一種動(dòng)態(tài)級(jí)聯(lián)耦合機(jī)電系統(tǒng)的可靠性建模與評(píng)估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于可靠性技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種動(dòng)態(tài)級(jí)聯(lián)禪合機(jī)電系統(tǒng)的可靠性建模 與評(píng)估方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)大多在復(fù)雜服役環(huán)境下運(yùn)行，系統(tǒng)行為與物理背景密切相關(guān)，系統(tǒng) 服役過(guò)程中性能逐漸劣化，零部件在環(huán)境載荷持續(xù)作用下?lián)p傷不斷發(fā)展，呈現(xiàn)時(shí)變和多態(tài) 特點(diǎn)；系統(tǒng)內(nèi)部層次復(fù)雜，各層之間存在上下級(jí)聯(lián)、層內(nèi)各單元和各因素之間存在相互禪合 的特點(diǎn)；系統(tǒng)故障呈現(xiàn)出多故障機(jī)理、多種故障模式相互作用和競(jìng)爭(zhēng)，且相互作用及競(jìng)爭(zhēng)關(guān) 系呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化的特點(diǎn)。復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)、級(jí)聯(lián)、禪合、時(shí)變特點(diǎn)決定了傳統(tǒng)可靠性理 論的故障獨(dú)立性、大樣本統(tǒng)計(jì)和靜態(tài)假設(shè)條件不再成立。自然科學(xué)基金委員會(huì)2010年出版 的《機(jī)械工程學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略報(bào)告》也明確指出；傳統(tǒng)的系統(tǒng)可靠性方法不適用。
[0003] 針對(duì)復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)動(dòng)態(tài)可靠性建模方法，目前主要有：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模法，馬爾科 夫分析法、GO-Flow法、Petri網(wǎng)、貝葉斯網(wǎng)等；其中，Petri網(wǎng)和貝葉斯網(wǎng)是主流的兩類(lèi)方 法。Petri網(wǎng)模型主要描述和分析離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的圖形工具和信息流的網(wǎng)絡(luò)，能夠描述 系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性，目前已在復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)可靠性方面得W應(yīng)用。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)方法炬ayesian networks,BN)能很好地表示變量的隨機(jī)不確定性和多種故障模式相關(guān)性，使系統(tǒng)和元件的 關(guān)系W及狀態(tài)表達(dá)更加直觀、清晰，已在可靠性分析評(píng)估、故障診斷、數(shù)據(jù)挖掘和經(jīng)濟(jì)等領(lǐng) 域得到了應(yīng)用。然而，上述方法均基于事件發(fā)生概率統(tǒng)計(jì)思想，確定性信息利用不充分，與 物理背景結(jié)合不緊密。目前復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)的可靠性建模分析方法研究尚缺乏成熟的理論體 系支撐，更為嚴(yán)重的是復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)的某些功能突變、性能劣化、故障演變與涌現(xiàn)等問(wèn)題， 難W在可靠性建模與分析過(guò)程中進(jìn)行準(zhǔn)確的分析表達(dá)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明提供了一種動(dòng)態(tài)級(jí)聯(lián)禪合機(jī)電系統(tǒng)的可靠性建模與評(píng)估方法， 能夠?qū)?dòng)態(tài)級(jí)聯(lián)禪合的復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行可靠性建模并對(duì)可靠度進(jìn)行評(píng)估。
[0005] 本發(fā)明的一種動(dòng)態(tài)級(jí)聯(lián)禪合機(jī)電系統(tǒng)的可靠性建模與評(píng)估方法，包括如下步驟：
[0006] 步驟1、將機(jī)電系統(tǒng)自上而下分解成多個(gè)層次，每個(gè)層次包括若干不同單元，由此 建立機(jī)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次圖；根據(jù)所述結(jié)構(gòu)層次圖，將機(jī)電系統(tǒng)的功能進(jìn)行劃分，進(jìn)而得到 機(jī)電系統(tǒng)的功能層次圖，其中，所述結(jié)構(gòu)層次圖中的一個(gè)單元對(duì)應(yīng)功能層次圖中的一個(gè)功 能；
[0007] 步驟2、根據(jù)步驟1建立的機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次圖和功能層次圖，參照GJB1391-2006 對(duì)機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行故障模式及影響分析，根據(jù)該分析結(jié)果：
[000引首先得到所述每個(gè)單元對(duì)應(yīng)的故障模式W及每個(gè)故障模式對(duì)應(yīng)的故障類(lèi)別，其 中，故障模式由單元的性能響應(yīng)和對(duì)應(yīng)的性能闊值之間的關(guān)系表征；故障類(lèi)別包括退化型 故障和突發(fā)型故障；
[0009] 然后從所述結(jié)構(gòu)層次圖中由下至上逐層確定每個(gè)單元中的性能響應(yīng)對(duì)本層次各 單元和其它層次各單元的性能響應(yīng)的影響，即得到機(jī)電系統(tǒng)的故障傳播結(jié)果；
[0010] 步驟3、根據(jù)步驟2的故障模式及影響分析結(jié)果，確定每個(gè)所述單元故障模式對(duì)應(yīng) 的故障原因，進(jìn)而確定每個(gè)單元的可靠性影響因素及其作用機(jī)理；
[0011] 步驟4、建立各層次單元的性能響應(yīng)模型，結(jié)合步驟3確定的可靠性影響因素確定 模型中的不確定性參數(shù)及其概率分布特征，具體為；
[0012] S4. 1 ;建立各層次單元的性能響應(yīng)模型
[0013] 根據(jù)步驟1的所述結(jié)構(gòu)層次圖，W及步驟3所得的每個(gè)單元的可靠性影響因素及 其作用機(jī)理，并結(jié)合動(dòng)力學(xué)方程，由下至上逐層建立各單元的性能響應(yīng)模型：
[0014]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種動(dòng)態(tài)級(jí)聯(lián)耦合機(jī)電系統(tǒng)的可靠性建模與評(píng)估方法，其特征在于，包括如下步 驟： 步驟1、將機(jī)電系統(tǒng)自上而下分解成多個(gè)層次，每個(gè)層次包括若干不同單元，由此建立 機(jī)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次圖；根據(jù)所述結(jié)構(gòu)層次圖，將機(jī)電系統(tǒng)的功能進(jìn)行劃分，進(jìn)而得到機(jī)電 系統(tǒng)的功能層次圖，其中，所述結(jié)構(gòu)層次圖中的一個(gè)單元對(duì)應(yīng)功能層次圖中的一個(gè)功能； 步驟2、根據(jù)步驟1建立的機(jī)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次圖和功能層次圖，參照GJB1391-2006對(duì)機(jī) 電系統(tǒng)進(jìn)行故障模式及影響分析，根據(jù)該分析結(jié)果： 首先得到所述每個(gè)單元對(duì)應(yīng)的故障模式以及每個(gè)故障模式對(duì)應(yīng)的故障類(lèi)別，其中，故 障模式由單元的性能響應(yīng)和對(duì)應(yīng)的性能閾值之間的關(guān)系表征；故障類(lèi)別包括退化型故障和 突發(fā)型故障； 然后從所述結(jié)構(gòu)層次圖中由下至上逐層確定每個(gè)單元中的性能響應(yīng)對(duì)本層次各單元 和其它層次各單元的性能響應(yīng)的影響，即得到機(jī)電系統(tǒng)的故障傳播結(jié)果； 步驟3、根據(jù)步驟2的故障模式及影響分析結(jié)果，確定每個(gè)所述單元故障模式對(duì)應(yīng)的故 障原因，進(jìn)而確定每個(gè)單元的可靠性影響因素及其作用機(jī)理； 步驟4、建立各層次單元的性能響應(yīng)模型，結(jié)合步驟3確定的可靠性影響因素確定模型 中的不確定性參數(shù)及其概率分布特征，具體為： S4. 1 :建立各層次單元的性能響應(yīng)模型 根據(jù)步驟1的所述結(jié)構(gòu)層次圖，以及步驟3所得的每個(gè)單元的可靠性影響因素及其作 用機(jī)理，并結(jié)合動(dòng)力學(xué)方程，由下至上逐層建立各單元的性能響應(yīng)模型：
式中，M、C和K分別代表單元的質(zhì)量矩陣、阻尼矩陣和剛度矩陣；f、4和q代表單元 的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)； <'代表運(yùn)動(dòng)約束條件，其中上角標(biāo)T表示矩陣的轉(zhuǎn)置；λ為拉格朗日系 數(shù)；F1代表上、下層或本層的其他單元對(duì)本單元施加的外力；F2代表本單元內(nèi)靜止部件對(duì)活 動(dòng)部件施加的作用力； S4. 2 :建立各層次單元的響應(yīng)狀態(tài)模型 由S4. 1中的公式⑴解得各單元的性能響應(yīng)g(X)，其中，X = (X1, X2，…，Xn)表示不 同層次單元的性能響應(yīng)模型中的相關(guān)參數(shù)，η