在一些实际工程中,有些系统任务可以被划分为几个连续不相交的时间阶段,在不同的阶段内有不同的部件组合逻辑和不同的任务成功准则,这种系统通常被称为多阶段任务系统(Phased Mission Systems,PMS)。对这样的系统进行可靠性分配时,需考虑如下特点:(1)同一个部件在不同的阶段中具有不同的可靠度水平;(2)不同的阶段有不同的任务部件组合逻辑;(3)部件的可靠性参数存在不确定性,如在不同的任务环境中,可靠性参数随环境应力的变化而变化;(4)系统需要执行多个不同的任务。此外,系统可能会存在部分部件需要更新的情况(如性能不再符合要求、到达预期寿命等),需要这些设备进行升级或淘汰处理。本文针对PMS的上述特点,提出了两种分配模型,分别用于解决考虑部件不确定性的可靠性分配问题及系统由部分待更新部件构成情况下的可靠性分配问题。可靠性预计是可靠性分配的前提,因此,本文还提出了一种基于扩展的面向对象的Petri网(Extended Object-oriented Petri Net,EOOPN)模型,用于PMS的任务可靠性建模与评估。论文的主要工作和创新点为:(1)提出了基于EOOPN模型的PMS的可靠性建模与评估方法由于解析方法的假设条件较多,仿真方法更适合用于实际PMS的任务可靠性预计。Petri网结合了马尔可夫方法和仿真方法的优点,其仿真结果稳定性高,使用广泛。但经典的Petri网描述能力有限,较难应用于复杂系统建模,本文在着色Petri网的基础上,提出了适用于PMS任务可靠性分析的EOOPN模型。该模型引入子网库所来构建阶段状态、阶段任务及部件部件的可靠性模型,使用逻辑变迁门代替部分布尔结构表达式,使用信息库所在子网库所间传递信息,增加广播库所用来同时向模型中的所有库所无延时的广播信息。论文还从三个层次(系统级、阶段级、部件级)构建了四个通用的子网,增加了模型的可重用性。(2)建立了考虑部件不确定性的可靠性分配模型,提出了基于部件全局重要度的混合启发式算法部件可靠性的不确定性可能会引起系统的实际任务可靠度低于目标可靠度的问题,在可靠性分配过程中,需要考虑部件的不确定性。论文提出了考虑部件不确定性的可靠性分配模型,该模型使用部件的平均故障间隔时间作为部件可靠性的输入参数,避免了使用部件的可靠度作为输入参数带来的输入参数在不同的阶段中变化的问题,模型将分配方案满足系统目标任务可靠性的置信度作为约束,使得分配方案可以以满意的成功概率完成系统任务。为求解该模型,论文提出了基于方差分析方法的部件全局重要度的混合启发式算法。该重要度指标可以用来评估部件在所有部件的可靠性都不确定的情况下对系统的重要程度。算例证明了论文提出的模型及算法对解决此类问题的有效性。(3)建立了系统存在部分待更新部件的可靠性分配模型并提出了基于部件成本重要度的混合启发式算法PMS系统通常由多个不同的子系统构成,当需要执行新的任务时,需要对现有配置下系统的可靠度进行评估,若现有配置下不能按照设计的可靠度完成系统任务,则需要对系统中的部分子系统进行更新。对于因技术革新等原因,不再为市场部件组成的子系统需要进行更新或者废弃,保留市场上存在的主流产品,在这种情况下,系统将由部分待更新部件部件构成。论文针对这种情况提出了考虑系统存在部分部件待更新的可靠性分配模型,模型将部件分为两大类,即待更新的部件和现有部件。需要更新的部件按照处理方法又可以分为两小类,即更新升级的部件、废弃的部件。在进行可靠性分配时,为提高系统的可靠度,对于更新设计的部件,可以提高其可靠度参数,对于现有部件可以进行冗余设计。为求解该模型,论文提出了基于B-可靠性重要度的成本重要度,综合考虑了部件的重要度及部件成本对系统可靠性及系统总成本的影响。算例表明该模型适用于具有部分部件待更新的PMS任务可靠性分配问题。此外,论文将提出的具有部分部件待更新的分配模型及算法应用于载人航天测控通信系统的任务可靠性分配中,验证了模型及算法的有效性。