糊状态分配及其可靠性概率风险评价方法研究

本项目针对多状态系统状态具有模糊性的特征，研究多状态系统及其各组成零部件状态的模糊表示法，确定各模糊状态的功能特征值，创建系统的可行状态空间，建立等同集描述系统状态的变化，提出多状态系统模糊状态分配的过程及具体要求，并建立优化模型，对系统状态进行分配。研究多状态系统事件树和故障树的建立方法以及系统状态对于事件发生概率的影响，提出多状态系统事件树和故障树向Bayes网络的映射及整合算法，建立基于Bayes网络的多状态系统可靠性概率风险评价方法体系，并利用系统的失效概率及其失效所产生的事故风险对系统进行综合风险评价，分析系统状态分配对于系统可靠性概率风险的影响作用，构建相应的分析平台。以重型柴油机为研究验证对象，对建立的模型进行验证和修正。通过本项目研究，为提高复杂系统的安全运行能力、预防和预测故障的发生、评估可靠性水平、评价与控制其风险提供新思路和新方法。

为提高复杂系统的安全运行能力、预防和预测故障的发生、评估其可靠性水平、控制其风险，本项目以柴油发动机为研究对象，在对系统多源可靠性信息进行统计、筛选、降维与融合的基础上，综合利用模糊理论、优化理论、可靠性理论、贝叶斯理论及多值逻辑决策图等，初步构建了多状态系统模糊状态优化分配及可靠性概率风险评价理论与方法体系。在可靠性数据处理方面，提出了基于混合、分段、竞争和并联威布尔分布模型的数据分析方法，并基于有限元分析、蒙特卡洛仿真和现场试验分析寻整机及其零部件失效的原因，给出了柴油机可靠性试验方法、行驶无故障检测方法和故障件的理化分析方法。在可靠性信息融合方面，基于邻域属性重要度、主成分分析法、支持向量机和BP神经网络提出了故障特征的约简与融合分析方法，以降低特征维数，减少计算的复杂性。在状态优化方面，针对含有模糊多状态部件的系统，应用模糊集描述系统及其部件的状态，以及各个模糊状态下的功能特征值和可行域，创建系统的可行状态空间。运用低边界点法创建等同集描述系统状态的变化，给出了等同集的创建方法。建立系统状态分配的优化模型，在最小花费的情况下对系统的状态进行分配。在多状态系统可靠性分析方面，提出了多状态串并联系统状态及工作性能的定量分析方法，基于时间退化测度的多状态系统的可靠性分析方法，基于动态转移概率的多状态可维修系统可靠性分析方法。在概率风险评价方面，基于故障树、事件树、动态故障树和贝叶斯网络等理论提出了基于ET-DFT分层模型的动态概率安全评价方法，基于离散时间贝叶斯网络的在复杂系统动态概率安全评价方法，并基于MDD和DPLD进行多状态系统的重要度分析。提出了基于性能水平划分的系统可靠性分析方法，对各组件性能水平的轨迹进行描述，得到各水平下的组件状态概率及性能期望值，计算给定性能水平下各组件的重要度并对其进行排序。在应用方面，建立了一套柴油机自动化FMEA系统，开发了相应的软件平台。