認(rèn)知不確定性下的系統(tǒng)可靠性方法研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代機(jī)電系統(tǒng)向復(fù)雜化、精密化以及多學(xué)科并存的方向發(fā)展，實(shí)際機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)往往難以回避定性的、不精確的、不完全的和不確定的信息。一方面，設(shè)計(jì)方案和結(jié)構(gòu)、造型的確定，材料、設(shè)計(jì)參數(shù)與系數(shù)（如載荷、應(yīng)力、強(qiáng)度、剛度和壽命等）的選擇，以及工藝流程的規(guī)劃等，不僅涉及一系列技術(shù)因素（如設(shè)計(jì)水平、制造工藝水平、使用維護(hù)條件等），而且也涉及多種人文因素（如經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、環(huán)境保護(hù)、資源利用及可持續(xù)發(fā)展等），這些因素存在著不同程度的不確定性。另一方

2、面，上述問(wèn)題的處理需要設(shè)計(jì)人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)進(jìn)行判斷、推理和決策，此時(shí)大多也表現(xiàn)出不同程度的認(rèn)知不確定性。在多種隨機(jī)和認(rèn)知不確定因素的影響下，傳統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)理論已無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際工程中對(duì)復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)可靠性的嚴(yán)格要求以及全壽命周期費(fèi)用的控制。全面認(rèn)識(shí)、系統(tǒng)分析這些不確定因素及其對(duì)機(jī)電系統(tǒng)性能與演變過(guò)程的影響，從而有效地提高機(jī)電產(chǎn)品的設(shè)計(jì)水平和可靠性，已成為影響機(jī)電產(chǎn)品質(zhì)量、性能和成本等的關(guān)鍵因素。尤其是在高精尖機(jī)電系統(tǒng)和大型復(fù)雜裝備（如衛(wèi)星

3、、火箭、核設(shè)施、飛行器等）的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程中，定量地研究并分析認(rèn)知不確定性，建立合理的數(shù)學(xué)模型，能夠有效地提高產(chǎn)品的可靠性，進(jìn)而極大地減少潛在風(fēng)險(xiǎn)。因此，近年來(lái)國(guó)際上越來(lái)越多的學(xué)者和工程技術(shù)人員開(kāi)始關(guān)注認(rèn)知不確定性條件下的系統(tǒng)可靠性分析。在這種背景下，本文從不同角度和層面對(duì)認(rèn)知不確定性下的系統(tǒng)可靠性的若干關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的探索和研究，其主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新成果如下：
　　 （1）基于多級(jí)模糊綜合評(píng)判的可靠性分配方法研究?？紤]系統(tǒng)可

4、靠性影響因素的層次性，將多級(jí)模糊綜合評(píng)判方法應(yīng)用于系統(tǒng)可靠性分配中，分析了多級(jí)模糊綜合評(píng)判在可靠性分配中的應(yīng)用流程。通過(guò)在柴油機(jī)機(jī)體及氣缸蓋子系統(tǒng)可靠性指標(biāo)分配中的實(shí)際應(yīng)用，表明了多級(jí)模糊綜合評(píng)判方法在系統(tǒng)可靠性分配中具有優(yōu)越性。
　　 （2）基于模糊相似比例與模糊綜合評(píng)判的可靠性分配方法研究。為了克服模糊綜合評(píng)判在可靠性分配中的不足，并充分利用舊型號(hào)的可靠性數(shù)據(jù)，提出了模糊相似比例方法與模糊綜合評(píng)判方法相結(jié)合的系統(tǒng)可靠性分配方

5、法?？紤]舊型號(hào)與新型號(hào)的相似度，引入模糊相似度概念，并根據(jù)不同的權(quán)重因子將模糊相似比例分配與模糊綜合評(píng)判分配相結(jié)合，獲得了一定置信水平下的可靠性分配值。
　　 （3）認(rèn)知不確定性和客觀不確定性同時(shí)存在時(shí)的結(jié)構(gòu)可靠性分析方法研究。以航天器用諧波齒輪減速器為研究對(duì)象，引入?yún)^(qū)間分析方法，提出了一種同時(shí)考慮設(shè)計(jì)參數(shù)的認(rèn)知不確定性和客觀不確定性的系統(tǒng)可靠性建模方法，并運(yùn)用蒙特卡羅模擬法對(duì)所提出的模型進(jìn)行了驗(yàn)證。為了找出影響系統(tǒng)失效概率的主

6、要因素，對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行了靈敏度分析，從而為更好地開(kāi)展可靠性設(shè)計(jì)工作奠定了基礎(chǔ)。
　　 （4）基于模糊退化數(shù)據(jù)的競(jìng)爭(zhēng)失效可靠性評(píng)估方法研究。針對(duì)競(jìng)爭(zhēng)失效過(guò)程下的可靠性評(píng)估問(wèn)題，給出了獨(dú)立競(jìng)爭(zhēng)失效模型和相關(guān)競(jìng)爭(zhēng)失效模型，并對(duì)沖擊過(guò)程和退化過(guò)程進(jìn)行了分析。在退化過(guò)程分析中，考慮了認(rèn)知不確定性對(duì)退化數(shù)據(jù)的影響，采用模糊數(shù)對(duì)其進(jìn)行表征?；跊_擊過(guò)程和退化過(guò)程的分析，應(yīng)用故障樹(shù)分析方法和多態(tài)可靠性分析方法對(duì)獨(dú)立競(jìng)爭(zhēng)失效和相關(guān)競(jìng)爭(zhēng)失效下的系統(tǒng)

7、可靠性進(jìn)行了評(píng)估。所提出的可靠性評(píng)估模型具有廣泛的應(yīng)用前景，為系統(tǒng)的壽命管理和維修決策提供了有效的技術(shù)支撐。
　　 （5）認(rèn)知和客觀不確定性下的全壽命周期費(fèi)用可靠性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)方法研究。作為可靠性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)的重要組成部分，全壽命周期費(fèi)用分析是提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的有效途徑之一。在對(duì)目前存在的一些全壽命周期費(fèi)用模型及其應(yīng)用情況進(jìn)行比較分析的基礎(chǔ)上，建立了考慮設(shè)計(jì)參數(shù)和變量認(rèn)知不確定性的可靠性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)模型，通過(guò)工程實(shí)例闡述了所提出的模型的具體應(yīng)