针对传统的部件特征辨识方法以及系统可靠性与安全性评估方法存在忽略系统拓扑结构以及部件间故障传播机制影响、忽视系统可靠性与安全性关联关系等缺陷,以高速列车系统为依托,分析系统拓扑结构特征,建立了系统全局拓扑网络模型;从功能与拓扑结合的角度,提出了基于聚合算子AO的关键部件辨识方法,研究了基于区间直觉犹豫模糊Choquet积分的薄弱部件辨识方法;按照由部件到系统的研究理念,构建了基于改进多色集合的系统故障传播模型,提出了基于系统有效性测度的系统可靠性分析方法,形成了基于层次模糊积分的系统安全性评估方法。主要内容如下:(1)基于物理结构的系统全局拓扑网络建模方法通过对高速列车系统物理结构特征分析,提出了部件提取规则以及部件间作用关系种类划分;提出了系统拓扑层网络(机械拓扑网络、电气拓扑网络和信息拓扑网络)建模方法;融合系统拓扑层网络建立了能够表征整体系统物理结构特征的全局拓扑网络。(2)基于聚合算子AO的关键部件辨识方法以系统全局拓扑网络为基础(拓扑),结合现有运营故障数据(功能),综合考虑系统功能与拓扑特征,提出了基于模糊积分的节点广义重要性测度构建方法;鉴于单一广义重要性测度辨识关键部件可能存在的不确定性及主观人为影响,提出了聚合算子AO融合多广义重要性测度,构建了节点综合重要度辨识系统中的关键部件。(3)基于区间直觉犹豫模糊Choquet积分的薄弱部件辨识方法对比大量故障数据的分析与关键部件辨识结果,提出了薄弱部件及基本概念;鉴于高速列车系统结构的特殊性,以及现有故障数据海量,但针对同一列车同一节车同一部件数据量相对较少的特点,构建了节点测度的区间直觉犹豫模糊集;从系统的功能与拓扑相结合角度,提出了基于区间直觉犹豫模糊Choquet积分的节点薄弱度辨识系统中的薄弱部件。(4)基于改进多色集合的系统故障传播模型针对全局拓扑网络中的节点,以节点综合重要度和运营故障数据为基础,改进了节点故障扩散强度定义;鉴于高速列车系统的故障传播机制与多色集合理论的一致性,提出了改进的多色集合;以节点扩散强度为依据,构建了基于改进多色集合理论的系统故障传播模型。(5)基于系统有效性测度的系统可靠性分析方法以所构建的广义重要性测度——最短功能路径长度为基础,改进全局效能测度,提出了系统有效性测度;鉴于高速列车系统可能同时存在多条故障传播路径,以系统故障传播分析为基础,构建了基于系统有效性测度和模糊积分理论的系统可靠度测度,并与基于渗流阈值pc得到的系统可靠性阈值比较,形成了系统可靠性分析方法。(6)基于层次模糊积分的系统安全性评估方法结合运营故障数据,将部件故障所导致的系统故障后果严重程度量化,进而区间模糊化;鉴于运营故障数据给出的部件故障造成的系统故障后果严重程度并非该部件独立故障所导致的对系统的影响,提出了基于Choquet积分的路径故障后果计算方法;融合多条路径的故障后果,构建基于Sugeno积分的系统安全度测度,并与设定的系统安全性阈值比较,形成了基于层次模糊积分的系统安全评估方法。最后,以高速列车转向架系统为例,将本文所提出的部件特征分析、系统安全可靠性评估方法进行实例应用。研究结果表明,所提出的系统拓扑网络建模方法、部件特征辨识方法、故障传播建模方法、系统可靠性与安全性评估方法可适用于诸如高速列车系统等复杂机电一体化系统,同时也验证了所提出方法的有效性和正确性。