需求驱动的状态聚合系统建模及可靠性分析

发布时间：2017-03-28 12:18

  本文关键词：需求驱动的状态聚合系统建模及可靠性分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：多状态系统(Multi-state System, MSS)是可靠性理论中的一类重要系统,其在制造、生产、配水、发电、石油和天然气的运输等领域中具有广泛的应用。这类系统状态数目巨大且系统处于不同的状态时系统输出功率(或性能)是不同的。马尔可夫可修系统是一类特殊的多状态系统,以往的研究把马尔可夫可修系统的状态空间划分为工作状态集和故障状态集,即可接受系统状态集和不可接受系统状态集。事实上,系统的状态是否能被接受取决于马尔可夫可修系统性能与需求的性能水平之间的关系。实际生活中顾客(或用户)的需求是多样的,千变万化的,进行需求方面的管理也是至关重要的,所以构建需求驱动的状态聚合系统模型具有重要的理论意义和应用价值。本论文以系统的输出(或性能)和顾客(或用户)的需求性能两类系统为基础,构建需求驱动的状态聚合系统模型,运用离子通道建模理论、聚合随机过程理论以及Krnonecker算子对系统进行了可靠性评估。本论文的研究工作主要有以下几个方面：第一,建立了确定性需求驱动的马尔可夫供应状态聚合系统模型。提出了刻画该系统模型的几个新的可靠性指标：多点可用度、多区间可用度和混合多点区间可用度,并推导出这些可靠性指标的具体表达式。在这类系统中,需求模式是确定性的而供应模式是一个马尔可夫随机过程。第二,建立了随机环境下确定性需求驱动的马尔可夫供应状态聚合系统模型。提出了在考虑环境条件下刻画该系统模型的几个新的可靠性指标：多点可用度、多区间可用度和混合多点区间可用度,并推导出这些可靠性指标的具体表达式。这类系统在随机环境下运行,系统的一些状态是可变的,即系统的一些状态在某些环境下是工作状态,而在另一些环境下或许成为故障状态,且一些环境对系统是致命的,即系统在这些环境下的所有状态均为故障状态,没有工作状态。第三,建立了确定性需求驱动的多运行水平马尔可夫供应状态聚合系统模型。提出了在考虑输出功率的条件下刻画该系统模型的几个新型的可靠性指标：多点可用度、多区间可用度和混合多点区间可用度,并推导出这些可靠性指标的具体表达式。在这类系统中,需求模式是确定性,在不同的时刻顾客有不同层次的需求；供应程度相同或相近的基本状态被聚合在一起,看做一个状态处理,称为一个运行水平或者一个层次,整个供应状态集被聚合成多个运行水平或者多个层次。第四,建立了马尔可夫需求驱动的马尔可夫供应状态聚合系统模型。提出了刻画该系统模型的新的可靠性指标：在特定时间区间内顾客的需求都能得到满足的概率,并推导出这些可靠性指标的具体表达式。这类系统的需求和供应模式都是随机的,感兴趣的是在某个时间区间内顾客有需求的地方都能够得到满足的概率第五,建立了多运行水平马尔可夫需求驱动的多运行水平马尔可夫供应状态聚合系统模型。提出了刻画该系统模型的新的可靠性指标：在特定时间区间内顾客特定的需求被相应层次的供应满足的概率,并推导出这些可靠性指标的具体表达式。在这类系统中,需求和供应模式都是多层次的,即在不同的时刻顾客有不同层次的需求且在不同时刻供应的层次也是不同的,需求和供应程度相同或相近的基本状态分别被聚合在一起,看做一个状态处理,称为一个运行水平或者一个层次,整个需求和供应状态集分别被聚合成多个运行水平或者多个层次。本文对上述建立的需求驱动的状态聚合系统模型进行了可靠性分析,推导出了相关的可靠性指标,用数值算例对所推导的理论结果进行了验证分析,并且把确定性需求驱动的马尔可夫供应状态聚合系统模型和确定性需求驱动的多运行水平马尔可夫供应状态聚合系统模型应用于一个微型计算机系统的可靠性评估。本研究有重要的理论和实际意义,所得结果不仅可以促进需求驱动的状态聚合系统模型和聚合随机过程的发展,还可以为多状态系统的维修性优化设计、可靠性评估、管理等提供理论依据。
【关键词】：可靠性 聚合随机过程 多点可用度 多区间可用度 多运行水平 状态聚合
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB114.3;F274
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-15
• 第1章 绪论15-23
• 1.1 研究背景、研究目的和意义15-18
• 1.2 主要研究内容18-19
• 1.3 主要创新点19-20
• 1.4 论文结构20-23
• 第2章 国内外研究现状及理论基础23-41
• 2.1 可靠性理论研究现状23-26
• 2.2 维修性建模与可靠性分析26-33
• 2.2.1 多状态系统26-27
• 2.2.2 基于离子通道理论的状态聚合可修系统27-29
• 2.2.3 马尔可夫可修系统新的可靠性度量指标29-30
• 2.2.4 退化可修系统30-31
• 2.2.5 PH分布和MAP在可靠性建模中的应用31-33
• 2.3 常用的可靠性指标33-35
• 2.4 连续时间马尔可夫过程35-36
• 2.5 离子通道建模理论36-38
• 2.6 拉普拉斯变换38-39
• 2.7 Kronecker积与Kronecker和39-41
• 第3章 确定性需求驱动的马尔可夫供应状态聚合系统建模与可靠性分析41-56
• 3.1 引言与系统描述41-42
• 3.2 系统可靠性度量42-49
• 3.2.1 一些基本结论42-43
• 3.2.2 多点可用度43-44
• 3.2.3 多区间可用度44-45
• 3.2.4 混合多点区间可用度45-49
• 3.3 一些性质49-51
• 3.4 数值算例51-54
• 3.5 本章小结54-56
• 第4章 随机环境下确定性需求驱动的马尔可夫供应状态聚合系统建模与可靠性分析56-66
• 4.1 系统模型假设56-57
• 4.2 系统与环境可靠度57-61
• 4.2.1 系统可靠度57-60
• 4.2.2 环境可靠度60-61
• 4.3 系统与环境可用度61-63
• 4.3.1 系统可用度61-62
• 4.3.2 环境可用度62-63
• 4.4 数值算例63-65
• 4.5 本章小结65-66
• 第5章 确定性需求驱动的多运行水平马尔可夫供应状态聚合系统建模与可靠性分析66-78
• 5.1 系统模型假设66
• 5.2 系统可靠性度量66-73
• 5.2.1 各个运行水平逗留时间的分布66-69
• 5.2.2 各个运行水平访问次数的分布69-70
• 5.2.3 点可用度、区间可用度和混合点区间可用度70-73
• 5.3 数值算例73-76
• 5.3.1 各个运行水逗留时间和平访问次数73-75
• 5.3.2 点可用度、区间可用度以及混合点区间可用度75-76
• 5.4 本章小结76-78
• 第6章 马尔可夫需求驱动的马尔可夫供应状态聚合系统建模与可靠性分析78-91
• 6.1 系统模型假设78-80
• 6.2 相关的基本知识80
• 6.3 系统可靠性度量80-86
• 6.3.1 系统性能度量C([0,t])80-84
• 6.3.2 系统性能度量C([a,b])84
• 6.3.3 系统性能度量(_([a_1,b_1,[a_2,b_2],…,[a_m,b_m])84-86
• 6.4 数值算例86-90
• 6.5 本章小结90-91
• 第7章 多运行水平马尔可夫需求驱动的多运行水平马尔可夫供应状态聚合系统建模与可靠性分析91-100
• 7.1 系统模型假设91-92
• 7.2 系统可靠性度量92-95
• 7.3 一些特殊情形95-96
• 7.4 数值算例96-99
• 7.5 本章小结99-100
• 第8章 工程实例应用——一个微型计算机系统100-108
• 8.1 程实例介绍及系统建模100-101
• 8.2 系统可靠性评估101-107
• 8.3 本章小结107-108
• 结论108-110
• 参考文献110-119
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单119-120
• 致谢120-121
• 作者简介121

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本文编号：272267