多阶段任务系统可靠性分析、冗余配置优化与维修策略研究

发布时间：2020-07-06 14:29

【摘要】：多阶段任务系统(Phased-Mission Systems,PMS)广泛存在于航空航天,汽车等大型复杂设备中。大型复杂设备功能的完成往往是由一系列阶段任务组成,如导弹的攻击任务分为发射、惯性制导、末端制导三阶段组成。不同的任务阶段其系统组成,元件配置各不相同,加之系统内部以及各阶段系统间存在元件的共用,这使得PMS在可靠性建模与计算,基于可靠性的冗余配置优化以及维修策略方面相比单阶段系统变得更加复杂。本文从以下几方面对PMS进行了研究:1)针对PMS因阶段任务的关联性,元件的共用性,导致建模难度大,求解过程复杂,提出基于贝叶斯网络链式规则以及条件独立性规则的系统路集组合方法。针对元件各阶段失效率不同问题,利用元件累积损伤模型(Cumulative Exposure,CE),考虑元件历史损伤,获得元件各阶段的累积失效分布来描述元件的跨阶段相关性。针对元件各阶段失效率相同情况,采用条件剩余寿命模型描述元件的跨阶段相关性。该方法避免了传统贝叶斯网络方法因阶段状态离散过多造成的条件概率表规模大、存储空间需求大、运算量大的问题以及PMS-BDD方法对变量排序有严格要求的限制以及难以求解含有多种分布类型元件的系统可靠性问题。对某地球同步轨道卫星进行了PMS可靠性建模与求解,并与PMS-BDD方法相对比,验证了路集组合方法的正确性;2)针对现有PMS冗余配置优化未考虑阶段间元件共用、冗余共享以及元件失效率的不确定性问题,本文结合路集组合方法与遗传算法提出PMS冗余配置优化三大模型:考虑阶段间元件共用PMS冗余优化模型Ⅰ;考虑阶段间元件共用、冗余共享的PMS阶段冗余共享优化模型Ⅱ;考虑阶段元件共用、冗余共享、考虑失效率不确定性的PMS阶段冗余共享鲁棒性优化模型Ⅲ。以实例验证了采用阶段冗余共享能够在不降低系统可靠性情况下显著降低系统设计费用,采用考虑不确定性的鲁棒性优化模型Ⅲ在设计变量存在变化时,系统能有效抑制设计变量变化对系统造成的影响;3)PMS本质上是由多个元件组成的多元件系统,基于此观点对PMS进行了多元件机会维修策略优化,采用本文提出的路集组合方法与二分法求得满足系统最低可靠度要求的最佳机会维修计划,该维修策略以整体PMS最小维修费用为目标。算例结果表明,采用机会维修与各元件单独维修相比其维修成本降低了26.9%。
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：N945.17

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