一种动态级联耦合机电系统的可靠性建模与评估方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于可靠性技术领域，具体设及一种动态级联禪合机电系统的可靠性建模 与评估方法。
【背景技术】
[0002] 复杂机电系统大多在复杂服役环境下运行，系统行为与物理背景密切相关，系统 服役过程中性能逐渐劣化，零部件在环境载荷持续作用下损伤不断发展，呈现时变和多态 特点；系统内部层次复杂，各层之间存在上下级联、层内各单元和各因素之间存在相互禪合 的特点；系统故障呈现出多故障机理、多种故障模式相互作用和竞争，且相互作用及竞争关 系呈现动态变化的特点。复杂机电系统的动态、级联、禪合、时变特点决定了传统可靠性理 论的故障独立性、大样本统计和静态假设条件不再成立。自然科学基金委员会2010年出版 的《机械工程学科发展战略报告》也明确指出；传统的系统可靠性方法不适用。
[0003] 针对复杂机电系统动态可靠性建模方法，目前主要有：神经网络建模法，马尔科 夫分析法、GO-Flow法、Petri网、贝叶斯网等；其中，Petri网和贝叶斯网是主流的两类方 法。Petri网模型主要描述和分析离散事件动态系统的图形工具和信息流的网络，能够描述 系统动态特性，目前已在复杂机电系统可靠性方面得W应用。贝叶斯网络方法炬ayesian networks,BN)能很好地表示变量的随机不确定性和多种故障模式相关性，使系统和元件的 关系W及状态表达更加直观、清晰，已在可靠性分析评估、故障诊断、数据挖掘和经济等领 域得到了应用。然而，上述方法均基于事件发生概率统计思想，确定性信息利用不充分，与 物理背景结合不紧密。目前复杂机电系统的可靠性建模分析方法研究尚缺乏成熟的理论体 系支撑，更为严重的是复杂机电系统的某些功能突变、性能劣化、故障演变与涌现等问题， 难W在可靠性建模与分析过程中进行准确的分析表达。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明提供了一种动态级联禪合机电系统的可靠性建模与评估方法， 能够对动态级联禪合的复杂机电系统进行可靠性建模并对可靠度进行评估。
[0005] 本发明的一种动态级联禪合机电系统的可靠性建模与评估方法，包括如下步骤：
[0006] 步骤1、将机电系统自上而下分解成多个层次，每个层次包括若干不同单元，由此 建立机电系统的结构层次图；根据所述结构层次图，将机电系统的功能进行划分，进而得到 机电系统的功能层次图，其中，所述结构层次图中的一个单元对应功能层次图中的一个功 能；
[0007] 步骤2、根据步骤1建立的机电系统结构层次图和功能层次图，参照GJB1391-2006 对机电系统进行故障模式及影响分析，根据该分析结果：
[000引首先得到所述每个单元对应的故障模式W及每个故障模式对应的故障类别，其 中，故障模式由单元的性能响应和对应的性能阔值之间的关系表征；故障类别包括退化型 故障和突发型故障；
[0009] 然后从所述结构层次图中由下至上逐层确定每个单元中的性能响应对本层次各 单元和其它层次各单元的性能响应的影响，即得到机电系统的故障传播结果；
[0010] 步骤3、根据步骤2的故障模式及影响分析结果，确定每个所述单元故障模式对应 的故障原因，进而确定每个单元的可靠性影响因素及其作用机理；
[0011] 步骤4、建立各层次单元的性能响应模型，结合步骤3确定的可靠性影响因素确定 模型中的不确定性参数及其概率分布特征，具体为；
[0012] S4. 1 ;建立各层次单元的性能响应模型
[0013] 根据步骤1的所述结构层次图，W及步骤3所得的每个单元的可靠性影响因素及 其作用机理，并结合动力学方程，由下至上逐层建立各单元的性能响应模型：
[0014]
【主权项】
1. 一种动态级联耦合机电系统的可靠性建模与评估方法，其特征在于，包括如下步 骤： 步骤1、将机电系统自上而下分解成多个层次，每个层次包括若干不同单元，由此建立 机电系统的结构层次图；根据所述结构层次图，将机电系统的功能进行划分，进而得到机电 系统的功能层次图，其中，所述结构层次图中的一个单元对应功能层次图中的一个功能； 步骤2、根据步骤1建立的机电系统结构层次图和功能层次图，参照GJB1391-2006对机 电系统进行故障模式及影响分析，根据该分析结果： 首先得到所述每个单元对应的故障模式以及每个故障模式对应的故障类别，其中，故 障模式由单元的性能响应和对应的性能阈值之间的关系表征；故障类别包括退化型故障和 突发型故障； 然后从所述结构层次图中由下至上逐层确定每个单元中的性能响应对本层次各单元 和其它层次各单元的性能响应的影响，即得到机电系统的故障传播结果； 步骤3、根据步骤2的故障模式及影响分析结果，确定每个所述单元故障模式对应的故 障原因，进而确定每个单元的可靠性影响因素及其作用机理； 步骤4、建立各层次单元的性能响应模型，结合步骤3确定的可靠性影响因素确定模型 中的不确定性参数及其概率分布特征，具体为： S4. 1 :建立各层次单元的性能响应模型 根据步骤1的所述结构层次图，以及步骤3所得的每个单元的可靠性影响因素及其作 用机理，并结合动力学方程，由下至上逐层建立各单元的性能响应模型：
式中，M、C和K分别代表单元的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵；f、4和q代表单元 的运动状态参数； <'代表运动约束条件，其中上角标T表示矩阵的转置；λ为拉格朗日系 数；F1代表上、下层或本层的其他单元对本单元施加的外力；F2代表本单元内静止部件对活 动部件施加的作用力； S4. 2 :建立各层次单元的响应状态模型 由S4. 1中的公式⑴解得各单元的性能响应g(X)，其中，X = (X1, X2，…，Xn)表示不 同层次单元的性能响应模型中的相关参数，η