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原文传递复杂系统连锁失效的评估方法及其应用

论文题名：	复杂系统连锁失效的评估方法及其应用
关键词：	复杂系统;连锁失效;船舶火灾;自动报警
摘要：	与简单系统不同，复杂系统往往具有一定规模，其系统内部及子系统间的相互作用密切，且呈现出非线性、模块化、层次化等特点，系统功能随着系统复杂性的增加变得日益强大。与此同时，系统的可靠性水平受到失效相关性的影响突显，一旦发生失效，元部件或子系统的相互作用会引起失效传播并扩散，导致系统性能降低，甚至崩溃，造成巨大的损失。随着科技的不断发展，复杂系统已经普遍存在于人类的生产和生活中，广泛服务于从军事技术到国民经济的各个领域，因此，如何避免或减少连锁失效的发生，进一步增强系统的可靠性水平已经成为复杂系统研究领域的一个重要课题，连锁失效的评估是其中的重要组成部分。　　复杂系统的连锁失效评估包括连锁失效的机理分析、连锁失效模型的建立、连锁失效指标的确定几方面。本文从复杂系统连锁失效对可靠性的影响角度提出了连锁失效的评估方法并进行了应用。　　首先，基于脆性理论对复杂系统的连锁失效进行了宏观机理分析。在给出了一个控制器和若干子系统组成的系统的行为模型和脆性联系形式的基础上，建立了系统的脆性演化模型，分析了系统的耗散性和不稳定性，提出了Lyapunov指数谱和Kolmogorov熵作为衡量复杂系统连锁失效的指标，给出了连锁失效的判定方法，并结合数值仿真分析了系统在不动点、周期态和混沌间的自组织演化过程，揭示了系统连锁失效产生的机理。　　其次，对连锁失效的路径和脆性源进行辨识。提出了复杂系统连锁失效评估的脆性贝叶斯网络模型，通过将故障树转化为贝叶斯网络给出了系统的图模型，在此基础上给出了复杂系统脆性等级、脆性程度的划分及对应的崩溃可能性。考虑到系统及元部件脆性信息不完备和不确定性的特点，在根节点脆性状态为二态和多态的情况下，分别基于随机抽样方法和模糊理论给出根节点处于不同脆性状态的概率，并利用连接树推理法进行了因果推理和诊断推理，分析了元部件失效对系统失效的影响，进一步给出了辨识系统的连锁失效路径和脆性源的方法，并将此评估方法应用于船舶火灾自动报警系统的定量连锁失效评估。　　再次，对负载的重分配引发的连锁失效进行评估。将各子系统看作节点，给出了所考虑系统的脆性完全图，给出了子系统所承担负载的定义，提出了改进的n节点连锁失效的负载-容量模型，分析了脆性源初始负载的大小、初始负载分布及节点容量对系统连锁失效的影响，给出了连锁失效发生的概率，并应用此理论对负载重分配引发的船舶火灾自动报警系统的连锁失效进行评估。　　最后，评估连锁失效对复杂可修系统可靠性的影响。给出由于负载重分配引发的子系统失效率的变化模型，在此基础上建立了负载分担可修2/3（G）表决系统的广义马尔可夫模型，利用 C0半群理论分析了系统解的适定性和稳定性，从而得到系统稳态可用度指标的计算方法；给出了具有理想承载能力、最大承载能力和极限承载能力时负载均担并联可修系统的状态转移图，并以5个子系统并联的负载均担可修系统为例，给出了不同情形下的广义马尔可夫模型。最后，结合数值仿真分析了子系统的承载能力及负载重分配引发的连锁失效对两类系统可靠性的影响。
作者：	贾诺
专业：	控制理论与控制工程
导师：	金鸿章
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文