[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

说明书

本发明提供了一种基于改进费用函数的机械系统可靠性分配方法，用于解决现有技术中对机械系统的可靠性设计中可靠性分配中未考虑其他制约因素的问题。所述可靠性分配方法，首先建立机械多层级系统可靠性设计模型，然后对所建立的模型进行系统复杂度及可靠性确定，其次建立机械多层级系统的费用函数非线性规划模型，最后根据系统的可靠性分配原则，进行非线性规划模型的求解。本发明在充分考虑部件复杂度的前提下，有效的提升了零部件在可靠性设计阶段的可靠性，为后续的生产服役提供安全保障，同时在合理的技术条件及成本条件下，对高速列车齿轮传动系统中服役重要性较强且在服役期间更换成本较高的零部件的可靠性提升有重要的指导意义。

技术领域

本发明属于机械工程与制造领域，具体涉及一种基于改进费用函数的机械系统可靠性分配方法。

背景技术

近年来，机械系统的制造工艺高速发展，结构越来越复杂化、多层级化。要制造出具有高的固有可靠性的机械系统，需要在机械系统的设计过程中，对机械系统的可靠性设计提出更高的要求。大量实践证明，产品的可靠性首先是设计出来的，产品在生产后拥有的是固有可靠性。可靠性设计的优劣对产品的固有可靠性产生重大的影响。机械系统的可靠性是在机械系统服役期间极为重要的一个指标，零部件在机械系统制造期间，最多只能保证设计中形成的产品潜在可靠性，而在使用和维修过程中，则尽量维持已获得的固有可靠性。由于复杂机械系统的各部件是按照设计预定的要求制造出来的，因此，在可靠性设计阶段，优化各部件可靠性对于提升机械系统服役安全有着重要意义。

可靠性优化设计方法是在常规优化设计方法的基础上发展起来的一种全新的优化设计方法，它是将可靠性分析理论与数学规划方法有机地结合在一起并运用最优化方法进行目标求解的一种设计方法。也就是说，它将可靠性要求作为追求的目标或者约束条件，运用最优化方法得到在概率意义下的子系统优化可靠性。机械系统的可靠性优化设计问题分为三类:一是将可靠性指标作为约束条件；二是将可靠性指标作为优化目标；三是对系统可靠性进行最优化分配。

现有技术中，对机械系统的可靠性优化设计，通常仅考虑机械系统的可靠性需求，而忽略其他制约因素，如费用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种基于改进费用函数的机械系统可靠性分配方法、可靠性设计方法，将改进的费用函数引入机械系统的可靠性分配设计中，把最小费用作为优化目标，在可靠性和费用之间的关系进行平衡，进而达到系统在最小费用下完成目标可靠性，有效提升机械系统在可靠性设计阶段的可靠性，为后续的生产服役提供安全保障。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于改进费用函数的机械系统可靠性分配方法，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。

进一步地，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。

进一步地，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。