FEM | 前沿专刊：复杂系统可靠性管理专题内容摘要—论文

川藏铁路面临极其复杂自然环境与地质条件，如何建设好川藏铁路并保障其全生命周期内的安全运营且长期可靠，是铁路建设者亟待解决的管理和技术难题。本文总结了军工装备、轨道机车、铁路工程等领域可靠性研究与应用基础，分析了川藏铁路复杂巨系统的属性特征，面向运营效能的目标导向，提出了川藏铁路可靠性保障九性内涵：安全性、固有可靠性、测试性、维修性、保障性、环境适应性、预测性、韧性和耐久性，丰富了铁路复杂巨系统全生命周期大安全、大可靠的管理理念，建立了川藏铁路可靠性保障机理模型，提出了可靠性保障传递机制，构建了覆盖全面、层次明确、评价实时的可靠性保障体系框架，涵盖韧性管理体系、综合技术体系和动态可靠性评价体系，并给出了建设期间的可靠性保障实施路径，可为川藏铁路高起点、高标准、高质量建设和运营提供借鉴。

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https://journal.hep.com.cn/fem/EN/10.1007/s42524-021-0170-4

https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs42524-021-0170-4

Current Status and Prospects of Reliability Systems Engineering in China

题目：中国可靠性系统工程发展现状与展望

引用：

Zili WANG. Current status and prospects of reliability systems engineering in China. Frontiers of Engineering Management,

2021, 8(4): 492–502 https://doi.org/10.1007/s42524-021-0172-2

摘要：本文系统回顾了中国可靠性系统工程（RSE）的诞生与发展历程，重点阐述了可靠性系统工程的最新发展，即基于模型的可靠性系统工程（MBRSE）。首先，介绍了MBRSE的概念模型和运行模型。然后，以“V”模型为核心介绍了MBRSE实施的关键技术，并给出了MBRSE平台的总体技术架构。进而，介绍了过去30年RSE技术与平台在中国的推广应用情况。最后，对可靠性系统工程的未来发展趋势进行了展望。

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https://journal.hep.com.cn/fem/EN/10.1007/s42524-021-0172-2

https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs42524-021-0172-2

Cyber-Physical Power System (CPPS): A review on measures and optimization methods of system resilience

题目：信息物理电力系统(CPPS)：系统韧性的测度和优化方法综述

引用：

Gongyu WU, Zhaojun S. LI. Cyber–Physical Power System (CPPS): A review on measures and optimization methods of system resilience. Frontiers of Engineering Management,

2021, 8(4): 503–518 https://doi.org/10.1007/s42524-021-0163-3

摘要：信息物理电力系统（CPPS）是一个国家最关键的基础设施系统之一，因为稳定安全的电力供应是国家和社会发展的重要基础。近年来，韧性已成为防范和化解CPPS大规模停电风险的重大课题。因此，本研究首先从工程角度解释了CPPS韧性的概念和意义。然后，回顾了现有文献中应用的 CPPS 韧性的代表性定量评估测度。在这些评估测度的基础上，从三个角度回顾了CPPS韧性的优化方法，主要集中优化系统中组件的恢复顺序、识别和保护关键节点、增强信息和物理系统之间的耦合模式。还介绍了 CPPS 内级联故障建模方法的最新进展，这是 CPPS 韧性评估和优化研究的理论基础。最后，讨论了 CPPS 韧性优化的挑战和未来的研究方向。

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https://journal.hep.com.cn/fem/EN/10.1007/s42524-021-0163-3

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Sequential Degradation-based Burn-in Test with Multiple Periodic Inspections

题目：考虑多次周期检测的序贯退化老化测试

引用：

Jiawen HU, Qiuzhuang SUN, Zhi-Sheng YE, Xiaoliang LING. Sequential degradation-based burn-in test with multiple periodic inspections. Frontiers of Engineering Management,

2021, 8(4): 519–530 https://doi.org/10.1007/s42524-021-0166-0

摘要：研究证明在将产品交付给顾客前，老化测试会有效地识别并移除有缺陷的产品。已有的老化测试模型大都采用“一次性方案”进行老化实验设计，这种设计方法可能不能充分地识别缺陷产品。本文借用剩余有效寿命预测和加速寿命测试中采用的序贯检测思想，提出一种基于退化量并考虑多周期检测的序贯老化模型。在每个检测时刻点，模型将基于检测到的退化值，更新产品属于正常的条件概率。同时结合退化值和此概率，决策产品应该丢弃、投放市场、或者继续测试直到下一个检测时刻。本文将问题转化为一个部分可观测马尔可夫决策过程，以期最小化产品的老化测试成本期望，并推导出一些有趣的最优策略结构。基于策略结构性质，本文给出了联合求解最优检测周期和检测次数的算法，并最后采用算例证明了模型的有效性。

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https://journal.hep.com.cn/fem/EN/10.1007/s42524-021-0166-0

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An overview of the reliability metrics for power grids and telecommunication networks

题目：电力网络与电信网络的可靠性指标概述

引用：

Yan-Fu LI, Chuanzhou JIA. An overview of the reliability metrics for power grids and telecommunication networks. Frontiers of Engineering Management,

2021, 8(4): 531–544 https://doi.org/10.1007/s42524-021-0167-z

摘要：电力网络传送能源，电信网络传输信息。这两项基础设施对人类社会至关重要。本文全面概述了电力网络和电信网络的可靠性指标的发展历程。本文主要目的是通过参考电力网络可靠性的发展，推动和支持通信网络可靠性指标的制定。本文将电力网络的指标分为配电可靠性和发电/输电可靠性，将电信网络的指标分为基于连接性、基于性能和基于状态的指标。之后还展示和讨论了两个系统的可靠性指标情况之间的差异性。最后作为总结，我们为电信网络可靠性指标的未来研究和开发设想了一些主题。

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Improved resilience measure for component recovery priority in power grids

题目：基于部件恢复优先级的电网系统改进弹性度量

引用：

Guanghan BAI, Han WANG, Xiaoqian ZHENG, Hongyan DUI, Min XIE. Improved resilience measure for component recovery priority in power grids. Frontiers of Engineering Management,

2021, 8(4): 545–556 https://doi.org/10.1007/s42524-021-0161-5

摘要：鉴于电网的复杂性，电网中任何元件的故障都可能造成大规模的经济损失。因此，如何在受灾后快速修复电网成为研究热点。考虑到电网灾害后果的严重性，本文提出了改进的电网弹性测度及其对应的重要度测度。根据故障元件对电网弹性的影响，确定灾后故障元件的优先级。最后，根据2019年山东省各城市电力年鉴的数据，分析了部分元件故障和所有元件故障两种情况下的电网灾后弹性情况。结果表明，不同重要度下元件的修复优先级不同。不同修复条件下的弹性评估结果证明了该方法的可行性。

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Percolation-based health management of complex traffic systems

题目：基于渗流的复杂交通系统健康管理

引用：

Guanwen ZENG, Zhiyuan SUN, Shiyan LIU, Xiaoqi CHEN, Daqing LI, Jianjun WU, Ziyou GAO. Percolation-based health management of complex traffic systems. Frontiers of Engineering Management,

2021, 8(4): 557–571 https://doi.org/10.1007/s42524-021-0174-0

摘要：在中国启动“新基建”计划的背景下，针对复杂交通系统等关键基础设施，本文提出了“复杂系统健康管理”的概念，旨在通过降低不确定性风险和减少整个生命周期内的级联失效，来确保系统安全高效地运行。目前已有一些研究提出了交通可靠性或效率的评估和提升方法，然而在这些方法中大多忽视了交通系统的关键故障机理，即交通拥堵的时空传播机制。本文回顾了交通可靠性管理的现有研究，并基于对交通系统核心故障模式的研究，提出了涵盖交通拥堵从出现、演变到消散的整个生命周期的健康管理框架，包括建模、评估、诊断和提升四个模块，指导实现“高可靠，不脆弱，弹性高，潜力大，活性强”的交通系统。本文提出的交通系统健康管理框架将对特大城市和城市群的交通管理有所启示，同时能够从系统科学的视角为未来的智能基础设施管理提供创新方案。

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https://journal.hep.com.cn/fem/EN/10.1007/s42524-021-0174-0

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Novel interpretable mechanism of neural networks based on network decoupling method

题目：基于网络解耦方法的神经网络可解释新机制

引用：

Dongli DUAN, Xixi WU, Shubin SI. Novel interpretable mechanism of neural networks based on network decoupling method. Frontiers of Engineering Management,

2021, 8(4): 572–581 https://doi.org/10.1007/s42524-021-0169-x

摘要： 神经网络算法缺乏可解释性一定程度上制约了其广泛应用。本文提出了一个通用数学框架，将系统复杂结构与非线性激活函数耦合起来，探索高维系统的解耦降维方法，以揭示神经网络的计算机制。本文将该框架应用于一些网络模型和秀丽隐杆线虫整个神经元图谱的真实系统。研究结果表明，在具有高维非线性特征的神经网络中，网络结构与网络行为之间存在简单的线性映射关系。本文提出的解释机制不仅提供了神经网络潜在的数学计算原理，而且还提供了一种准确匹配和预测人脑或动物活动的有效方法，可以在未来进一步扩展和丰富人工神经网络的可解释机制。

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Risk warning technologies and emergency response mechanisms in Sichuan–Tibet Railway construction

题目：川藏铁路建设项目中的风险预警技术和应急响应机制

引用：

Liujiang KANG, Hao LI, Cong LI, Na XIAO, Huijun SUN, Nsabimana BUHIGIRO. Risk warning technologies and emergency response mechanisms in Sichuan–Tibet Railway construction. Frontiers of Engineering Management,

2021, 8(4): 582–594 https://doi.org/10.1007/s42524-021-0151-7

摘要：“安全”是大型铁路建设项目中最为关键的主题之一。为了确保铁路施工过程的安全性，从业者和科研人员提出了多种建设标准和程序。本文回顾了铁路建设中风险预警技术和应急响应机制的四个关键研究领域，即（1）大型铁路建设项目的风险识别方法；（2）大型铁路建设项目的风险管理； (3) 应急响应计划与管理；(4) 应急响应和救援机制。在回顾现有研究的基础上，本文针对川藏铁路建设提出了四个相应的研究领域和建议，旨在为中国建设川藏铁路项目的决策过程注入新的重要理论元素。

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https://journal.hep.com.cn/fem/EN/10.1007/s42524-021-0151-7

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10.

Robust energy-efficient train speed profile optimization on scenario-based position-time-speed network

题目：借助基于场景的“位置-时间-速度”网络的鲁棒列车速度曲线优化

引用：

Yu CHENG, Jiateng YIN, Lixing YANG. Robust energy-efficient train speed profile optimization in a scenario-based position–time–speed network. Frontiers of Engineering Management,

2021, 8(4): 595–614 https://doi.org/10.1007/s42524-021-0173-1

摘要：优化列车速度曲线是降低城市轨道交通系统能耗的有效方法。与大多数现有研究假设确定性参数作为模型输入不同，本文通过考虑列车建模参数的不确定性，提出了一种鲁棒的列车节能速度曲线优化方法。具体而言，首先通过将阻力参数视为基于场景的离散随机变量来构建基于场景的“位置-时间-速度”网络。然后提出一个百分比可靠模型来生成鲁棒的列车速度曲线，由此使得基于场景的能耗在置信水平上小于模型目标值。同时为了更有效地求解模型，本文提出了几种算法来消除“位置-时间-速度”网络中的不可行节点和弧，并提出一种模型重构策略，将原始模型转化为等效的线性规划模型。最后，基于在北京地铁亦庄线采集的现场试验数据，进行了一系列实验验证了该模型的有效性，并分析了参数不确定性对生成的列车速度曲线的影响。

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System reliability and system resilience

题目: 系统可靠性及系统韧性

引用：

Mingjian ZUO. System reliability and system resilience. Frontiers of Engineering Management,

2021, 8(4): 615–619 https://doi.org/10.1007/s42524-021-0176-y

文章链接：

https://journal.hep.com.cn/fem/EN/10.1007/s42524-021-0176-y

https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs42524-021-0176-y

SUPER ENGINEERING

Management Innovation of Chang’e-5 Project

题目：嫦娥五号月面采样返回工程管理创新

引用：

Jizhong LIU, Hao HU, Zhaoyu PEI, Qiong WANG, Qiang MAI. Management innovation of Chang’e-5 project. Frontiers of Engineering Management,

2021, 8(4): 620–626 https://doi.org/10.1007/s42524-021-0165-1

文章链接：

https://journal.hep.com.cn/fem/EN/10.1007/s42524-021-0165-1

https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs42524-021-0165-1

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