[发明专利]一种考虑状态转移相关性的多状态系统可靠度评估方法

说明书

本发明公开一种考虑状态转移相关性的多状态系统可靠度评估方法，通过copula函数描述状态转移间复杂的相关性，并结合系统的状态观测数据估计模型中的未知参数，利用贝叶斯信息准则选择最好的模型，在此基础上，计算系统的可靠度和条件可靠度。本发明的方法由于使用了copula函数对系统状态转移间的相关性进行建模，系统在各个状态的失效规律可不尽相同，而且状态转移间的相关性形式多样，相比于现有的方法本发明可以实现具有复杂失效规律的多状态系统的可靠性建模，从而提高了系统可靠性评估的准确性。

技术领域

本发明属于复杂系统可靠性领域，特别涉及一种多状态系统可靠度评估技术。

背景技术

传统的二态可靠性理论认为系统只存在正常工作和完全失效两种状态。然而，随着可靠性理论的应用领域逐渐扩大，以及人们对系统的失效机理和潜在规律的深入探究，发现复杂系统及其组成单元在服役阶段呈现出状态逐级退化、性能渐变的多状态特征，系统和部件除正常工作和完全失效外还存在多个中间状态，并且各个状态的失效规律和机理、工作性能和效率不尽相同。在这种情况下，常规的二态可靠性理论无法准确地描述系统和单元的复杂失效过程，降低了系统可靠性评估的准确性，由此应运而生了多状态系统可靠性理论。

尽管国内外学者对多状态系统建模方法的研究取得了显著成果，但现有方法大多假设系统状态间的状态转移相互独立。由于系统在状态退化过程中处于相同的工况条件以及承受相同的环境应力，系统在各个状态的停留时间存在统计相关性。例如，机床刀具根据磨损程度可将其分为完好状态、轻度磨损、重度磨损和严重磨损四种状态；机床刀具在不同状态会有相同的切削速度，而刀具的切削速度会显著影响刀具的退化速率，因此刀具状态间的状态转移具有相关性。在上述情况下，如果仍忽视系统状态转移间的相关性，将不能对系统进行准确的可靠性分析和评估。因此，有必要考虑系统状态转移间的相关性，以实现更准确评估系统的复杂失效过程。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种考虑状态转移相关性的多状态系统可靠度评估方法，采用copula函数对系统状态转移间的相关性进行建模，从而提高了系统可靠性评估的准确性。

本发明采用的技术方案为：一种考虑状态转移相关性的多状态系统可靠度评估方法，

S1、根据系统已有的专家信息和工程经验数据，确定系统待选copula模型的联合概率密度函数类型；

S2、结合收集到的状态观测数据，建立状态观测数据的似然函数，估计待选copula模型中的未知参数；

S3、利用贝叶斯信息准则选择最优待选copula模型；

S4、根据最优待选copula模型，评估多状态系统的可靠度和条件可靠度。

进一步地，步骤S1具体包括以下分步骤：

S11、确定系统状态为S＝{0,1,2,…,n}，状态n为系统完好工作状态，状态0为系统完全失效状态，其余为中间状态；

S12、确定系统在各状态的停留时间，得到系统的状态退化过程向量；

S13、采用copula函数建立系统在各状态的停留时间的概率密度函数；

S13、根据系统在各状态的停留时间的概率密度函数，确定系统的状态退化过程向量的联合概率密度函数；

S14、建立待选copula模型。

更进一步地，S14所述待选copula模型为：