● 摘要
系统可靠性与性能一体化设计技术(以下简称一体化设计技术)，支持在产品设计阶段开展基于仿真的可靠性定量分析以及可靠性与性能的同步优化。传统的一体化设计方法大多是以蒙特卡洛仿真方法为基础，在对复杂系统进行可靠性分析时，需要的仿真次数较多，效率低下的问题突出。针对现有一体化设计中存在的仿真效率问题，本文借鉴混成动态系统的随机可达性分析方法，提出一种可靠性与性能一体化动力学模型的近似分析方法。一体化设计主要研究离散事件与连续变量的相互作用，因此其数学本质就是一个混成的动态系统。同时，由于随机可达性分析不需要大量抽样，因此与传统的蒙特卡洛方法相比，本文提出的是一种更为高效的可靠性分析方法。
首先，描述动态系统的混成故障行为。通过研究典型动态系统的运行过程，分析出系统故障过程中所存在单元离散故障、系统的连续特性以及它们之间的关联作用。并且在自动机模型的基础上，引入状态空间内部的随机性，考虑使用环境及噪声等不确定因素对系统可靠性的影响。通过对混成自动机模型离散跳变以及动力学微分方程的改进，使自动机模型适用于系统的一体化建模。
然后，基于随机可达性分析的可靠度计算方法研究。在一体化建模的基础上，借鉴随机可达性分析，完成混成自动机模型的抽象。自动机的抽象过程包括对混成系统整个状态空间的划分以及对系统中离散事件、连续变量分别进行描述。最终在整个状态空间内形成一个标记有概率的有向图模型。在该模型的基础上，运用马尔科夫决策方法，可以实现一次性计算动态系统的可靠度上/下限，有效地避免了大量抽样。
最后，本文以空调温度控制系统为例，对本文提出的算法进行了验证。分别对单个空调以及双余度的空调系统进行建模与仿真，最终得到系统的可靠度上、下限。仿真结果表明，该方法不仅能够有效地刻画动态系统故障行为中的混成特性，并且在不需要大量抽样的情况，也可以较为准确地得到一种偏保守的可靠度估计方法。