近年来,安全关键系统在汽车、航空航天和能源等行业得到广泛应用,这些系统对可靠性有非常高的要求。冗余技术的大量应用给系统带来高可靠性的同时,也增加了系统结构的复杂度。复杂系统的可靠性分析面临着认知不确定性、动态故障行为和共因失效等挑战。如何在这些因素的影响下对系统进行可靠性分析并制定相应的维修策略,具有极为重要的意义。首先,针对系统动态故障行为,采用动态故障树进行建模。针对复杂系统中采用大量冗余技术导致的认知不确定性问题,本论文提出一个利用专家评估来获取故障树底事件故障数据的框架。此框架聘请一组异质组专家对底事件进行评估,并通过直觉模糊加权平均算子聚合专家意见,最后通过去模糊化得到底事件故障率。同时,针对专家的主观性对评估结果的负面影响,采用模糊层次分析法和环比评分法确定混合专家权重。其次,针对传统动态故障树分析方法存在状态空间爆炸问题,本论文提出一种将动态故障树模型转化为等效广义随机Petri网模型的分析方法。该方法将动态故障树的逻辑门、底事件、中间事件和顶事件向广义随机Petri网作一一映射,利用广义随机Petri网求解动态故障树。该方法与专家评估相结合,有效地解决了认知不确定性下对系统动态故障行为建模的问题;利用Oris仿真软件,可获得不同任务时间下系统可靠性和重要度等相关参数。算例分析验证了广义随机Petri网建模的有效性。再次,针对复杂系统中存在的共因失效问题,本论文分别对共因失效为故障率和故障概率两种情况进行了分析。针对共因失效为故障率的情况,本论文利用β因子模型求解独立故障率,建立了相应的广义随机Petri网模型,继而对复杂系统进行可靠性分析。针对共因失效为故障概率的情况,本论文将有效分解聚合法与广义随机Petri网模型相结合,利用托肯流动代替系统状态变化,简化了有效分解聚合法繁杂的分析和建模过程。最后,针对风险增加因子、Birnbaum重要度和测试代价等多源异构数据的多属性决策问题,本论文提出基于改进型灰色关联分析法的多属性决策算法。该算法采用离差最大化法求解属性权重值,通过对各方案贴近度进行排序求得最佳故障搜索方案,并制定复杂系统维修策略。最后以车地无线通信系统为例,讨论了系统失效时快速定位故障的诊断方案,以及系统正常运行时如何提高系统可靠性并预防重大事故的方案。算例仿真结果验证了本论文所提出方法的有效性。