系统的日益复杂化使可靠性成为制约其可用性的关键因素,复杂系统具有失效概率的模糊性、中间状态的多样性、系统任务的多阶段、维修带来的可靠性动态变化等特点,传统的可靠性分析方法已不能适应复杂系统这些特点带来的需求变化。复杂系统可靠性分析与设计技术,可在预防重大事故、提高重大装备、设施、工程的安全可靠运行能力等方面发挥重要作用,已经成为可靠性领域的研究热点之一,相关理论及技术问题急需解决。论文以复杂系统为研究对象,针对现有复杂系统可靠性分析方法存在的计算复杂度高、“状态空间爆炸”、静态分析方法不能适用于动态系统可靠性分析等局限性,重点开展模糊系统、元件功能相依多态系统、不完全覆盖多态多阶段任务系统、多态权重k/n系统的可靠性分析及k/n系统可靠性优化等方面的研究工作。论文的主要创新性研究工作如下:1.论文构建了由专家评价单元和随机计算单元组成的模糊系统的混合随机计算(HSC)模型,专家评价单元将专家给出的基本事件自然语言评价转换为权重三角模糊数,随机计算单元将以上模糊数转为精确值后进行随机序列编码,通过随机计算得到模糊系统的可靠性值。论文从理论分析和算例仿真两方面验证了,本文的HSC方法可显著降低计算复杂度、提高收敛速度,不仅可以计算可靠性边界值,而且可以计算失效分布概率。与近几年提出的模糊运算(FAO)、模糊期望值(FEVA)及混合模糊蒙特卡罗(HFMC)仿真等方法相比,HSC模型在计算效率和可靠性分析深度方面均有有效提高。2.近年来常用动态通用生成函数(DUGF)和多态蒙特卡罗(MMC)仿真方法进行多态复杂系统的可靠性分析,但由于DUGF属于精确计算方法,其计算复杂度与系统内元件个数、元件状态数呈指数级关系,而MMC随机仿真法存在收敛速度慢、仿真时间长等问题。论文提出了元件相依性多态系统可靠性动态分析的扩展随机计算(ESC)方法,将系统中多态元件性能值及对应的分布概率同时编码在多值非伯努利序列中,使得ESC的计算复杂度与元件状态数无关、与元件个数呈线性关系,计算效率得以有效提高。仿真结果也表明,本文提出的ESC方法计算精度、收敛速度均比MMC方法高;虽计算精度比精确计算的DUGF方法略低,但计算效率比DUGF方法有明显提高。3.论文基于随机多值计算方法,研究了多态多阶段任务系统的故障级、元件级、性能级三种故障不完全覆盖的可靠性分析方法,提出了故障级随机多值(FSMV)、元件级随机多值(ESMV)和性能级随机多值(PSMV)三种可靠性动态分析模型,综合了系统的多阶段性、多态性、动态性以及三种故障不完全覆盖机制等特点。仿真结果表明,与通用生成函数(UGF)方法(计算量随元件个数及其状态数增加急剧变大甚至不可计算)相比,本文提出的三种可靠性动态分析模型的计算复杂度有显著降低。4.针对复杂冗余系统(k/n系统),论文提出了用于不可维修多态权重k/n系统可靠性分析的静态随机多值计算方法和用于可维修多态权重k/n系统可靠性分析的动态随机多值计算(DSMV)方法,将元件的多状态、权重、不可维修或可维修的动态失效分布概率编码在随机多值序列中,从理论上证明了该方法可将多项式的乘法操作转换为随机多值序列的求和运算,消除了元件的状态数对计算时间的影响,简化运算操作,节省计算资源。多管道传输系统实例验证结果也表明,与近几年的模糊通用生成函数法(FUGF)和扩展通用生成函数法(EUGF)相比,系统的元件个数及其状态数已不再是影响系统可靠性计算复杂度的关键因素,计算效率得到有效提升。5.k/n系统通常通过增加系统内元件个数(冗余度)提高系统可靠性,但冗余度的增加势必会造成系统成本的增加。论文将k/n系统的元件成本、冗余成本、失效成本、运行成本等成本参数以及任务时间、失效概率等过程参数作为系统可靠性优化设计输入,综合研究系统可靠性与这些参数的平衡关系,改进系统总成本的计算方法,给出单位成本对可靠性贡献度(R_Per_Cost)的优化评价函数,并针对不同参数优化目标设计了相应的可靠性优化方案。算例分析表明,该评价依据在总成本最高效利用的条件下,可以优化系统可靠性设计方案。