[发明专利]一种基于改进费用函数的机械系统可靠性分配方法

权利要求书

1.一种基于改进费用函数的机械系统可靠性分配方法，其特征在于，所述分配方法包括如下步骤：

步骤S11，确定机械多层级系统各零部件的复杂度及可靠性；

步骤S12，根据所确定的复杂度及可靠性建立机械多层级系统可靠性模型；

步骤S13，确定系统目标可靠性；

步骤S14，计算提升零部件可靠性的可行度因子；

步骤S15，以系统的可靠性模型为基础，根据系统目标可靠性、各零部件可靠性和所述可行度因子，建立基于改进费用函数的非线性规划模型；

步骤S16，对所述非线性规划模型进行求解；

步骤S17，判断所述解是否达到局部最优解；若已达到，则进入步骤S18；若末达到，则转入步骤S16；

步骤S18，以所求得的解为机械系统的零部件可靠性重分配值。

2.根据权利要求1所述的可靠性分配方法，其特征在于，所述步骤S12中，所述建立机械多层级系统可靠性模型，进一步为，构建系统级—子系统级—零部件级模型。

3.根据权利要求1所述的可靠性分配方法，其特征在于，所述步骤S14中，所述计算提升零部件可靠性的可行度因子，根据较复杂的系统分配较低的可靠性指标的可靠性分配原则进行。

4.根据权利要求1所述的可靠性分配方法，其特征在于，所述步骤S17中，判断所述解是否达到局部最优解，进一步为：当目标费用达到当前非线性规划模型最小时，所述解为当前可靠性分配状态下的最优解。

5.根据权利要求1至4任一项所述的可靠性分配方法，其特征在于，所述步骤S15中，建立基于改进费用函数的非线性规划模型，进一步包括如下步骤：

步骤S151，根据机械系统中各零部件的重要度、技术成熟度、标准化程度、可维修性建立传统三参数费用函数；

步骤S152，将所述提升零部件可靠性的可行度因子，引入到所述传统三参数费用函数中，对所述传统费用函数进行修正；

步骤S153，根据所述可行度因子对所述传统费用函数的修正，建立改进费用函数；

步骤S154，基于所述改进费用函数，引入约束条件，建立非线性规划模型。

6.根据权利要求5所述的可靠性分配方法，其特征在于，所述步骤S154中的约束条件包括：各零部件的初始可靠性及系统目标可靠性。

7.根据权利要求5所述的可靠性分配方法，其特征在于，所述步骤S14中，计算提升零部件可靠性的可行度因子，进一步为，通过式(1)进行计算：

式(1)中，f_i为提高单元可靠性的可行度因子，W_i,T_i,S_i,P_i分别为第i个零部件的重要度、技术成熟度、标准化程度和可维修性，且W_i,T_i,S_i,P_i∈[1,10]。

8.根据权利要求7所述的可靠性分配方法，其特征在于，所述改进的费用函数为：

式(2)中，其中，c_i(R_i)是各零部件在可靠性性R_i作用下的所需费用，R_i是第i个零部件优化后的可靠性，R_i,min为零部件当前可靠性，R_i,max是零部件最高可靠性。

9.根据权利要求8所述的可靠性分配方法，其特征在于，所述非线性规划模型为：

式(3)中，C是系统在可靠性R_i作用下的所需总费用；R_obj为系统目标可靠性，为系统可靠性模型的结构函数。

10.一种针对齿轮传动系统的可靠性分配方法，其特征在于，所述分配方法包括如下步骤：

步骤S201，确定齿轮传动系统中各零部件的复杂度和可靠性；

步骤S202，根据所述各零部件的复杂度和可靠性建立齿轮传动系统的部件级-子系统级-系统级可靠性模型；

步骤S203，根据齿轮传动系统零部件的重要度、技术成熟度、标准化程度、可维修性，建立传统三参数费用函数；

步骤S204，根据齿轮传动系统各零部件的复杂度，计算提升各零部件可靠性的可行度因子；

步骤S205，将所述可行度因子引入所述传统三参数费用函数，建立改进的费用函数；

步骤S206，以所述改进的费用函数为目标函数，以各零部件的初始可靠性及系统目标可靠性为约束条件，建立基于改进费用函数的非线性规划模型；

步骤S207，采用拉格朗目乘子算法对所述非线性规划模型进行迭代求解，所求得的局部最优解为所述可靠性模型的可靠性重分配值。