認知不確定性下的系統(tǒng)可靠性方法研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代機電系統(tǒng)向復雜化、精密化以及多學科并存的方向發(fā)展，實際機電系統(tǒng)設計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，設計方案和結(jié)構(gòu)、造型的確定，材料、設計參數(shù)與系數(shù)（如載荷、應力、強度、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因素（如設計水平、制造工藝水平、使用維護條件等），而且也涉及多種人文因素（如經(jīng)濟效益、社會效益、環(huán)境保護、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，上述問題的處理需要設計人員根據(jù)經(jīng)驗和知識進行判斷、推理和決策，此時大多也表現(xiàn)出不同程度的認知不確定性。在多種隨機和認知不確定因素的影響下，傳統(tǒng)的可靠性設計理論已無法滿足實際工程中對復雜機電系統(tǒng)可靠性的嚴格要求以及全壽命周期費用的控制。全面認識、系統(tǒng)分析這些不確定因素及其對機電系統(tǒng)性能與演變過程的影響，從而有效地提高機電產(chǎn)品的設計水平和可靠性，已成為影響機電產(chǎn)品質(zhì)量、性能和成本等的關鍵因素。尤其是在高精尖機電系統(tǒng)和大型復雜裝備（如衛(wèi)星

3、、火箭、核設施、飛行器等）的開發(fā)設計過程中，定量地研究并分析認知不確定性，建立合理的數(shù)學模型，能夠有效地提高產(chǎn)品的可靠性，進而極大地減少潛在風險。因此，近年來國際上越來越多的學者和工程技術人員開始關注認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認知不確定性下的系統(tǒng)可靠性的若干關鍵技術進行了系統(tǒng)的探索和研究，其主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新成果如下：
　　 （1）基于多級模糊綜合評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，將多級模糊綜合評判方法應用于系統(tǒng)可靠性分配中，分析了多級模糊綜合評判在可靠性分配中的應用流程。通過在柴油機機體及氣缸蓋子系統(tǒng)可靠性指標分配中的實際應用，表明了多級模糊綜合評判方法在系統(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判的可靠性分配方法研究。為了克服模糊綜合評判在可靠性分配中的不足，并充分利用舊型號的可靠性數(shù)據(jù)，提出了模糊相似比例方法與模糊綜合評判方法相結(jié)合的系統(tǒng)可靠性分配方

5、法?？紤]舊型號與新型號的相似度，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）認知不確定性和客觀不確定性同時存在時的結(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象，引入?yún)^(qū)間分析方法，提出了一種同時考慮設計參數(shù)的認知不確定性和客觀不確定性的系統(tǒng)可靠性建模方法，并運用蒙特卡羅模擬法對所提出的模型進行了驗證。為了找出影響系統(tǒng)失效概率的主

6、要因素，對模型參數(shù)進行了靈敏度分析，從而為更好地開展可靠性設計工作奠定了基礎。
　　 （4）基于模糊退化數(shù)據(jù)的競爭失效可靠性評估方法研究。針對競爭失效過程下的可靠性評估問題，給出了獨立競爭失效模型和相關競爭失效模型，并對沖擊過程和退化過程進行了分析。在退化過程分析中，考慮了認知不確定性對退化數(shù)據(jù)的影響，采用模糊數(shù)對其進行表征?；跊_擊過程和退化過程的分析，應用故障樹分析方法和多態(tài)可靠性分析方法對獨立競爭失效和相關競爭失效下的系統(tǒng)

7、可靠性進行了評估。所提出的可靠性評估模型具有廣泛的應用前景，為系統(tǒng)的壽命管理和維修決策提供了有效的技術支撐。
　　 （5）認知和客觀不確定性下的全壽命周期費用可靠性優(yōu)化設計方法研究。作為可靠性優(yōu)化設計的重要組成部分，全壽命周期費用分析是提高產(chǎn)品競爭力的有效途徑之一。在對目前存在的一些全壽命周期費用模型及其應用情況進行比較分析的基礎上，建立了考慮設計參數(shù)和變量認知不確定性的可靠性優(yōu)化設計模型，通過工程實例闡述了所提出的模型的具體應