系统工程、复杂系统和复杂性的研究是当前各领域研究的重点与难点,经济社会与科学技术的发展使研究人员面临越来越多的跨多学科的极大或极小的复杂系统工程。复杂系统工程在经济或科技发展中往往处于重要地位,有着较高的可靠性要求;这些系统多数处于研制、开发阶段,可借鉴的经验极少,在试验和投产初期故障较多;系统运行中有较详实的现场记录,但如何挖掘出有价值的信息和数据需要做深入研究。为解决上述问题,本论文基于研究团队前期在大型工程运输车辆、桥梁架设装备、冶金行业液压系统领域所展开的创新设计和可靠性研究工作,在给出群系统的定义、性质、分类的基础上,建立群系统基本理论体系,分析其功能实现过程,构建群系统可靠性工程方法,并在FAST射电望远镜可靠性工程中进行应用研究。本文的主要研究内容如下:(1)给出了群系统、子系统和族系统概念和分类标准;从群系统集合性角度确定了群系统的数学符号、矩阵构造和图像呈现方法;提出系统同态概念,结合同态系数及计算方式,给出了同态分析的过程,建立了群系统同态判定标准;给出了在群系统理论研究中可以进一步扩展研究的设计方法、可靠性工程、运行管理、反馈体系及应用探索等内容。(2)从群系统的功能性角度分析了影响群系统功能实现的影响要素及判断关键影响因素的方法,指导群系统的运行维护;基于目标导向的基本思想,提出了采用k-均值聚类的族系统划分方法,并分析了族系统数量的选择和评价指标计算;提出了群系统数据采集、处理和可视化方法;总结了子系统协调控制的形式及方法;给出了群系统的结构模型、系统合作协议的形式。(4)构建了群系统可靠性框图和模糊马氏退化数学模型表述形式,分析了群系统中的子系统间的可靠性逻辑关系,归纳出群系统的“三化两性”可靠性设计准则,设计了群系统的AGREE可靠性分配、降额设计和冗余可靠性设计方法,运用Duane模型和AMSAA模型完成了群系统可靠性增长分析,提出了基于阈值选择的群系统动态寿命预测方法,制定了群系统可靠性管理措施。(5)分析了FAST射电望远镜群系统的结构,采用python编程语对FAST健康监测数据进行了清洗及可视化,在分析了液压促动器单个系统的原理及构成基础上,开展了增长试验,建立了FAST液压促动器群系统可靠性模型,依托相关监测数据对可靠性模型进行验证,提出模型优化方案并进一步展开应用,根据可靠性模型的分析结果提出了FAST射电望远镜的运维策略,保障FAST的科学观测与安全高效运维。对一类具有典型可归纳特点的复杂系统的特点、性质、概念、体系、功能和可靠性等几个问题进行了研究,给出了群系统基本概念、性质及分类,研究了基本的描述研究方法及理论内容,分析了功能实现过程中的影响因素、数据挖掘、协调控制、评价反馈等相关内容,提出了群系统可靠性工程方法并在FAST射电望远镜可靠性工程中进行了应用。