一种实现寿命均衡的产品可靠性分配方法

摘要

本发明公开了一种实现寿命均衡的产品可靠性分配方法。方法步骤：通过产品的功能和结构分析，建立产品的子功能和子部件库；基于能量的传递、转换和分支关系，对每个子功能，建立多子部件串并联结构的可靠性框图；解析可靠性框图，建立子功能的可靠性最大和串联子系统可靠性方差最小的两目标优化模型，并使用多目标进化算法求解；产品子部件的可靠性取各子功能运算获得的可靠性均值，将可靠性相似的子部件聚类成为模块，获得产品可靠性分配和模块规划方案。针对产品设计时由于子部件的可靠性不均衡而导致产品整体可靠性降低的问题，基于能量流可靠性框图建模，提出了实现部件可靠性均衡和优化的产品可靠性分配方法，获得产品的整体可靠性分配方案。

主权项

一种实现寿命均衡的产品可靠性分配方法，其特征是：将产品分解为多个子功能和子部件，依据能量流方法，构建每个子功能的可靠性框图，建立子功能可靠性最大和串联子系统可靠性方差最小两目标优化模型并求解，获得产品子部件的可靠性分配值，完成产品的子部件可靠性均衡分配和产品可靠性模块规划；所采用的技术方案步骤如下：1）依据产品设计方案，进行产品功能和结构分解，分别制成子功能列表和子部件列表；当产品有多于一个的功能，则每个功能定义为一个子功能，所述的子功能是产品外部表现出的功能特征；所述的子部件是相互之间发生能量流转关系，相互组合实现产品子功能的部件；子功能和子部件的规划为后续的子功能可靠性框图建模提供数据基础；2）对每个子功能，使用能量流转关系，即多子部件之间的能量传递、转换和分支关系，基于多子部件的串联和并联结构，建立子功能可靠性框图；所述的能量流方法是把子部件间能量流分为传递、转换和分支三种形式；所述的传递是输入和输出的能量形式不发生变化；所述的转换是输入和输出的能量形式发生变化；所述的分支是能量形式不变，将一个输入分解为多个输出；多子部件串联和并联结构，是一种框图结构，定义为子功能可靠性框图，可靠性框图表达了子功能执行时的内部能量流转关系；3）依据上述子功能可靠性框图，建立子功能可靠性表达式和串联子系统可靠性方差表达式，分别以子功能可靠性最大和串联子系统可靠性方差最小，为两个优化目标，以子部件可靠性范围为约束条件，建立两目标优化模型；所述的串联子系统是可靠性框图主路径上的串联单元，任一串联子系统发生故障，则导致子功能失效，串联子系统可能是单个子部件，或是多个子部件的串并联结构；4）使用多目标进化算法，即非支配排序遗传算法NSGA‑II，对两目标优化模型求解，获得该子功能对应的子部件可靠性值；在多目标进化运算中，以各子部件的可靠性值为设计变量，以子功能可靠性最大和串联子系统可靠性方差最小为两优化目标，通过迭代运算获得优势个体前沿，使用集合理论选优方法选择一个解，作为该子功能的可靠性分配方案；5）重复步骤2）~ 4），对每个子功能进行可靠性分配，获得各子部件的所有可靠性分配值；6）若一个子部件存在多个可靠性值，则该子部件的可靠性取均值，若子部件仅存在一个可靠性值，则设定为该子部件的可靠性分配值；7）使用层次聚类树图法，将可靠性值相似的子部件聚类成为一个模块，实现产品可靠性模块规划；所述的层次聚类树图法，是把可靠性依据其相互距离组成层次结构，表达为一种树状图；树状图的高度表达了两聚类元素之间的距离；依据生成产品的多子部件可靠性聚类树图，给出一个聚类阈值，则获得产品可靠性模块规划方案。