[发明专利]一种基于功能稳健性的复杂机械系统方案设计方法

说明书

本发明是一种基于功能稳健性的复杂机械系统方案设计方法，该方法的步骤为：1.需求的获取和分析，2.机械系统功能定义，3.机械系统方案中的功能分析，4.根据需求重要度排序和功能重要度排序，确定重要功能和附加功能；5.对重要功能进行独立和解耦设计，6.在机械系统方案设计中，对附加功能的实现进行方案设计，7.形成机械系统方案的设计方案，该方法的优点是能够从需求的角度出发，对复杂机械系统进行功能可靠性设计，从方案设计阶段提升了系统功能的健壮性，在方案设计阶段提升系统固有可靠性，可以为详细设计提供稳健的输入，指导复杂机械系统的方案设计，有效了提升了机械系统的设计效率，节约机械系统设计的费用。

技术领域

本发明是一种基于功能稳健性的复杂机械系统方案设计方法，属于机械系统可靠性设计领域。

背景技术

机械产品设计是一个复杂的过程，尤其随着现代机械产品功能要求越来越多、结构组成越来越复杂、性能指标要求越来越高，对可靠性的设计保证也提出了更高的要求和更大的挑战。传统的机械产品设计过程包括指标论证、方案设计、样机设计、工程研制等阶段，如何在设计阶段尤其是方案设计阶段保证其可靠性，是进行复杂机械产品可靠性设计的一个重要内容，同时也可以节省产品设计周期和设计成本。基于稳健性的设计方法是进行机械产品可靠性设计的一个重要分支，目前的稳健性设计主要是针对方案详细设计阶段，也就是在方案设计定型以后，对设计参数进行稳健性优化，而专门针对用户需求-功能稳健性的设计方法目前还有所欠缺。这是因为在功能和方案初步设计阶段，由于信息量太少，难以进行稳健性量化；另一方面，功能和方案初步设计过程中大量的主观信息和经验信息又无法在可靠性设计中科学合理的利用。

针对方案初步设计阶段，即考虑用户需求，将其结合到机械产品的功能稳健性设计当中，对产品的功能进行分析和评价，是目前发展的一个重要方向，为此，在机械系统方案设计上所涉及的技术内容包括以下几个方面：

1重要度及分析方法

重要度是度量产品在一个任务或环境中重要程度的概念。在复杂系统中，重要度分析一般运用层次分析法，分析过程的如下：

1)将含义和内容相同的需求信息加以合并，以避免重复，形成最下层的用户需求项；

2)将含义和内容相近的需求项集中在一起，加上概括其内容的名称，作为高一级的用户需求项；

3)将第(2)步得到的用户需求按内容相近程度再集中到一起，加上代表性名称，形成更高一级的用户需求项，如有必要，可继续归并，直到用户需求被系统而分层次的组织起来。

4)利用层次分析进行需求重要度的排序。对m个同一层次的用户需求，通过两两比较，构造判断矩阵

其元素a_ij(i＝1,2,…,m；j＝1,2,…,m)为第i项用户需求与第j项用户需求相比较，在实现用户满意度上的相对重要程度，有a_ij＝1/a_ji。

为了使各因素之间进行两两比较得到量化的判断矩阵，常引入1～9的标度，见下表1。

表1标度及其定义

确定判定矩阵的最大特征值对应的特征向量W＝(w₁,w₂,…,w_m)，计算公式为

w_i即为第i项用户需求的重要度。

如果比较判断矩阵M是相容矩阵，则特征向量W就是用户需求的相对权重向量。然而人们对复杂事物的各因素，采用两两比较时，不可能做到判断的完全一致性。因此，需要对判断矩阵进行一致性检验。一致性指标(CI)的定义如下：