以理论创新破解系统可靠性难题
创始人
2026-09-11 05:44:08

(来源:新华日报)

□ 刘 宇

“十五五”时期是基本实现社会主义现代化夯实基础、全面发力的关键时期,也是加快建设制造强国、质量强国、航天强国、交通强国、网络强国的重要时期。核电工程、航空航天、轨道交通等重大装备安全可靠运行,均离不开科学完备的系统可靠性评估支撑。当前复杂装备持续朝着大型化、集成化、智能化方向迭代演进,系统架构日趋繁复,各部件之间的关联关系不断增强,如何在保障理论严谨性的前提下,兼顾系统可靠性提升与评估效率优化,已成为可靠性研究领域亟待破解的关键课题。

在系统可靠性研究领域,系统签名(System Signature)是开展可靠性分析的重要工具。该方法以“系统失效发生于第几次部件失效”的概率刻画系统结构可靠性特征,实现系统结构与部件寿命分布的解耦,有效降低系统可靠性的分析复杂度。正因上述优势,系统签名理论近年来持续受到国内外学界的广泛关注。由南京航空航天大学达高峰教授与江苏师范大学丁维勇教授联合撰写的《系统可靠性:签名计算与分析》,正是围绕系统签名理论、计算方法及其拓展方向开展系统性研究的专业著作。

全书令人印象最深刻的是对系统签名理论研究的系统整理与结构化呈现。签名概念自著名统计学家F. Samaniego教授于20世纪80年代提出以来,现有研究成果多零散分布于期刊文献,缺乏覆盖概念、计算、性质及拓展方向的专门著作。作者立足多年研究积累,构建层次分明、循序渐进的论述体系,由关联系统、结构函数、经典签名定义起步,层层推进到计算方法、理论性质,再延伸至多状态、多类型、有序系统等复杂情形,为系统签名的学习研究提供完整知识参考。

该著作更重要的贡献在于围绕签名计算形成的创新算法体系。系统签名的计算复杂性长期制约着其在大规模复杂系统中的应用。针对这一瓶颈,作者创新地提出“模块化分解”思想和“分解签名”概念,建立了一套新的签名计算框架。该框架基本思路是依据系统结构识别可分解模块,分别刻画各模块的签名特征及模块之间的组合关系,进而获得整体系统的签名。该方法并非对传统枚举过程的简单加速,而是通过改变问题的组织与计算方式,降低直接处理整体结构带来的组合复杂度,显著拓展了签名方法可处理的系统规模。书中提供了丰富的算例,充分展示了模块化分解在复杂系统签名计算中的有效性。

除算法方面的创新外,该著作还从寿命分布角度对签名进行了刻画。作者从系统寿命视角重新审视签名,创新地建立了签名可以表征为一类特殊系统寿命分布的论断。在此基础上,进一步呈现了基于系统最小割(路)集的签名解析表达,并深入讨论了签名与系统失效率、平均剩余寿命等动态可靠性指标之间的联系。这些成果不但深化了对签名的认知,也将签名拓展至寿命分布框架,使其能够用于刻画系统失效过程、剩余寿命和老化行为,为寿命预测、预防性维护等研究提供了新方法。

总体而言,该著作既系统总结了签名领域的重要成果,又在签名计算与理论分析方面实现了新进展。书中形成的理论成果与方法体系,为后续研究提出了值得持续探索的问题,期待该著作能够吸引更多国内学者关注系统签名理论,推动我国在该研究领域形成更多具有国际影响力的成果。

(作者为电子科技大学二级教授、中国运筹学会可靠性分会理事长、国家级领军人才计划入选者)

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