基于性能共享的多级多态系统可靠性建模与优化研究

• 作 者: 苑晓君
• 出 处: 西南财经大学
• 发表日期: 2020年07期
• 关键词: 多级多态系统 性能共享 系统可靠性 通用生成函数 认知不确定性理论 信任通用生成函数

近几年,随着工程技术的不断发展,工程需求也在不断增加,这促使工程机械系统结构日渐复杂和庞大,系统功能也日趋完善和多元化。考虑到系统良好的可靠性可以保证系统能稳定发挥其应有的功能,系统可靠性理论这一方向已经是学者研究的重点,系统可靠性优化设计这项技术被广泛的应用于机械工程、通讯系统、计算机和网络系统、运输系统、能源系统、供给系统、城市设施系统以及战略防御等复杂机械系统。本论文以现实中存在的多级多态系统性能共享这一问题为出发点,对多级多态系统实现性能共享的可靠性进行研究。在本论文的研究中假设多级多态系统中存在M个串联子系统,每个子系统中的每个元件都有它自身随机的性能水平和需求水平。如果一个子系统内部的各个元件的性能供给水平超过其对应的需求水平,那么该元件多余的性能会通过传输系统分享给在同一子系统与其相邻的元件,进而再向其他元件传输,以提高系统的可靠性。性能在子系统内部实现共享之后,会再次在子系统之间实现性能共享。多余性能的传输量会受到子系统内部和子系统之间的传输系统传输能力的限制。只要系统中包含的任意一个子系统或者任意一个元件的性能需求得不到满足,那么整个系统就会失效。本文基于最基础的通用生成函数的计算方法和改进后的通用生成函数计算方法对系统可靠性进行计算和评估。首先,我们对具有性能共享的多级多态系统进行建模研究,该模型通过不同的连接系统将多个子系统进行串联,在各个子系统内部又包含不同的串联元件。接着通过模型假设和理论分析对该模型系统加以介绍,并通过UGF算法计算该系统的可靠度,最后通过具体算例验证模型的准确性,并且通过数值实验探究了多级多态系统可靠性与子系统个数以及连接系统传输能力之间的联系,以及对应的系统可靠性的变化规律。其次,我们研究了认知不确定下的具有性能共享的多级多态系统模型,该模型是在第一部分研究模型的基础上进行拓展,由一般的离散多态性能研究逐渐过渡到更与实际相符合的连续多态性能。在该部分中,首先对模型的假设和BUGF理论加以介绍,接着利用BUGF算法求得系统的可靠度,并给出分析和算例。同时也对认知不确定性模型做了数值实验探究,探究认知不确定性下的多级多态系统可靠性与子系统个数以及连接系统传输能力之间的联系,以及对应的系统可靠性的变化规律。本论文的创新之处在于:(1)考虑了多级系统性能在传输过程中会受到元件所处位置和距离的制约。传统的多级系统是通过性能共享总线实现性能共享,通过性能共享总线可以实现任意两个元件之间的性能共享,然而实际生产中性能传输总是会受到传输距离与元件位置的限制,本论文考虑了位置制约因素,即多余性能只能在相邻元件之间传递,只有相邻元件性能得到满足才可以进一步传递到非相邻元件。(2)考虑了认知不确定性下的多级多态性能共享模型。由于一般的多级多态系统模型中性能水平是离散状态,即需要准确知道系统性能水平的真实值,然而在实际生产过程中,由于信息不完全等因素无法准备估计性能水平的具体值,所以需要对性能水平进行区间估计,在这种条件下系统可靠性也需要根据区间性能水平进行计算,本论文把一般的具有性能共享的多级多态系统可靠性模型进一步扩展到认知不确定性下的具备性能共享的多级多态系统模型。