[发明专利]一种综合考虑产品组成及功能的机构可靠性分配方法

说明书

本发明属于机械产品可靠性设计与分析领域，尤其涉及一种综合考虑产品组成及功能的机构可靠性分配方法。此方法考虑了产品工作环境载荷分散性和产品本身结构参数分散性的影响，在此基础上，根据产品各组成部件和功能的复杂度、危害度，确定各部分的分配权重。该方法不需要迭代，计算量小，可通过考虑更多的影响因素来扩展此方法，比如考虑加工制造成本、研制周期等。通过该方法得到的产品各功能的可靠度，可直接通过功能函数进行产品设计，具有十分重要的工程应用价值。

技术领域

本发明属于机械产品可靠性设计与分析领域，尤其涉及一种综合考虑产品组成及功能的机构可靠性分配方法。

背景技术

目前，对于电子类产品和机械结构类产品的可靠性分配方法已基本成熟，国内外学者提出了大量的经典方法，如评分分配法、层次分析法、AGREE分配法、基于应力-强度干涉的结构可靠性分配设计方法等。如果设备为电子类产品，一般首先是建立可靠性模型，然后将可靠性指标分配到每个元器件，然后分析各元器件的故障模式，得到各元器件的可靠度，再依据可靠性模型评价系统可靠性；如果设备组成主要为机械结构，则一般直接分析不同结构可能的失效模式，如静强度失效、动强度失效、疲劳/断裂失效、环境强度失效等，针对每一种可能的失效模式，建立可靠性模型，分配可靠性指标，保证该失效模式下整体结构体系达到对应的可靠性要求。

然而，现有技术中在应用上述经典方法对包含运动机构的产品进行分配设计时，经常出现产品的结构组成未出现故障，但此时产品已无法实现预定功能的问题。例如飞机舱门锁机构，在使用一段时间后，经常出现舱门关闭后无法锁定或开锁过程卡滞等问题，而在检修时舱门锁的各组成部件均未发现故障。究其原因则是使用经典可靠性分配方法对包含机构的产品在进行可靠性分配设计时，仅考虑了机构组成部件对可靠性的影响，而未考虑机构整体功能对产品可靠性的影响。

目前基于上述问题已有一些相关研究，例如李博远等提出了一种结合故障树和层次分析法的可靠性分配方法(CN 103440419)，利用故障树及最小割集，分层进行可靠性分配，适用于系统级产品的可靠性分配问题；陈珊琦等针对存在共因失效的系统，提出了基于故障树分析的可靠性分配方法(CN 104268432)，通过结合专家知识库，能对含有共因失效的复杂系统进行有约束的可靠性分配；张义民等基于FMEA三阶转换函数及Copula函数提出了用于数控机床的可靠性综合分配方法(CN 104992011)，该方法考虑了系统组成及失效模式、失效频率、失效严重度等多种分配指标及故障相关性，此方法可以解决含有相关失效的复杂系统可靠性分配问题；对于含有机构的产品可靠性分配方面，陈国华等提出了一种针对发动机曲柄连杆机构的可靠性分配方法(CN 104298794)，依据机构的各组成部件的可靠性重要度大小逐步分配，分配结果为发动机曲柄连杆机构的各组成零部件的可靠度，分配方法中未考虑机构整体功能对可靠度的影响。

然而，针对有功能可靠性要求的机构类产品，上述研究方法仍然不能克服可靠性指标分配方法的局限性，因此有必要在设计研发过程中的可靠性设计环节，提供一套有效可行的可靠性分配设计方法，使其综合考虑产品组成及功能要求对产品可靠性的影响。

发明内容

本文提出的方法用于含有运动机构的机械产品，已有相应的初步设计方案及待分配的可靠性指标，在相应的环境载荷和工作载荷约束下，如何进行可靠性指标分配，解决机构类产品存在的结构组成尚未发生故障，但机构已无法实现预定功能这一技术问题。

针对上述问题，本发明提出了一种综合考虑产品组成及功能的机构可靠性分配方法，该可靠性分配方法包括以下步骤：

步骤1、设定待进行可靠性指标分配的产品的目标可靠度确定产品的结构组成及功能要求，根据组成及功能要求确定组成部件的数量及功能数量；

步骤2、确定各组成部件的失效模式，以及各失效模式的失效严重度S_ij、失效发生度O_ij，

步骤3、计算各组成部件的组件严重度s_i、组件发生度o_i；