可靠性与系统工程学院 博士学位论文开题报告
论文题目： 学科专业： 研究方向： 学生姓名： 指导教师： 报告日期：
目录
可靠性与系统工程学院 ..................................................................................................................... I 博士学位论文开题报告 ..................................................................................................................... I 一论文选题依据 ................................................................................................................................ 1 1.论文选题的意义 .............................................................................................................................. 1 2.国内外研究现状分析 ...................................................................................................................... 2 1.2.1机电系统可靠性研究现状 .................................................................................................... 2 1.2.2不确定性分析及量化方法 .................................................................................................... 5 1.2.3系统可靠性仿真分析算法 .................................................................................................... 8 1.2.4分析与总结 ......................................................................................................................... 16 二论文研究方案 .............................................................................................................................. 17 1.研究目标及研究内容 .................................................................................................................... 17 2.1.1 2.1.2
研究目标 ........................................................................................................................ 17 研究内容 ........................................................................................................................ 17
2.拟解决的关键问题 ........................................................................................................................ 19 3.拟采取的研究方法和技术路线 .................................................................................................... 19 4.可行性分析 .................................................................................................................................... 22 5.可能的创新之处 ............................................................................................................................ 22 三预期达到的目标和研究成果 ....................................................................................................... 23 四论文工作计划 .............................................................................................................................. 23 主要参考文献 .................................................................................................................................. 24
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一 论文选题依据
1. 论文选题的意义
随着现代武器装备向微型化、复杂化和精密化方向发展，诸如核电站、航空航天等安全关键系统在十分恶劣的环境下工作，需满足高性能要求并实现安全可靠地运行。其中，机电单元作为此类安全系统的重要组成部分，其寿命和可靠性是制约整机寿命和可靠性水平的重要因素之一，越来越受到性能、可靠性设计分析人员的重视。由于机电单元逐渐向微尺寸方向发展，机-电-液-控-热耦合关系更加复杂，载有的物理过程更趋极端，同时诸多不确定性因素愈加恶劣的影响使得性能退化与故障行为也更加多样且表现出较大的分散性。因此，同步考虑系统性能要求与产品故障动态发生、发展物理过程，研究并保证此类系统在这些不确定因素影响下而失效的可能性降至最低程度具有重要的现实意义，也是目前机电产品研制开发中对可靠性工程的一个迫切要求[1][2]。
由此，提出基于故障机理的机电产品性能可靠性设计分析技术，其基本思想为：通过研究机电产品的故障物理行为，及短周期环境参数、设计参数等多种不确定性扰动引起的性能漂移等软故障，建立离散行为（元件故障、结构变化等）与连续过程（性能漂移、退化等）共存的可靠性与性能一体化仿真模型，并在此基础上进行可靠性仿真分析与设计优化，进而为实现“将可靠性设计到产品中去”这个理念提供技术手段[3][4]。其中，可靠性仿真分析作为该项技术的关键环节之一，提高仿真分析效率、降低整个设计分析成本，是目前该项技术迫切需要解决的问题关键所在。具体体现在：
1）多专业（Multi-Discipline）联合仿真：机电系统涉及机、电、液、控、热多个专业领域，耦合关系十分复杂。以往对单学科专业指标的分析技术，已经不能满足用户对产品设计总体指标的权衡和评价，对性能指标的联合仿真变得尤为重要，这就要求不同学科领域模型数据流能够进行有效交互，并综合考虑不同学科间故障的耦合关系。
2）多种不确定性（Multi-Uncertainty）量化困难：在该模型体系中，存在各种不确定性，如物理不确定性、统计不确定性及模型不确定性等。随机性并不能囊括所有的不确定因素。如何较好地表征与量化模型中其他不确定因素，及包含
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综合不确定性的抽样方法仍有待进一步研究。
3）离散故障行为与连续过程（Multi-Level）共存：该模型体系是一种由底层连续过程驱动上层离散状态变化、上层离散状态引导底层连续过程的混合模型。在混合模型仿真分析中，上层离散行为动态变化缓慢，而底层连续模型的动态特性却要求快速变化，顶层离散事件的发生时间和底层连续运行过程的采样时间通常相差数个数量级，由此带来如何高效引导混合系统仿真问题。
4）多尺度（Multi-Scale）可靠性仿真：主要体现在跨空间尺度和时间尺度。 ? 多空间尺度：机电系统向微型化方向发展，微观领域表现出来的尺度效应、表面效应、隧道效应远远超出宏观物理规律范畴，宏观下的机电系统的失效模式、失效机理和失效分析不能完全解释和指导微系统的可靠性研究。另一方面，微观范围内的材料结构变化（如晶粒结构与分布）也会对宏观失效行为产生影响。
? 多时间尺度：进行机电系统长周期退化仿真中还要同步考虑短时刻的性能可靠性，短时刻连续变量扰动效应会影响长周期系统单元失效或加速退化过程，相反长周期的离散单元失效事件和连续退化也会破坏系统过程变量的扰动规律。这就存在一个长短周期交互仿真问题。
因此，希望通过本论文的研究，提出一套机电系统可靠性仿真分析方法，逐层解决基于故障机理的机电系统性能可靠性仿真模型中的Multi-Discipline，Multi-Uncertainty，Multi-Level及Multi-Scale仿真问题，综合提高性能可靠性设计分析技术的效率和精度，降低仿真成本。并以两种典型机电产品—射流管电液伺服阀（宏观领域，机-电-液-控耦合）与微开关（微观领域，机-电-热-控耦合）为应用案例对本文研究方法进行应用验证。
2. 国内外研究现状分析
1.2.1 机电系统可靠性研究现状
机电系统是电子、机械、控制理论等有机结合的电子设备或系统的总称[1]，机电系统存在的范围较广，例如雷达天线及其伺服系统、飞机、卫星等发射系统等。国外有关统计数据表明[5][6]，航空航天类系统的故障有40%属于电子系统，另外有60%属于机电系统。而按国内的工艺水平，电子系统和机电系统的故障也占50%以上[7]。由此可见，开展机电系统的可靠性研究对提高航空航天类安全关
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