系统可靠性是可靠性理论中的重要组成部分,通过研究单元与整体之间、单元与单元之间的构造关系来获得整体可靠度。如何更加精确高效地对复杂系统可靠性进行分析和优化是可靠性领域亟待解决的重要课题之一。本文讨论了一种新的系统可靠性分析工具survival signature,并通过该方法进行了可靠性分析、模拟和优化等方面的研究。具体工作内容如下:利用survival signature对实际系统进行了可靠度分析与模拟计算:针对CRH3动车牵引传动系统,通过已有的系统部件的失效数据拟合出相应的寿命分布类型和分布参数,根据survival signature对系统可靠度用全概率公式进行表达,得到基于运行公里数的可靠度曲线。基于survival signature对复杂供配电系统进行可靠性蒙特卡罗模拟:采用较少的样本模拟出某时间段内系统内元件逐个失效的状态,用各个时间段内的survival signature来代表该条件下的系统可靠度,得到可靠度基于时间的折线图,之后多次重复试验得到平滑的可靠度曲线。提出了一种基于survival signature的可靠性灵敏度模拟方法:利用survival signature在等效系统中求解各元件的重要度,简化了复杂系统的结构分析过程。通过元件寿命分布函数的雅克比偏导矩阵将可靠性灵敏度以元件可靠度的形式表达。在元件可靠度仿真中引入子集模拟法进一步提高计算效率。将此方法应用到复杂桥式系统算例中,与传统蒙特卡罗方法相比具有精确的模拟值,验证了方法的效率和准确性。结合survival signature对系统可靠度冗余分配问题进行分析计算:在人工蜂群算法中引入halton序列,提高初始种群的均匀程度;迭代过程中加入算数交叉操作,进一步提升种群质量。使用survival signature对优化模型进行了简化,缩减了变量维度,大幅提高算效率。同时,对目标冗余度进行二次优化,进一步提高了系统的可靠度。采用改进后的人工蜂群算法与随机分形搜索对数值算例进行了计算验证。在系统可靠性分析中,引入现有元件的替换,进一步提高系统对元件失效的免疫程度:通过survival signature有效描述引入替换的系统结构,对经过优化冗余的系统引入最优的替换策略,令系统在达到原可靠度的同时削减现有的冗余件,降低冗余成本。在数值算例中最终使总成本降低了百分之二十左右。此外考虑元件替换所花费的成本,通过建立元件替换的成本函数,构建了引入元件替换的可靠性分配模型,通过优化算法计算出使系统可靠度最高的元件可靠度及元件替换方式,相比直接进行可靠性冗余分配具有更高的性价比。