一種基于模糊判斷的機(jī)電系統(tǒng)多層級(jí)可靠性預(yù)計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于模糊判斷的機(jī)電系統(tǒng)多層級(jí)可靠性預(yù)計(jì)方法，屬于機(jī)電系統(tǒng)可靠性工程技術(shù)領(lǐng)域。利用層次分析法對(duì)機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行分層結(jié)構(gòu)化處理，自頂向下劃分層級(jí)，包括系統(tǒng)層、分系統(tǒng)層、功能模塊層和基礎(chǔ)功能層；然后，結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)法和模糊判斷矩陣計(jì)算子單元相對(duì)于父單元的權(quán)重系數(shù)；最后，建立含權(quán)重系數(shù)的多層級(jí)可靠性模型，依次對(duì)機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)。本發(fā)明可廣泛用于機(jī)電裝備可靠性工程領(lǐng)域，特別適合于復(fù)雜系統(tǒng)可靠性優(yōu)化和精細(xì)化設(shè)計(jì)分析場合。
【專利說明】
一種基于模糊判斷的機(jī)電系統(tǒng)多層級(jí)可靠性預(yù)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于機(jī)電系統(tǒng)可靠性工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及層次分析法與模糊理論應(yīng)用技 術(shù)，尤其涉及一種基于模糊判斷的機(jī)電系統(tǒng)多層級(jí)可靠性預(yù)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 可靠性已經(jīng)成為復(fù)雜機(jī)電系統(tǒng)的共性問題，其指標(biāo)被視為重要的質(zhì)量屬性，與系 統(tǒng)性能、成本、效能等技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)一樣，具有同等重要的地位。隨著可靠性工程的發(fā)展， "產(chǎn)品的可靠性是設(shè)計(jì)出來的，生產(chǎn)出來的，管理出來的"這一思想越來越為設(shè)計(jì)人員、管理 人員所理解和接受。據(jù)統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品80%的可靠性問題來源于產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，研發(fā)水平直接影 響產(chǎn)品使用階段的產(chǎn)品可靠性。因此，機(jī)電系統(tǒng)在服役期間能否安全、可靠、高效運(yùn)行，關(guān)鍵 取決于在設(shè)計(jì)階段能否合理地進(jìn)行系統(tǒng)可靠性分析、評(píng)估、預(yù)計(jì)和優(yōu)化。
[0003] 盡管可靠性作為產(chǎn)品的重要指標(biāo)越來越受到人們重視，但如何在設(shè)計(jì)階段對(duì)機(jī)電 系統(tǒng)進(jìn)行合理地可靠性預(yù)計(jì)仍然是業(yè)內(nèi)難題。多年來，國內(nèi)外學(xué)者圍繞該難題開展了大量 的卓有成效的研究工作，提出了包括可靠性框圖、二元決策圖、故障樹、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)和Petri 網(wǎng)等一系列可靠性分析和預(yù)計(jì)方法。其中，因?yàn)榭煽啃钥驁D簡單直接有效，在工程中獲得了 廣泛應(yīng)用。例如，斗計(jì)華博士采用可靠性框圖建立了艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)可靠性模型，實(shí)現(xiàn)了 單次射擊時(shí)的使用可靠性評(píng)估。陳志誠博士針對(duì)傳統(tǒng)可靠性仿真模型建模繁瑣、編程困難 的問題，以可靠性框圖為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了基于ExtendSim的可靠性建模流程。吳嘉寧博士將可靠 性框圖與故障樹分析方法結(jié)合起來，研究了航天器太陽翼系統(tǒng)的可靠性問題。孫曉哲博士 將可靠性框圖和廣義隨機(jī)Petri網(wǎng)相結(jié)合，提出了分層混合建模方法，對(duì)飛機(jī)主飛控系統(tǒng)進(jìn) 行了可靠性分析。
[0004] 雖然可靠性框圖能夠有效構(gòu)建系統(tǒng)可靠性模型，用于評(píng)估系統(tǒng)在給定任務(wù)剖面完 成規(guī)定功能的能力。但是忽略了這樣一個(gè)事實(shí)：即機(jī)電系統(tǒng)是典型的機(jī)、電、液集成系統(tǒng)，由 零部件、電氣設(shè)備、電子元件、液壓元件等單元組成，每個(gè)單元作用和地位各不相同，對(duì)系統(tǒng) 可靠性的影響也應(yīng)不一樣。譬如，一個(gè)螺栓的失效和一個(gè)電機(jī)的失效，顯然后者對(duì)系統(tǒng)可靠 性影響更大。而且，即使同一個(gè)零件，其不同的失效模式也對(duì)系統(tǒng)可靠性影響不一樣。因此， 在構(gòu)建系統(tǒng)可靠性模型時(shí)，更合理的處理方式是區(qū)別對(duì)待每個(gè)單元對(duì)系統(tǒng)可靠性影響。從 而方便工程師識(shí)別系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)和進(jìn)行可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有機(jī)電系統(tǒng)可靠性預(yù)計(jì)方法的不足一一無法區(qū)別對(duì)待 每個(gè)系統(tǒng)單元的重要性，而提供一種基于模糊判斷的機(jī)電系統(tǒng)多層級(jí)可靠性預(yù)計(jì)方法。利 用層次分析法對(duì)機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行分層結(jié)構(gòu)化處理，自頂向下劃分層級(jí)，包括系統(tǒng)層、分系統(tǒng) 層、功能模塊層和基礎(chǔ)功能層。然后，建立含權(quán)重系數(shù)的多層級(jí)可靠性模型，并結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)優(yōu) 先數(shù)法和模糊判斷矩陣計(jì)算子單元相對(duì)于父單元的權(quán)重系數(shù)。最后，按照分層結(jié)構(gòu)依次對(duì) 機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)。本發(fā)明可廣泛用于機(jī)電裝備可靠性工程領(lǐng)域，特別適合于復(fù)雜 系統(tǒng)可靠性優(yōu)化和精細(xì)化設(shè)計(jì)分析場合。
[0006] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的：
[0007] -種基于模糊判斷的機(jī)電系統(tǒng)多層級(jí)可靠性預(yù)計(jì)方法，首先對(duì)所述機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行 分層結(jié)構(gòu)化處理；自頂向下劃分為系統(tǒng)層、分系統(tǒng)層、功能模塊層、基礎(chǔ)功能層;其中，每一 層級(jí)中的元素稱之為單元，上一層級(jí)是下一層級(jí)的父單元層，下一層級(jí)是上一層級(jí)的子單 元層;然后自底層至頂層依次對(duì)機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行多層級(jí)單元權(quán)重系數(shù)計(jì)算和可靠性預(yù)計(jì);所 述權(quán)重系數(shù)計(jì)算和可靠性預(yù)計(jì)方法包括以下步驟：
[0008] 步驟1.子單元風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)計(jì)算和二元對(duì)比矩陣構(gòu)建
[0009] 計(jì)算子單元的風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)，并構(gòu)建二元對(duì)比矩陣；
[0010] 步驟2.子單元模糊判斷矩陣構(gòu)建和單元權(quán)重系數(shù)計(jì)算
[0011] 計(jì)算各子單元的風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)的重要性排序指數(shù)并構(gòu)建模糊判斷矩陣;并計(jì)算各子 單元的權(quán)重系數(shù)：
[0012] 步驟3.父單元可靠性模型構(gòu)建
[0013] 依據(jù)步驟2中計(jì)算出各子單元的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，按照可靠性框圖方法構(gòu)建所述子單元 對(duì)應(yīng)的父單元可靠性模型；
[0014] 優(yōu)選的，所述步驟1具體包括：
[0015] 1)采用風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)法并結(jié)合故障模式頻數(shù)比概念，計(jì)算子單元風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)RPN，即
[0016] RPN={RPNi,RPN2, . . . ,RPNn}
[0017] = Y^y：：()PR,ESR,
[0018]其中，RPNi為第i個(gè)子單元的風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)，i = l ,2, . . . ,n，n為單元數(shù);OPRij為所述 第i個(gè)子單元的第j種故障模式發(fā)生概率等級(jí);ESR^為所述第i個(gè)子單元的第j種故障模式對(duì) 其所對(duì)應(yīng)的父單元的影響嚴(yán)酷度;為所述第i個(gè)子單元的第j種故障模式頻數(shù)比；j = 1， 2，…肌，ΠΗ表示該單元的故障模式數(shù)。
[0019] 2)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)RPN中的目標(biāo)RPNi與RPNk做二元對(duì)比（i，k=l，2,…，n，i辛k)，構(gòu) 建二元對(duì)比矩陣E;若RPNi>RPNk，令排序標(biāo)度 eik= 1，eki = 0;若RPNi = RPNk，令eik = 0，eki = 0; 若RPNk>RPNi，令eik=0，eki = l;構(gòu)建二元對(duì)比矩陣如下：
[0021 ]優(yōu)選的，計(jì)算RPNi的重要性排序指數(shù)fi并構(gòu)建模糊判斷矩陣W:
[0022] fi=Xkeik
[0026]計(jì)算單元權(quán)重系數(shù)：
[0027] wi= EkWik(i^k)
[0028] 其中，Wi表示單元i相對(duì)于上層父單元的重要性，即權(quán)重系數(shù)。
[0029] 優(yōu)選的，所述步驟3,按照可靠性框圖方法構(gòu)建子單元對(duì)應(yīng)的父單元可靠性模型；
[0030] 對(duì)于串聯(lián)可靠性框圖，可靠性模型如下：
[0031] Rs(n = ΠΛ(〇
[0032] 對(duì)于并聯(lián)可靠性框圖，其可靠性模型如下：
[0033]
[0034] 其中，Rdt)為第i個(gè)子單元的可靠度，Rs(t)為所述第i個(gè)子單元所對(duì)應(yīng)的父單元的 可靠度;t為時(shí)間。
[0035] 進(jìn)一步的，當(dāng)wi = 0時(shí)，表明單元i重要度低，對(duì)上層父單元可靠性沒有影響；當(dāng)Wi趨 近于0時(shí)，表明單元i非常重要，對(duì)上層父單元可靠性具有決定性影響。
[0036] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：
[0037] 根據(jù)機(jī)電系統(tǒng)每個(gè)組成單元的作用和地位，利用層次分析法和模糊判斷技術(shù)，分 層級(jí)區(qū)別對(duì)待其對(duì)系統(tǒng)可靠性的貢獻(xiàn)，從而提供了一種基于模糊判斷的機(jī)電系統(tǒng)多層級(jí)可 靠性預(yù)計(jì)方法。該方法與常規(guī)機(jī)電系統(tǒng)基本可靠性預(yù)計(jì)方法相比，計(jì)算更合理、精確，更接 近工程實(shí)際情況，可廣泛用于機(jī)電裝備可靠性工程領(lǐng)域，特別適合于復(fù)雜系統(tǒng)可靠性優(yōu)化 和精細(xì)化設(shè)計(jì)分析場合。
【附圖說明】
[0038] 圖1為本發(fā)明一種基于模糊判斷的機(jī)電系統(tǒng)多層級(jí)可靠性預(yù)計(jì)方法中實(shí)施例一的 系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)圖；
[0039] 圖2為本發(fā)明一種基于模糊判斷的機(jī)電系統(tǒng)多層級(jí)可靠性預(yù)計(jì)方法中實(shí)施例二中 的雷達(dá)機(jī)電控制系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)；
[0040] 圖3是圖2中仿生腿模塊父子單元關(guān)系圖；
[0041] 圖4是基于本發(fā)明一種基于模糊判斷的機(jī)電系統(tǒng)多層級(jí)可靠性預(yù)計(jì)方法中實(shí)施例 二中的雷達(dá)機(jī)電控制系統(tǒng)可靠度預(yù)計(jì)結(jié)果；
[0042] 圖5是基于常規(guī)方法的雷達(dá)機(jī)電系統(tǒng)可靠度預(yù)計(jì)結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0043] 為使對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征及所達(dá)成的功效有更進(jìn)一步的了解與認(rèn)識(shí)，用以較佳的 實(shí)施例及附圖配合詳細(xì)的說明，說明如下：
[0044] 實(shí)施例一
[0045] 如圖1所示，一種基于模糊判斷的機(jī)電系統(tǒng)多層級(jí)可靠性預(yù)計(jì)方法，首先對(duì)機(jī)電系 統(tǒng)進(jìn)行分層結(jié)構(gòu)化處理；自頂向下劃分層級(jí)，包括系統(tǒng)層、分系統(tǒng)層、功能模塊層、基礎(chǔ)功能 層；其中，每一層級(jí)的元素稱之為單元，上一層級(jí)是下一層級(jí)的父單元層，下一層級(jí)是上一 層級(jí)的子單元層;然后依次對(duì)機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行自底層至頂層的多層級(jí)單元權(quán)重系數(shù)計(jì)算和可 靠性預(yù)計(jì)。對(duì)于復(fù)雜度不同的機(jī)電系統(tǒng)，可以在上述4個(gè)層級(jí)基礎(chǔ)上進(jìn)行增減，直至滿足分 析的需要。權(quán)重系數(shù)計(jì)算和可靠性預(yù)計(jì)方法包括以下步驟：
[0046] 步驟1.子單元風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)計(jì)算和二元對(duì)比矩陣構(gòu)建
[0047] 計(jì)算子單元的風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)，并構(gòu)建二元對(duì)比矩陣；
[0048] 步驟2.子單元模糊判斷矩陣構(gòu)建和單元權(quán)重系數(shù)計(jì)算
[0049] 計(jì)算各子單元的風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)的重要性排序指數(shù)并構(gòu)建模糊判斷矩陣;并計(jì)算各子 單元的權(quán)重系數(shù)：
[0050] 步驟3.父單元可靠性模型構(gòu)建
[0051] 依據(jù)步驟2中計(jì)算出各子單元的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，按照可靠性框圖方法構(gòu)建子單元對(duì)應(yīng) 的父單元可靠性模型；
[0052]步驟1具體包括：
[0053] 1)采用風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)法并結(jié)合故障模式頻數(shù)比概念，計(jì)算子單元風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)RPN，即
[0054] RPN={RPNi，RPN2, · · ·，RPNn} (1)
[0055] RPNi= Σ jay · OPRij · ESRij (2)
[0056]其中，RPNi為第i個(gè)子單元的風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)，i = l，2,. . .，n，n為單元數(shù);OPRij為第i個(gè) 子單元的第j種故障模式發(fā)生概率等級(jí);ESR^為第i個(gè)子單元的第j種故障模式對(duì)其所對(duì)應(yīng) 的父單元的影響嚴(yán)酷度;aij為第i個(gè)子單元的第j種故障模式頻數(shù)比；j = 1，2，，nu表示 該單元的故障模式數(shù)。
[0057] 2)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)RPN中的目標(biāo)RPNi與RPNk做二元對(duì)比（i，k= 1，2, . . .，n, i乒k)，構(gòu) 建二元對(duì)比矩陣E。根據(jù)式⑵計(jì)算的計(jì)算結(jié)果，若RPNi>RPNk，令排序標(biāo)度eik=l，eki = 0;若 RPNi = RPNk，令eik=0，eki = 0;若RPNk>RPNi，令eik=0，eki = l;構(gòu)建二元對(duì)比矩陣如下：
[0059]在步驟2的基礎(chǔ)上，計(jì)算RPNi的重要性排序指數(shù)fi并構(gòu)建模糊判斷矩陣W:
[0060] fi = Ekeik (4)
[0064] 計(jì)算單元權(quán)重系數(shù)：
[0065] wi= EkWik(i^k) (7)
[0066] 其中，Wi表示單元i相對(duì)于上層父單元的重要性，即權(quán)重系數(shù)。當(dāng)wi = 0時(shí)，表明單元 i重要度低，對(duì)上層父單元可靠性沒有影響；當(dāng)^趨近于m時(shí)，表明單元i非常重要，對(duì)上層 父單元可靠性具有決定性影響。
[0067] 步驟3中，按照可靠性框圖方法構(gòu)建子單元對(duì)應(yīng)的父單元可靠性模型；
[0068] 對(duì)于串聯(lián)可靠性框圖，可靠性模型如下：
[0069] /?,.(0 = ΠΛ.⑴ （8)
[0070] 對(duì)于并聯(lián)可靠性框圖，其可靠性模型如下：
[0071] 盡(〇 = 1-Π (!-<(〇) (9)
[0072] 其中，Rjt)為第i個(gè)子單元的可靠度，Rs(t)為第i個(gè)子單元所對(duì)應(yīng)的父單元的可靠 度;t為時(shí)間。
[0073]具體工作中，根據(jù)上述方法，先將基礎(chǔ)功能層作為子單元層，功能模塊層作為其父 單元層。重復(fù)步驟1、步驟2和步驟3,依次計(jì)算基礎(chǔ)功能層單元權(quán)重系數(shù)，構(gòu)建其對(duì)應(yīng)的父單 元可靠性模型，并計(jì)算可靠度，實(shí)現(xiàn)所有功能模塊的可靠性預(yù)計(jì)。然后將功能模塊層作為子 單元層，分系統(tǒng)層作為其對(duì)應(yīng)的父單元層。重復(fù)步驟1、步驟2和步驟3,依次計(jì)算功能模塊層 單元權(quán)重系數(shù)，構(gòu)建其對(duì)應(yīng)的父單元可靠性模型，并計(jì)算可靠度，實(shí)現(xiàn)所有分系統(tǒng)可靠性預(yù) 計(jì)。最后將分系統(tǒng)層作為子單元層，系統(tǒng)層作為其對(duì)應(yīng)的父單元層。重復(fù)步驟1、步驟2和步 驟3，依次計(jì)算分系統(tǒng)層單元權(quán)重系數(shù)，構(gòu)建系統(tǒng)可靠性模型，并計(jì)算其可靠度，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可 靠性預(yù)計(jì)。
[0074] 實(shí)施例二
[0075]以某地面高機(jī)動(dòng)雷達(dá)機(jī)電系統(tǒng)為案例，對(duì)上述方法進(jìn)行詳細(xì)描述。本案例具體處 理方法如下：
[0076]步驟1.機(jī)電系統(tǒng)分層結(jié)構(gòu)化處理
[0077] 對(duì)機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行分層結(jié)構(gòu)化處理，自頂向下劃分層級(jí)，包括系統(tǒng)層、分系統(tǒng)層、功 能模塊層和基礎(chǔ)功能層。如圖2所示，系統(tǒng)層為雷達(dá)機(jī)電控制系統(tǒng)，分系統(tǒng)層包括調(diào)平、架設(shè) 和控制分系統(tǒng)，功能模塊層包括仿生腿、撐腿、俯仰等功能模塊，基礎(chǔ)功能層包括銷軸、支腿 結(jié)構(gòu)、減速機(jī)等基礎(chǔ)單元。
[0078] 步驟2.底層單元風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)計(jì)算和二元對(duì)比矩陣構(gòu)建
[0079] 假設(shè)底層每個(gè)單元可靠性都服從指數(shù)分布，故障率參數(shù)為λ(為簡化計(jì)算，本案例 不考慮每個(gè)單元的故障模式數(shù)）。故障模式發(fā)生概率等級(jí)評(píng)分準(zhǔn)則和故障模式嚴(yán)酷度等級(jí) 評(píng)分準(zhǔn)則如表1和表2所示。表3給出了底層單元的故障率參數(shù)λ、故障模式發(fā)生概率等級(jí)0PR 和故障模式嚴(yán)酷度ESR
[0080] 表1故障模式發(fā)生概率等級(jí)評(píng)分準(zhǔn)則
[0082]表2故障模式嚴(yán)酷度等級(jí)評(píng)分準(zhǔn)則
[0083]
[0084] 表3零部件故障率參數(shù)、故障模式發(fā)生概率等級(jí)和故障模式嚴(yán)酷度
[0085]
[0086]
[0087] 按照式(3)依次求得仿生腿、撐腿、其他模塊、俯仰功能、舉升功能、旋轉(zhuǎn)功能、架設(shè) 控制和調(diào)平控制的二元對(duì)比矩陣，如表4所示。
[0088] 表4各功能模塊對(duì)應(yīng)的底層單元二元對(duì)比矩陣
[0089]
[0090]
[0091] 步驟3.底層單元模糊判斷矩陣構(gòu)建和單元權(quán)重系數(shù)計(jì)算
[0092] 根據(jù)式(4)、（5)、（6)和表4,計(jì)算各功能模塊對(duì)應(yīng)的底層子單元模糊判斷矩陣W，如 表5所示。則按照式(7)，即可求得各個(gè)底層單元的權(quán)重系數(shù)。
[0093] 表5各功能模塊對(duì)應(yīng)的子單元模糊判斷矩陣
[0094]
[0095]步驟4.父單元可靠性模型構(gòu)建
[0096]根據(jù)步驟1的分層結(jié)構(gòu)，按照式(8)串聯(lián)關(guān)系建立底層單元對(duì)應(yīng)的父單元可靠性模 型，圖3給出了仿生腿模塊父子關(guān)系。
[0097]步驟5.功能模塊可靠性預(yù)計(jì)
[0098] 按照步驟3確定的權(quán)重系數(shù)，當(dāng)系統(tǒng)連續(xù)工作1000小時(shí)，求得底層單元對(duì)應(yīng)父單元 的可靠度:仿生腿模塊〇. 127，撐腿模塊0.332，其他模塊0.987，俯仰功能模塊0.564，舉升功 能模塊0.564，旋轉(zhuǎn)功能模塊0.644，架設(shè)控制模塊0.885，調(diào)平控制模塊0.855。
[0099]步驟6.分系統(tǒng)可靠性預(yù)計(jì)
[0100]在步驟5基礎(chǔ)上，求得各功能模塊故障率參數(shù)λ見表6。
[0101 ]表6各功能模塊故障率參數(shù)、故障模式發(fā)生概率等級(jí)和嚴(yán)酷度
[0103] 將功能模塊層作為底層，分系統(tǒng)層作為其對(duì)應(yīng)的父單元層。重復(fù)步驟2、步驟3和步 驟4,表7給出了各分系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的子單元模糊判斷矩陣，則按照式(7)，即可求得功能模塊層 單元權(quán)重系數(shù)。
[0104] 表7各分系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的子單元模糊判斷矩陣
[0105]
[0106]按照式(8)串聯(lián)關(guān)系，構(gòu)建分系統(tǒng)可靠性模型。當(dāng)系統(tǒng)連續(xù)工作1000小時(shí)，求得各 分系統(tǒng)可靠度:調(diào)平分系統(tǒng)0.0118，架設(shè)分系統(tǒng)0.2266，控制分系統(tǒng)0.8553。
[0107] 步驟7.系統(tǒng)可靠性預(yù)計(jì)
[0108] 在步驟6基礎(chǔ)上，求得各分系統(tǒng)故障率參數(shù)λ見表8。
[0109] 表8各分系統(tǒng)故障率參數(shù)、故障模式發(fā)生概率等級(jí)和嚴(yán)酷度

[0111]根據(jù)步驟1的分層結(jié)構(gòu)，將分系統(tǒng)層作為底層，系統(tǒng)作為其對(duì)應(yīng)的父單元。重復(fù)步 驟2、步驟3和步驟4,計(jì)算分系統(tǒng)層單元權(quán)重系數(shù)，下式給出了分系統(tǒng)層單元模糊判斷矩陣：
[0113] 按照式(8)串聯(lián)關(guān)系，構(gòu)建系統(tǒng)可靠性模型。當(dāng)系統(tǒng)連續(xù)工作1000小時(shí)，求得系統(tǒng) 可靠度為〇. 000845,故障率參數(shù)為0.007076,平均故障間隔時(shí)間為(MTBF) 141小時(shí)。系統(tǒng)可 靠度隨時(shí)間變化趨勢如圖4所示。
[0114] 按照常規(guī)的基本可靠性預(yù)計(jì)方法，該系統(tǒng)總故障率參數(shù)為0.00213305，MTBF為469 小時(shí)，系統(tǒng)可靠度隨時(shí)間變化趨勢如圖5所示。據(jù)統(tǒng)計(jì)，該雷達(dá)在2011年~2014年間，累計(jì)工 作時(shí)長10230小時(shí)，共發(fā)生故障52起，平均故障間隔時(shí)間約為197小時(shí)。顯然，按照本發(fā)明提 供的方法，系統(tǒng)可靠度計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況更為接近。
[0115] 以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù) 人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是本發(fā)明 的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和 改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明的范圍內(nèi)。本發(fā)明要求的保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其 等同物界定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于模糊判斷的機(jī)電系統(tǒng)多層級(jí)可靠性預(yù)計(jì)方法，其特征在于:首先對(duì)所述機(jī) 電系統(tǒng)進(jìn)行分層結(jié)構(gòu)化處理；自頂向下劃分為系統(tǒng)層、分系統(tǒng)層、功能模塊層、基礎(chǔ)功能層； 其中，每一層級(jí)中的元素稱之為單元，上一層級(jí)是下一層級(jí)的父單元層，下一層級(jí)是上一層 級(jí)的子單元層;然后自底層至頂層依次對(duì)機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行多層級(jí)單元權(quán)重系數(shù)計(jì)算和可靠性 預(yù)計(jì);所述權(quán)重系數(shù)計(jì)算和可靠性預(yù)計(jì)方法包括以下步驟： 步驟1.子單元風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)計(jì)算和二元對(duì)比矩陣構(gòu)建 計(jì)算子單元的風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)，并構(gòu)建二元對(duì)比矩陣； 步驟2.子單元模糊判斷矩陣構(gòu)建和單元權(quán)重系數(shù)計(jì)算 計(jì)算各子單元的風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)的重要性排序指數(shù)并構(gòu)建模糊判斷矩陣;并計(jì)算各子單元 的權(quán)重系數(shù)： 步驟3.父單元可靠性模型構(gòu)建 依據(jù)步驟2中計(jì)算出各子單元的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，按照可靠性框圖方法構(gòu)建所述子單元對(duì)應(yīng) 的父單元可靠性模型。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于模糊判斷的機(jī)電系統(tǒng)多層級(jí)可靠性預(yù)計(jì)方法，其特 征在于:所述步驟1具體包括： 1) 采用風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)法并結(jié)合故障模式頻數(shù)比概念，計(jì)算子單元風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)RPN，即 RPN={RPNi,RPN2, . . . ,RPNn} RPNi=Ejaij · OPRij · ESRij 其中，RPNi為第i個(gè)子單元的風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)，i = l ,2, . . . ,n，n為單元數(shù);OPRij為所述第i個(gè) 子單元的第j種故障模式發(fā)生概率等級(jí);ESR^為所述第i個(gè)子單元的第j種故障模式對(duì)其所 對(duì)應(yīng)的父單元的影響嚴(yán)酷度;為所述第i個(gè)子單元的第j種故障模式頻數(shù)比；j = 1，2，… ΠΗ，ΠΗ表示該單元的故障模式數(shù)。 2) 對(duì)風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)RPN中的目標(biāo)RPNi與RPNk做二元對(duì)比（i，k=l，2, . . .，n，i乒k)，構(gòu)建二 元對(duì)比矩陣E;若RPNi>RPNk，令排序標(biāo)度eik = 1，eki = 0 ;若RPNi = RPNk，令eik = 0，eki = 0;若 RPNk>RPNi，令eik=0，eki = l;構(gòu)建二元對(duì)比矩陣如下：3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于模糊判斷的機(jī)電系統(tǒng)多層級(jí)可靠性預(yù)計(jì)方法，其特 征在于:計(jì)算RPK的重要性排序指數(shù)h并構(gòu)建模糊判斷矩陣W: fi = Xkeik計(jì)算單元權(quán)重系數(shù)： Wi = Σ kWik (i^k) 其中，^表示單元i相對(duì)于上層父單元的重要性，即權(quán)重系數(shù)。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于模糊判斷的機(jī)電系統(tǒng)多層級(jí)可靠性預(yù)計(jì)方法，其特 征在于:所述步驟3，按照可靠性框圖方法構(gòu)建子單元對(duì)應(yīng)的父單元可靠性模型； 對(duì)于串聯(lián)可靠性框圖，可靠性模型如下： 對(duì)于并聯(lián)可靠性框圖，其可靠性模型如下： 其中，RKt)為第i個(gè)子單元的可靠度，Rs(t)為所述第i個(gè)子單元所對(duì)應(yīng)的父單元的可靠 度;t為時(shí)間。5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于模糊判斷的機(jī)電系統(tǒng)多層級(jí)可靠性預(yù)計(jì)方法，其特 征在于：當(dāng)wi = 0時(shí)，表明單元i重要度低，對(duì)上層父單元可靠性沒有影響；當(dāng)wi趨近于°°時(shí)， 表明單元i非常重要，對(duì)上層父單元可靠性具有決定性影響。
【文檔編號(hào)】G06Q10/04GK105868863SQ201610220714
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月8日
【發(fā)明人】胡祥濤, 張祥祥, 魏雄, 魏一雄, 程五四, 李廣, 田富君, 周紅橋, 陳帝江, 陳興玉, 張紅旗
【申請(qǐng)人】中國電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所