Obtaining the ability to make informed decisions regarding the operation and maintenance of structures, provides a major incentive for the implementation of structural health monitoring (SHM) systems. Probabilistic risk assessment (PRA) is an established methodology that allows engineers to make risk-informed decisions regarding the design and operation of safety-critical and high-value assets in industries such as nuclear and aerospace. The current paper aims to formulate a risk-based decision framework for structural health monitoring that combines elements of PRA with the existing SHM paradigm. As an apt tool for reasoning and decision-making under uncertainty, probabilistic graphical models serve as the foundation of the framework. The framework involves modelling failure modes of structures as Bayesian network representations of fault trees and then assigning costs or utilities to the failure events. The fault trees allow for information to pass from probabilistic classifiers to influence diagram representations of decision processes whilst also providing nodes within the graphical model that may be queried to obtain marginal probability distributions over local damage states within a structure. Optimal courses of action for structures are selected by determining the strategies that maximise expected utility. The risk-based framework is demonstrated on a realistic truss-like structure and supported by experimental data. Finally, a discussion of the risk-based approach is made and further challenges pertaining to decision-making processes in the context of SHM are identified.


翻译:概率风险评估是一种既定方法,使工程师能够就核和航空航天等行业的安全关键和高价值资产的设计和运作作出风险知情的决定; 本文旨在为结构健康监测制定一个基于风险的决策框架,将环境监测的要素与现有环境监测模式的范例结合起来; 作为在不确定情况下进行推理和决策的合适工具,概率图形模型是框架的基础; 框架涉及结构的模拟故障模式,如贝叶西亚网络显示断层树木,然后为故障事件分配成本或公用事业; 树的错误使得不稳定性分类师能够传递信息,以影响决策进程的示意图,同时在图形模型中提供节点,以在结构内对地方损害国家进行边缘概率分布; 选择结构的最佳行动方针,方法是确定最大限度发挥预期效用的战略; 基于风险的框架在现实性结构中展示了风险框架,最后是Sturus系统的决策结构。

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