状态监测是保障复杂工程系统安全服役和可靠运行的重要技术手段,有效地利用状态监测数据可以揭示系统服役阶段的健康状态,并预测其状态演化规律,从而为系统的可靠运行提供重要依据。然而,由于系统复杂的工作环境以及状态监测技术精度的局限性,状态监测数据无法准确地反映系统的真实状态;另一方面,复杂工程系统往往包含多个结构层次(如:系统层、子系统层和部件层),状态监测数据可以来源于系统的多个结构层次。此外,由于监测资源(如:时间、预算和人力)有限,往往无法同时收集所有部件、子系统或系统在服役阶段的状态监测数据。因此,考虑状态监测数据的不确定性和系统多结构层次的特征以及有限的监测资源,如何制定复杂多层次系统最优的状态监测策略,进而准确地揭示系统健康状态的演化规律成为当前复杂工程系统可靠性研究中亟待解决的难题。确定复杂系统最优状态监测策略的关键在于衡量不同状态监测策略对揭示系统健康状态的差异性。本论文以多状态系统为研究对象,针对其状态监测数据的不确定性和系统多结构层次特征以及监测资源有限的普遍问题,开展多状态系统多层次状态监测策略优化方法的研究。本文的主要内容和创新点有:(1)提出了一种不完全监测下的多状态系统多层次状态监测策略优化方法。针对状态监测数据的不确定性和系统多结构层次特征以及监测资源有限的问题,本文利用了监测概率矩阵量化状态监测数据的不确定性,以所有可能的状态监测数据为样本空间,利用全概率公式,并结合系统动态可靠度评估方法,构造了一种多层次状态监测策略的评价指标,以评估特定状态监测策略揭示多状态系统中所有部件状态或感兴部件状态组合健康状态的有效程度,进而构建了以监测资源为约束的状态监测策略优化模型。算例发现,该方法所获得的最优多层次状态监测策略能够合理地分配监测资源,以提高揭示多状态系统中所有部件状态或重要部件状态组合健康状态的有效程度。(2)提出了一种面向任务可靠度的多状态系统多层次状态监测策略优化方法。针对如何确保系统以高可靠度执行任务的问题,本文引入目标任务可靠度,用于判断系统是否能以高的任务可靠度执行下一次任务,并构造了一种面向任务可靠度的多状态系统多层次状态监测策略评价指标,以评估利用特定状态监测策略判断系统的任务可靠度是否满足目标任务可靠度的置信度。以最大化所提的评价指标为目标函数,建立了以监测资源为约束的状态监测策略优化模型。研究结果发现,该方法能够在有限的监测资源下找到最优的状态监测策略,以提高系统是否能以目标任务可靠度执行下一次任务的判断置信度。(3)提出了一种序贯监测下的多状态系统多层次状态监测策略优化方法。考虑到状态监测数据和系统真实状态对应的所有情况,本文构建了序贯监测下多状态系统多层次序贯监测策略的平均监测效果指标。将该指标与不考虑序贯监测的最优状态监测策略的监测效果进行了对比,建立了序贯监测信息价值表达式。算例分析表明,采用序贯监测策略不仅能节省监测资源,还能在监测资源有限的条件下提高监测的有效程度。