复杂机电产品动态可靠性建模理论与方法研究苏春,许映秋(东南大学机械工程学院，江苏南京210096)摘要：分析传统可靠性建模方法在描述时间及系统动态过程等方面存在的缺陷，研究了影响系统动态可靠性的各种因素，给出动态可靠性的定义及理论体系。在评述已有动态可靠性建模方法的特点及其应用的基础上，提出复杂系统动态可靠性建模的发展方向。关键词：动态可靠性；建模；故障；Petri网:TB114.3文献标识码:A：1672-1616(2006)09-0024-04可靠性(Reliability)从研究如何提髙武器装备的出勤率和町维护性起步，已有60多年历史。美国等工业发达国家始终貶视可靠性理论和实验研究，尤其在航空、航天、电子等领域•并获得良好回报⑴。目前，可靠性指标数值已经成为企业必须提供的产品基本数据，如平均首次失效时间(MeanTimeToFailure,MTI'F)、平均无故障工作时间(MeanTimeBetweenFailures,MTBF)等o经验衣明，髙可靠性的产品是提升品牌价值和提高企业市场竟争力的有效途径。随着产品功能和结构的复杂化以及人们对产品可靠性要求的提髙，传统可靠性建模方法面临挑战。近年来，动态可靠性(dynamicreliability)建模理论受到人们的高度重视。1传统可靠性建模方法存在的缺陷传统可靠性建模方法主要有故障模式及其影响/危险程度分析(FailureModeandEffect/Criti-calityAnalysis,FMEA/FMECA)、可靠性框图(Re-liabilityBlockDiagram,RBD)、故障树分析(FaultTreeAnalysis,FTA)、事件树(EventTree,ET)等⑴。其中，FMEA/FMECA表达不够严密，容易产生歧义；RBD只能从宏观上描述零部件的串并联等关系；FTA、ET等则是基于交、并、差等布尔运算(BooleanOperation)来描述系统零部件故障之间的因果关系。此外，传统可靠性建模方法在描述时间、动态过程等方面存在困难，在模型精确化等方面存在缺陷，具体表现如下：a・由应力-强度干涉模熨町知.产品可靠度是强度大于应力的概率，即R=P(S>$)■其中，R表示产品可靠度；P表示强度大于应力的概率;S表示强度”表示应力。由于强度、应力以及零件尺寸等工程变量具有随机性，多数工程变址的数值随时间而变化。例如•囚疲劳、磨损和腐蚀造成的机械强度下降，电绝缘强度随时间和外界应力的变化等。因此,产品町靠性必然是时间的函数，并呈现出显著的动态性。b・机电产品运行是典型的动态过程，载荷、工况、应力等运行环境及参数都是时间的变量。科学技术的交叉集成使得机电产品日趋复杂,人-机-环境以及系统软硬件之间相互作用、相互影响，产品可靠性的动态性、相关性和随机性特征日益明显。c・随着产品的复杂化，人的可靠性对产品的使用可靠性影响更加显著。此外，软件可靠性也是影响复杂机电产品可靠性的重要因素。d・传统可靠性分析采用割集等概念描述系统故障逻辑或故障模式，难以准确描述和计算子系统故障状态的依赖性和传递性，也不能准确描述部件故障对产品可靠性的定量影响"此外，传统可靠性建模方法难以实现对容错系统、冗余系统、可修复系统等动态随机故障的精确计算，使得可靠性计算值与实际系统相差英远。总之，传统可靠性理论缺乏有效的建模工具，收積日期：2006-03-24基金项目：国家自然科学基金资助项目(50405021)作者简介:苏春(1970-),男•安徽全椒人•东南大学副教授，博士，主要研究方向为可靠性工程、制造系统建模及仿真等。在很大程度上制约了产品可靠性的提高。可靠性研究开始从单纯的静态可靠性向产品全生命周期(设计、制造、使用、维护和报废)等动态可靠性转变。2动态可靠性的基本概念目前，动态可靠性还没有形成统一的定义。但是，文献中的相关论述有助于我们了解动态可靠性的概念及特点：a.动态可靠性方法提供了一个框架，以便明确地记录吋间及进程动态性对系统状况的影响，并由此实现可靠性研究重点从“分析者(analyst)0向“方法论(meihodology)”转变“ob・动态可靠性考虑故障传播过程中事件发生的顺序和时间、转换率的相关性和状态变值的失效标准以及人因的作用⑶。c・动态可靠性与传统静态可靠性的最大区别在于:动态可靠性认为系统失效等事件的发生不仅仅是由基本事件的静态逻辑组合而导致•基本事件对系统失效的影响可能依赖于其他事件是否发...