机电系统动态可靠性建模与评估方法研究

发布时间：2017-04-26 00:15

  本文关键词：机电系统动态可靠性建模与评估方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：可靠性是产品重要的质量特征,与产品的市场竞争力以及客户满意度等息息相关。科学技术的不断进步使得机电产品的结构和功能日趋复杂。同时,对于特定的机电产品(如工程机械、军用装备等),其工作环境的动态性使得产品可靠性特征呈现出复杂性和随机性。以上因素对传统可靠性建模与评估理论提出挑战。动态可靠性建模与评估方法建立在传统的系统可靠性方法基础上,用于研究产品(或系统)故障随时间变化的规律以及环境因素对系统可靠性的影响。本文以某工程装备中的机电系统为研究对象,开展系统动态可靠性评估研究,主要研究工作如下：(1)研究基于改进的故障模式、影响及其危害性分析(Failure Mode,Effect and Criticality Analysis,FMECA)以及故障传播模型(Failure Propagation Model,FPM)的系统可靠性评估方法。在传统FMECA表格“故障原因”基础上增加“原因贡献率”条目,基于FPM构建系统故障传播图(Failure Propagation Graph,FPG),将改进的FMECA和FPG相结合实现系统故障的定量评估。以贡献率值和底层元器件故障概率值为基础,通过基于系统FPG的故障诊断过程得到每种故障模式发生的概率。以每种故障模式的风险优先值(Risk Priority Value,RPV)作为故障评判指标,为维修策略的制定提供依据。(2)基于动态贝叶斯网络(Dynamic Bayesian Network,DBN)理论评估系统多态可靠性。采用结构化分析与设计技术(Structure Analysis and Design Technology,SADT)、故障模式及其影响分析(Failure Mode and Effect Analysis,FMEA)方法完成系统功能和故障分析。考虑部件故障的多态性以及部件状态随时间的转移性,基于SADT和FMEA建立系统可靠性评估DBN模型,利用DBN双向推理的能力实现系统可靠性评估和薄弱环节识别。以俯仰系统为例验证方法的有效性,评估结果与工程实际相符。(3)采用通用生成函数(Universal Generating Function, UGF)方法评估环境因素对机电系统可靠性的影响。以电机为研究对象,考虑路面振动这一环境因素,利用路面振幅描述环境特性,建立电机故障率与路面振幅的函数关系。在此基础上,采用带有动态参数的通用生成函数法求解系统可靠性。通过振幅表示电机故障率,以替代电机的状态取值,建立路面振幅与系统可靠性的函数关系,并由此分析路面振动对系统可用度的影响。本论文以某机电系统为研究对象,从动态可靠性、多态可靠性以及环境可靠性等层面研究系统可靠性评估问题,建立了相应的可靠性评估模型,完成了案例研究,为此类系统动态可靠性评估提供了理论依据。
【关键词】：机电系统 动态可靠性评估 改进FMECA 动态贝叶斯网络 通用生成函数 环境可靠性
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH-39;TB114.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 可靠性发展历史9-10
• 1.2 课题背景及研究意义10
• 1.3 机电系统可靠性特征10-12
• 1.4 机电系统可靠性研究综述12-17
• 1.4.1 传统可靠性方法概述12-13
• 1.4.2 多态可靠性研究现状13-14
• 1.4.3 动态可靠性研究现状14-16
• 1.4.4 环境可靠性研究现状16-17
• 1.5 现有研究中存在的不足17
• 1.6 主要研究内容和技术路线17-19
• 第二章 基于改进FMECA和故障传播模型的系统可靠性评估19-29
• 2.1 引言19
• 2.2 改进的FMECA19-21
• 2.3 基于故障传播图的故障诊断21-24
• 2.3.1 故障传播模型21-23
• 2.3.2 基于FPG的故障诊断23-24
• 2.4 调平伺服系统的故障分析与计算24-28
• 2.5 本章小结28-29
• 第三章 基于动态贝叶斯网络的俯仰系统多态可靠性评估29-46
• 3.1 引言29-30
• 3.2 贝叶斯网络30-32
• 3.2.1 贝叶斯网络基本理论30-31
• 3.2.2 动态贝叶斯网络31
• 3.2.3 BN的推理机制31-32
• 3.3 系统可靠性分析方法32-34
• 3.3.1 结构化分析与设计技术(SADT)32-33
• 3.3.2 故障模式及其影响分析(FMEA)33-34
• 3.4 基于SADT和FMEA的DBN建模34-35
• 3.4.1 DBN结构模型的建立34
• 3.4.2 参数模型的建立34-35
• 3.5 基于DBN的俯仰系统可靠性评估35-44
• 3.5.1 俯仰系统基本组成和工作流程35-36
• 3.5.2 俯仰系统SADT和FMEA分析36-40
• 3.5.3 基于SADT和FMEA的DBN的建模40-41
• 3.5.4 基于DBN的俯仰系统可靠性评估和薄弱环节识别41-44
• 3.6 本章小结44-46
• 第四章 基于通用生成函数的机电系统环境可靠性评估46-59
• 4.1 引言46
• 4.2 考虑路面振动影响的电机故障率建模46-49
• 4.2.1 路面振动特性参数描述47
• 4.2.2 考虑路面振动的电机故障率建模47-49
• 4.3 通用生成函数49-51
• 4.3.1 通用生成函数基本定义49-50
• 4.3.2 动态参数通用生成函数50
• 4.3.3 可靠性评估指标50-51
• 4.4 案例分析51-57
• 4.4.1 路面振动特征量的确定51-52
• 4.4.2 故障率模型参数求解与验证52-55
• 4.4.3 基于UGF的俯仰伺服系统可靠性评估55-57
• 4.5 本章小结57-59
• 第五章 总结与展望59-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-68
• 作者攻读硕士学位期间发表的论文68

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本文编号：327376