[发明专利]一种复杂机电系统使用寿命评估方法

说明书

技术领域

本发明属于系统可靠性分析及寿命评估技术领域，具体涉及一种复杂机电系统可靠性分析及使用寿命评估方法。

背景技术

现代机电装备是集机、电、光、液、气等多类技术于一体的多功能复杂机电系统，系统内部关系复杂，由成百上千个子系统，以及上万个零部件等组成，而且系统性能将直接影响整个产品的工作效率。复杂机电系统具有不确定性、非线性等系统特性；其中非线性即系统特性不能用属性线性模型描述，这是系统复杂性产生的根本原因。复杂机电系统对可靠性要求较为严苛，如航空、航天、电力系统等，系统故障将造成重大的经济损失以及严重的社会影响。复杂机电系统工作环境严酷，主要受冲击、振动、高温、低温、等因素的影响。如，一些水下工作机电装备受压变形，应力过大将会引起工作部件及支承损坏等；长期贮存，受潮、盐雾、霉菌及积尘等，容易导致绝缘下降和短路过载。对于复杂机电系统，某些关键部件一旦失效，将直接导致整个产品装置无法工作，从而影响整个复杂系统的使用寿命。

目前基于现场数据和加速寿命试验，从数据处理角度，对复杂系统零部件或子系统可靠度或寿命进行估计的方法已经成熟，但对整个系统的平均寿命及使用寿命进行评估和验证还处于空白。由于复杂系统可靠度完全由组成设备的可靠度决定，而系统的平均寿命却没有这种直接的关系，进而利用常规的可靠度计算方法来估计系统平均寿命是不合理的。

系统的可靠性刻画了产品的寿命特征，并包涵可靠度、平均寿命、失效率、可靠寿命等指标。工程上关心的可靠性指标常为装备系统的使用寿命。根据GJB451A-2005的定义，使用寿命是“产品使用到无论从技术上还是经济上考虑都不宜再使用，从而必须大修或报废时的寿命单位数”。对于寿命服从不同分布的产品，其平均寿命、特征寿命定义也不相同。指数分布产品其平均寿命也称为特征寿命，是产品失效率的倒数；而威布尔分布产品，其尺度参数即为特征寿命，是产品失效概率为63.21％时的百分寿命，而平均寿命是与形状参数和尺度参数相关的一个量。产品使用寿命的度量前提是对产品经济性以及大修或报废适时性进行一个度量。因此，平均寿命与使用寿命是不相同的两个概念。当对产品信息数据掌握不够充分的情况下，往往较难直接得到产品确切的使用寿命，但可以通过一定的方法对产品平均寿命进行初略估计，再通过外推估计使用寿命。

一些大型的复杂系统，由于其系统结构复杂，制造成本高，往往不具备全系统试验的条件，因此，对其可靠性指标的评定不能像对元器件那样进行长时间、大批量的统计试验。实际工程中，通常很难获得对整个系统的寿命数据或者仅能获得极少的寿命试验数据，但往往能够获得部分构成系统的部件设备寿命试验数据。针对此，本发明结合试验数据、设计数据和工程经验数据对复杂机电系统使用寿命进行评估和验证，研究其相应的评估方法。

发明内容

本发明为解决现有技术中的上述问题，提供一种复杂机电系统使用寿命评估方法。

本发明采用的技术方案为：一种复杂机电系统使用寿命评估方法，包括以下步骤：

A：对系统进行结构功能分析，确定复杂机电系统关键部件及重要部件，建立系统任务功能原理图，并根据系统特有结构属性，对系统使用寿命分析建模做出假设；

B：根据步骤A得到的系统任务功能原理图，以及系统动态特性，建立系统的动态成功树模型；

C：将步骤B得到的系统的动态成功树模型转换成相应的贝叶斯网络模型，根据步骤A中的假设，简化贝叶斯网络模型；

D：根据系统各部件寿命分布及寿命范围，利用变异系数法，得到各部件寿命分布及分布参数值；

E：将步骤D中所得各部件寿命分布及分布参数值带入步骤C建立的简化的贝叶斯网络模型，推理分析出整个系统的寿命分布情况及平均寿命值。

进一步地，所述步骤A中对系统使用寿命分析建模做出假设，具体包括：

(1)假设系统各部件与其内部关键有寿零组件同分布，且同寿命；

(2)忽略在系统运行过程中，没有出现过故障或出现故障次数与设备总开机年数之比小于或等于设定阈值的零部件；

(3)系统各部件进行定期维修或更换时，视其为修复如新。

进一步地，所述步骤D具体为：

D1：根据各部件寿命区间数[T₁,T₂]，得到区间数的均值和离差T^r分别为：

从而得到寿命T的变异系数如下式所示：