專利名稱：一種可靠性模型自動生成方法
一種可靠性模型自動生成方法所屬技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明提供一種可靠性模型自動生成方法，它涉及可靠性建模技術(shù)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)技 術(shù)和可靠性自動仿真技術(shù)，屬于可靠性工程技術(shù)領(lǐng)域，。
背景技術(shù)：
在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，普遍存在著可靠性設(shè)計(jì)分析與性能設(shè)計(jì)分析脫節(jié)的現(xiàn)象，產(chǎn) 品的可靠性不能設(shè)計(jì)到產(chǎn)品中去，從而產(chǎn)品在使用中表現(xiàn)出故障多、壽命短等問題。造成該 問題的原因是多方面的，從技術(shù)上看主要存在兩大原因缺乏性能與可靠性一體化設(shè)計(jì)方 法手段，不能實(shí)現(xiàn)工程專業(yè)綜合，是一個主要原因；其次，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中廣泛采用各種 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(Computer Aided Design, CAD)技術(shù)，極大地提高了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)水平和設(shè) 計(jì)效率，但在這些技術(shù)中，可靠性CAD技術(shù)的應(yīng)用還不廣泛，尤其能與現(xiàn)有性能CAD技術(shù)相 融合的可靠性CAD工具幾乎沒有。因此在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程中，如何將可靠性與性能融為一 體，實(shí)現(xiàn)性能與可靠性同步設(shè)計(jì)與分析的目標(biāo)，是目前產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中對可靠性專業(yè)的一 個迫切需求。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，通過運(yùn)用可靠性模型自動生成器，實(shí)現(xiàn)了 一種可靠性模型自動生成方法，該方法可以顯著改善可靠性設(shè)計(jì)與性能設(shè)計(jì)脫節(jié)的現(xiàn)象， 實(shí)現(xiàn)可靠性設(shè)計(jì)同性能設(shè)計(jì)的有機(jī)融合，提高工作效率，降低產(chǎn)品研制成本。
本發(fā)明的技術(shù)方案
本發(fā)明一種可靠性模型自動生成方法，其步驟如下
步驟1，建立故障模型庫通過外購商業(yè)軟件(MATLAB和AMESim)建立能夠即體 現(xiàn)常用機(jī)電產(chǎn)品正常工作狀態(tài)又體現(xiàn)其常見故障模式的故障模型庫，這里指出的常用機(jī) 電產(chǎn)品至少應(yīng)包括傳感器、液壓缸、異步電機(jī)、直流電機(jī)，其對應(yīng)的故障模式傳感器增益 變化、恒偏差，液壓缸泄漏、卡死，無刷電機(jī)軸承斷裂和繞組斷路，直流電機(jī)軸卡死、效率降 低；
步驟2，引入產(chǎn)品性能模型性能模型產(chǎn)生于產(chǎn)品性能設(shè)計(jì)過程中，基于外購商業(yè) 軟件生成。模型解析器讀取描述性能模型的磁盤文件，將已有的基于商業(yè)軟件構(gòu)建的產(chǎn)品 的性能模型，加載到可靠性模型自動生成器；
步驟3，選定待替換模塊在完成步驟2中所引入性能模型的加載過程時，可靠性 模型自動生成器的圖形化用戶界面(GUI)將會顯示出性能模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使用者通過 GUI直接操作性能模型，標(biāo)記模型中需要引入故障行為的模塊；
步驟4，生成可靠性模型可靠性模型自動生成器以自動方式，或輔助使用者以手 動方式，從故障模型庫中檢索到與待替換部件相對應(yīng)類型的模塊，并自動替換產(chǎn)品的性能 模型中被指定的模塊；
步驟5，可靠性試驗(yàn)設(shè)計(jì)使用者在可靠性模型自動生成器中進(jìn)行可靠性仿真試驗(yàn)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，即創(chuàng)建多種不同的可靠性仿真試驗(yàn)方案，并為每一種方案編輯試驗(yàn)設(shè)計(jì) 表；
步驟6，可靠性自動仿真可靠性模型自動生成器根據(jù)步驟5中使用者制定的試驗(yàn) 設(shè)計(jì)結(jié)果，同時利用本發(fā)明中開發(fā)的通用仿真軟件接口驅(qū)動商業(yè)軟件MATLAB和AMESim進(jìn) 行仿真；
步驟7，收集仿真試驗(yàn)結(jié)果將仿真產(chǎn)生的數(shù)據(jù)從內(nèi)存中取出，保存于磁盤，使用 者可以根據(jù)方法執(zhí)行過程中的具體情況指定需要輸出的數(shù)據(jù)項(xiàng)，可靠性模型自動生成器將 自動生成由這些數(shù)據(jù)項(xiàng)構(gòu)成的EXCEL報(bào)表或相關(guān)性曲線。
其中，步驟1中所述的故障模型庫，包含傳感器、液壓缸、異步電機(jī)、直流電機(jī)等代 表常用機(jī)電產(chǎn)品的故障模塊。每個故障模塊的內(nèi)部都有三個主要組成部分正常功能單元， 用以描述產(chǎn)品在正常工作條件下的物理特性；故障特性單元，用來描述產(chǎn)品處于指定故障 模式狀態(tài)時的物理特性；切換單元，在仿真過程中，依照產(chǎn)品故障發(fā)生的概率，決定模塊輸 出正常功能單元體現(xiàn)的物理特性還是故障特性單元所體現(xiàn)的物理特性。每個故障模塊都通 過切換單元和全局變量描述產(chǎn)品的故障行為和參數(shù)不確定性，通過正常功能單元和故障特 性單元體現(xiàn)產(chǎn)品正常或故障情況下的工作特性，然后在MATLAB和AMESim這兩種軟件中對 故障模塊進(jìn)行封裝，并可以通過這兩種軟件的圖形化用戶接口(GUI)設(shè)置相關(guān)參數(shù)和故障 率。
其中，在步驟2中所述的描述性能模型的磁盤文件指=MATLAB軟件生成的“*. mdl” 類型文件，AMESim軟件中對應(yīng)的“*. ame”類型文件。在步驟2中所述的可靠性模型自動生 成器，是為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法而開發(fā)的軟件工具，主要功能為載入產(chǎn)品性能模型并實(shí)現(xiàn)可 靠性模型的自動生成；輔助使用者進(jìn)行可靠性仿真試驗(yàn)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)；依據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果自 動進(jìn)行可靠性仿真試驗(yàn)并收集試驗(yàn)數(shù)據(jù)。在步驟2中所述的模型解析器是可靠性模型自 動生成器中的重要功能組件，負(fù)責(zé)從描述性能模型的磁盤文件中讀取出性能模型中模塊之 間的連接關(guān)系，各模塊的名稱、類型以及在圖形界面中顯示的幾何尺寸和位置坐標(biāo)，并依據(jù) 這些信息生成可靠性模型自動生成器中定義的數(shù)據(jù)類型。
其中，在步驟4中所述的自動方式，需要滿足條件在性能模型的建模過程中標(biāo)記 了步驟3中所指定模塊代表的實(shí)際產(chǎn)品組件(通過在模塊名稱中加入代表產(chǎn)品組件信息的 關(guān)鍵字)，即模塊代表傳感器或液壓缸或異步/直流電機(jī)。只有在此條件下，可靠性模型自 動生成器才能夠?qū)φ沾鎿Q模塊所代表的產(chǎn)品組件，從故障模型庫中自動檢索到代表同類 產(chǎn)品組件的模塊。
其中，在步驟4中所述的手動方式是指，在不滿足實(shí)現(xiàn)自動方式的條件時，用戶可 以從可靠性自動建模工具中直接打開故障模型庫，并對照待替換模塊所代表的產(chǎn)品組件， 從中找到代表同類產(chǎn)品組件的模塊。
其中，在步驟5中所述的可靠性仿真試驗(yàn)方案，是為了以通過仿真試驗(yàn)獲得產(chǎn)品 可靠性指標(biāo)為目的而制定的計(jì)劃?？煽啃苑抡嬖囼?yàn)方案由多張相關(guān)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)表組成。試 驗(yàn)設(shè)計(jì)表用于記錄對產(chǎn)品可靠性可能存在影響的設(shè)計(jì)參數(shù)，以及用戶為考察這些參數(shù)對產(chǎn) 品可靠性的影響而計(jì)劃的具體參數(shù)值的組合，在完成試驗(yàn)設(shè)計(jì)后將試驗(yàn)設(shè)計(jì)表保存于磁盤 中的xml格式文檔或EXCEL表格之中。
其中，在步驟6中所述的通用仿真軟件接口 是將不同商業(yè)仿真軟件的交互操作集成封裝，使可靠性模型自動生成器能夠調(diào)用多種商業(yè)仿真軟件。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點(diǎn)
(1)本發(fā)明將故障模型模塊包裝成專業(yè)通用組件形式，改變了以往模型建立需要 重新做大量重復(fù)工作。同時在運(yùn)行過程中可以隨機(jī)進(jìn)行部件行為選擇，并自動注入到模型 中去，改變了以往手動注入故障的操作方式，增加了仿真的隨機(jī)性和可信度。使用模塊時不 需了解內(nèi)部結(jié)構(gòu)，只需要設(shè)置對話框參數(shù)，使用簡單便捷。
(2)本發(fā)明采用性能模型到可靠性模型的自動轉(zhuǎn)換技術(shù)，可以自動的進(jìn)行從產(chǎn)品 的性能模型到可靠性模型的轉(zhuǎn)換，使得性能設(shè)計(jì)人員即使缺乏足夠可靠性設(shè)計(jì)分析知識， 也可以完成建立可靠性模型的工作，實(shí)現(xiàn)了從性能設(shè)計(jì)工作到可靠性設(shè)計(jì)工作之間無縫連 接，使這兩種原本被割裂的工作自然的融為一體，使可靠性工作在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中更加扎 實(shí)穩(wěn)固。
(3)本發(fā)明中開發(fā)了通用仿真軟件接口技術(shù)，將仿真試驗(yàn)的控制程序開發(fā)工作與 同具體商業(yè)軟件的交互程序開發(fā)工作相分離，使得方法所用可靠性模型自動生成器具有良 好的可擴(kuò)展性，可以在日后的實(shí)際工作中根據(jù)需要靈活地修改仿真試驗(yàn)的控制過程，或者 新增可以與可靠性模型自動生成器進(jìn)行交互的商業(yè)軟件。


圖1為本發(fā)明的流程圖2為本發(fā)明中可靠性模型自動生成器的軟件框架
圖3為故障模型庫；
圖4為柱塞泵模型；
圖5為仿真試驗(yàn)設(shè)計(jì)；
圖6為自動仿真；
圖7為不同條件下柱塞泵輸出流量對比圖。
圖5中符號說明
vis_oil 油液黏度
ang_swa 斜盤傾角
ihigh_dis 柱塞泵入口閥開度
ohigh_dis 柱塞泵出口閥開度
dpc 柱塞間隙
kps 柱塞彈簧剛度
f0_ps:彈簧壓縮量(預(yù)緊力)
OP 出口壓力
RS 柱塞泵斜盤轉(zhuǎn)速具體實(shí)施方式
如圖1所示，本發(fā)明一種可靠性模型自動生成方法，其步驟如下。
步驟1 本方法需要的基礎(chǔ)工作是建立一個故障模型庫，通過外購商業(yè)軟件 (MATLAB和AMESim)建立由能夠即體現(xiàn)常用機(jī)電產(chǎn)品正常工作狀態(tài)又體現(xiàn)其常見故障模式的模型組成的故障模型庫，這里指出的常用機(jī)電產(chǎn)品至少應(yīng)包括傳感器、液壓缸、異步 電機(jī)、直流電機(jī)，對應(yīng)的故障模式傳感器恒增益、恒偏差；直流電機(jī)軸卡死、性能下降；液 壓缸泄漏、卡死；無刷電機(jī)軸承卡死和繞組斷路。本步驟中所建立的故障模型庫，包含傳感 器故障模塊、液壓缸故障模塊、異步電機(jī)故障模塊、直流電機(jī)故障模塊。故障模塊的內(nèi)部需 要建立三個主要功能單元正常功能單元，用以描述產(chǎn)品在正常工作條件下的物理特性； 故障特性單元，用以描述產(chǎn)品處于指定故障模式時的物理特性；切換單元，在仿真過程中， 依照產(chǎn)品故障發(fā)生的概率，決定模塊輸出正常功能單元體現(xiàn)的物理特性還是故障特性單 元所體現(xiàn)的物理特性。故障模塊通過切換單元和全局變量描述產(chǎn)品的故障行為和參數(shù)不 確定性，通過正常功能單元和故障特性單元體現(xiàn)產(chǎn)品正常或故障情況下的工作特性，然后 在MATLAB或AMESim軟件中對故障模型進(jìn)行封裝，并可以通過這兩種軟件的用戶圖形接口 (GUI)設(shè)置相關(guān)參數(shù)和故障率。
步驟2 將產(chǎn)品性能設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的性能模型引入本發(fā)明方法的執(zhí)行過程，通 過模型解析器將性能模型載入可靠性模型自動生成器。在此過程中，模型解析器將根據(jù)描 述性能模型的磁盤文件的類型，自動選取加載算法(分別有針對MATLAB的mdl格式文件和 AMESim中ame格式文件的模型加載函數(shù)，在運(yùn)行過程中模型解析器根據(jù)描述模型的文件的 擴(kuò)展名來動態(tài)決定所調(diào)用的函數(shù))，從中讀取出性能模型中模塊之間的連接關(guān)系，各模塊的 名稱、類型以及在圖形界面中顯示的幾何尺寸和位置坐標(biāo)，并把將這些信息轉(zhuǎn)換成可靠性 模型自動生成器中統(tǒng)一定義的數(shù)據(jù)類型，可靠性模型自動生成器中的圖形化用戶界面將會 調(diào)用此數(shù)據(jù)，并使之轉(zhuǎn)化成幾何圖形顯示給使用者。
步驟3 使用者通過可靠性模型自動生成器的圖形化用戶界面指出原有的性能模 型中代表實(shí)際產(chǎn)品零、部件的模塊有哪些需要引入故障行為。
步驟4:生成可靠性模型，這一步驟由可靠性模型自動生成器自動或輔助使用者 手動完成。當(dāng)性能模型的建模過程中標(biāo)記了步驟3中所指出模塊代表的實(shí)際產(chǎn)品組件(即 待替換模塊代表傳感器或液壓缸或異步/直流電機(jī))時，可靠性模型自動生成器可以自動 地對照步驟3中指出模塊所代表的產(chǎn)品組件，從故障模型庫中自動檢索到代表同類產(chǎn)品的 故障模塊；否則，使用者需要自行從可靠性模型自動生成器中打開故障模型庫，并對照待 步驟3中指出模塊所代表的產(chǎn)品組件，找到代表同類產(chǎn)品的模塊。在從故障模型庫中檢索 到與步驟3中指定模塊相對應(yīng)的故障模塊后，可靠性模型自動生成器調(diào)用通用仿真軟件接 口，向仿真建模軟件傳入用于進(jìn)行模塊替換的指令，用故障模型庫中的模塊替換步驟3中 指定的模塊。當(dāng)完成替換后，可靠性模型自動生成器自動地修改新模塊的基本參數(shù)，使之與 原模塊的基本參數(shù)相同，同時使用者可以自行修改新模塊中與故障行為有關(guān)的參數(shù)，使得 到的可靠性模型能更準(zhǔn)確地體現(xiàn)產(chǎn)品可靠性的實(shí)際特點(diǎn)，完成可靠性建模。
步驟5 可靠性試驗(yàn)設(shè)計(jì)。完成可靠性建模后，使用者將要利用可靠性模型自動生 成器，實(shí)現(xiàn)基于可靠性模型的仿真分析。使用者可在可靠性模型自動生成器中創(chuàng)建仿真試 驗(yàn)方案，并編輯對應(yīng)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)表，即確定試驗(yàn)的次數(shù)、每次試驗(yàn)中仿真模型的各項(xiàng)參數(shù)， 在完成試驗(yàn)設(shè)計(jì)后將試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果保存于磁盤中xml格式的文檔或EXCEL表格之中。
步驟6 按照仿真試驗(yàn)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果運(yùn)行仿真試驗(yàn)，在每次試驗(yàn)前，根據(jù)試驗(yàn)設(shè) 計(jì)結(jié)果將試驗(yàn)參數(shù)通過通用仿真軟件接口傳遞給商業(yè)軟件，進(jìn)而由商業(yè)軟件將參數(shù)寫入可 靠性模型，當(dāng)完成對可靠性模型的參數(shù)設(shè)置后，可靠性模型自動生成器再次利用通用仿真軟件接口調(diào)動商業(yè)軟件實(shí)現(xiàn)對模型的計(jì)算仿真。
步驟7 收集仿真試驗(yàn)結(jié)果，在上一步中，仿真計(jì)算的原始結(jié)果會及時以二進(jìn)制文 件的形式保存于磁盤中，當(dāng)完成仿真試驗(yàn)時，使用者可以根據(jù)具體情況指定需要輸出的數(shù) 據(jù)項(xiàng)，可靠性模型自動生成器將自動生成由這些數(shù)據(jù)項(xiàng)構(gòu)成的EXCEL報(bào)表或相關(guān)性曲線。
上述各步驟中所涉及到的可靠性模型自動生成器，其總體架構(gòu)，如圖2所示。該 可靠性模型自動生成器分為四個部分前處理器、試驗(yàn)設(shè)計(jì)與仿真驅(qū)動器、模型解析器、通 用仿真軟件接口。前處理器輔助完成本發(fā)明方法中的步驟2、3、4(如圖1所示)，用來實(shí) 現(xiàn)將性能模型通過模塊替換的方式轉(zhuǎn)換成可靠性模型的工作過程，前處理器通過模型解析 器從描述性能模型的磁盤文件中載入性能模型，接受用戶的操作-確定性能模型中需要引 入故障行為的模塊，前處理器自動地或輔助用戶以手動方式從故障模型庫中選取相應(yīng)的模 塊，并通過通用仿真軟件接口向商業(yè)仿真軟件輸入用于模塊替換的指令，實(shí)現(xiàn)模塊替換，完 成可靠性建模；模型解析器用來讀取模型文件，并將之轉(zhuǎn)換成可靠性模型自動生成器中相 對應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；試驗(yàn)設(shè)計(jì)與仿真驅(qū)動器輔助完成本發(fā)明方法中的步驟5、6、7(如圖1所 示)，用于進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，并按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行仿真試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)與仿真驅(qū)動器為用 戶提供創(chuàng)建、打開、編輯試驗(yàn)方案功能的操作界面，在此操作界面中用戶可以新建或打開與 試驗(yàn)方案相關(guān)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)表，并填寫其中的內(nèi)容，當(dāng)用戶完成試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的編輯之后，試 驗(yàn)設(shè)計(jì)與仿真驅(qū)器塊會將試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案以EXCEL表格或xml文本的格式進(jìn)行保存，試驗(yàn)設(shè) 計(jì)與仿真驅(qū)動器能夠利用試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果，借助通用仿真軟件接口向商業(yè)仿真軟件發(fā)送執(zhí)行 仿真計(jì)算的指令，以驅(qū)動自動仿真，仿真結(jié)束后同樣借助通用仿真軟件接口從商業(yè)仿真軟 件中獲取試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)；通用仿真軟件接口，用于封裝同具體商業(yè)軟件的交互操作(即，向 商業(yè)仿真軟件中發(fā)送指令，向仿真軟件發(fā)送數(shù)據(jù)，送仿真軟件中獲取數(shù)據(jù))，使前處理器和 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與仿真驅(qū)動器可以按統(tǒng)一的接口規(guī)格實(shí)現(xiàn)對不同商業(yè)仿真軟件的調(diào)用。
軟件結(jié)構(gòu)按功能層次分為基礎(chǔ)服務(wù)層，中間層，用戶界面層(如圖2)。用戶界面 層主要實(shí)現(xiàn)模型的圖形化顯示，接受使用者對模型的操作，接受使用者輸入的試驗(yàn)設(shè)計(jì)內(nèi) 容，顯示仿真試驗(yàn)結(jié)果。中間層用于加工使用者的輸入信息，或?qū)A(chǔ)服務(wù)層反饋信息進(jìn)行 處理并提交用戶界面層進(jìn)行顯示，具體而言“顯示模型”模塊將從模型文件中加載的模型 中獲得相應(yīng)的幾何尺寸，并顯示到圖形界面；“操作”對象用來實(shí)現(xiàn)模型庫搜索，以及模塊替 換，模塊參數(shù)設(shè)置；試驗(yàn)設(shè)計(jì)模塊，接收使用者的試驗(yàn)設(shè)計(jì)輸入，并將其保存成xml格式的 試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果文件；試驗(yàn)驅(qū)動模塊，按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果，通過通用仿真軟件接口驅(qū)動商業(yè)仿 真計(jì)算引擎實(shí)現(xiàn)仿真；數(shù)據(jù)收集模塊，將從通用仿真軟件接口獲得的仿真原始數(shù)據(jù)從內(nèi)存 中寫入到磁盤文件。基礎(chǔ)服務(wù)層，主要實(shí)現(xiàn)可靠性模型自動生成器同外部應(yīng)用程序或文件 的接口操作。
下面結(jié)合具體的實(shí)施案例，對本發(fā)明所述的一種可靠性模型自動生成方法進(jìn)行說 明。本案例以某柱塞泵模型為例陳述一種可靠性模型自動生成方法的實(shí)際應(yīng)用。
本發(fā)明一種可靠性模型自動生成方法，其步驟如下
a)建立故障模型庫，如圖3所示，案例中的故障模型庫建有4個基本模塊，分別是 傳感器模塊、液壓缸模塊、異步電機(jī)模塊以及直流電機(jī)模塊。
b)載入柱塞泵的性能模型(柱塞泵性能模型最初在AMESim軟件中創(chuàng)建，存儲為 pump, ame文件，打開后的模型示意如圖4所示)。
c)從打開后的pump, ame文件中選中需替換模塊，本例中選擇一個斜盤傾角傳感 器模塊。
d)從故障模型庫中選中對應(yīng)類型的模塊。
可靠性模型自動生成器從故障模型庫中選中傳感器故障行為模塊，并用其替換柱 塞泵模型中原有的斜盤傾角傳感器模塊。當(dāng)完成替換后，設(shè)置恒增益值為1. 05，恒偏差值為 0. 05 (度)，故障發(fā)生的概率分別為0. 01 %和0. 006%。
e)在可靠性模型自動生成器中創(chuàng)建試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，如圖5所示。進(jìn)行均勻試驗(yàn)設(shè) 計(jì)，圖5中所示內(nèi)容為柱塞泵的斜盤轉(zhuǎn)速，設(shè)置為1700到1900(轉(zhuǎn)/分)范圍內(nèi)的均勻分布。
f)運(yùn)行試驗(yàn)，可靠性模型自動生成器根據(jù)均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果，在仿真試驗(yàn)之前通 過通用仿真軟件接口將試驗(yàn)參數(shù)寫入柱塞泵模型，并自動運(yùn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果所需的全部5 組仿真試驗(yàn)，如圖6所示。
g)得到試驗(yàn)結(jié)果報(bào)表和對應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果曲線，如圖7所示，分別顯示了在 1700-1900 (轉(zhuǎn)/分)轉(zhuǎn)速下柱塞泵的累積流量。
權(quán)利要求
1.一種可靠性模型自動生成方法，其特征在于其步驟如下步驟1，建立故障模型庫通過外購商業(yè)軟件MATLAB和AMESim建立能夠即體現(xiàn)常用機(jī) 電產(chǎn)品正常工作狀態(tài)又體現(xiàn)其常見故障模式的故障模型庫，這里指出的常用機(jī)電產(chǎn)品至少 應(yīng)包括傳感器、液壓缸、異步電機(jī)、直流電機(jī)，其對應(yīng)的故障模式傳感器增益變化、恒偏 差，液壓缸泄漏、卡死，無刷電機(jī)軸承斷裂和繞組斷路，直流電機(jī)軸卡死、效率降低；步驟2，引入產(chǎn)品性能模型性能模型產(chǎn)生于產(chǎn)品性能設(shè)計(jì)過程中，基于外購商業(yè)軟件 生成；用模型解析器讀取描述性能模型的磁盤文件，將已有的基于商業(yè)軟件構(gòu)建的產(chǎn)品性 能模型，加載到可靠性模型自動生成器中；步驟3，選定待替換模塊在完成步驟2中所引入性能模型的加載過程時，可靠性模型 自動生成器的圖形化用戶界面即GUI將會顯示出性能模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使用者通過GUI直 接操作性能模型，標(biāo)記性能模型中需要引入故障行為的模塊；步驟4，生成可靠性模型可靠性模型自動生成器以自動方式，或輔助使用者以手動方 式，從故障模型庫中檢索到與待替換模塊相對應(yīng)類型的模塊，并自動替換產(chǎn)品的性能模型 中被指定的模塊；步驟5，可靠性試驗(yàn)設(shè)計(jì)使用者在可靠性模型自動生成器中進(jìn)行可靠性仿真試驗(yàn)的 試驗(yàn)設(shè)計(jì)，即創(chuàng)建不同的可靠性仿真試驗(yàn)方案，并為每一種方案編輯試驗(yàn)設(shè)計(jì)表；步驟6，可靠性自動仿真可靠性模型自動生成器根據(jù)步驟5中使用者制定的試驗(yàn)設(shè) 計(jì)結(jié)果即試驗(yàn)設(shè)計(jì)表，同時利用通用仿真軟件接口驅(qū)動商業(yè)軟件MATLAB和AMESim進(jìn)行仿 真；步驟7，收集仿真試驗(yàn)結(jié)果將仿真產(chǎn)生的數(shù)據(jù)從內(nèi)存中取出，保存于磁盤，使用者可 以根據(jù)的具體情況指定需要輸出的數(shù)據(jù)項(xiàng)，可靠性模型自動生成器將自動生成由這些數(shù)據(jù) 項(xiàng)構(gòu)成的EXCEL報(bào)表或相關(guān)性曲線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可靠性模型自動生成方法，其特征在于在步驟1中所 述的故障模型庫，包含傳感器、液壓缸、異步電機(jī)和直流電機(jī)4個故障模塊。每個故障模塊 的內(nèi)部都有三個組成部分正常功能單元，用以描述產(chǎn)品在正常工作條件下的物理特性； 故障特性單元，用來描述產(chǎn)品處于指定故障模式狀態(tài)時的物理特性；切換單元，在仿真過程 中，依照產(chǎn)品故障發(fā)生的概率，決定模塊輸出正常功能單元體現(xiàn)的物理特性還是故障特性 單元所體現(xiàn)的物理特性；每個故障模塊都通過切換單元和全局變量描述產(chǎn)品的故障行為 和參數(shù)不確定性，通過正常功能單元和故障特性單元體現(xiàn)產(chǎn)品正常或故障情況下的工作特 性，然后在MATLAB和AMESim這兩種軟件中對故障模塊進(jìn)行封裝，并可以通過這兩種軟件的 圖形化用戶接口設(shè)置相關(guān)參數(shù)和故障率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可靠性模型自動生成方法，其特征在于在步驟2中所 述的描述性能模型的磁盤文件是指=MATLAB軟件生成的“*. mdl ”類型文件，AMESim軟件中 對應(yīng)的“*.ame”類型文件。在步驟2中所述的可靠性模型自動生成器是一種軟件工具，其 功能為載入產(chǎn)品性能模型并實(shí)現(xiàn)可靠性模型的自動生成；輔助使用者進(jìn)行可靠性仿真試 驗(yàn)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)；依據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果自動進(jìn)行可靠性仿真試驗(yàn)并收集試驗(yàn)數(shù)據(jù)；在步驟2中 所述的模型解析器它負(fù)責(zé)從描述性能模型的磁盤文件中讀取出性能模型中模塊之間的連 接關(guān)系，各模塊的名稱、類型以及在圖形界面中顯示的幾何尺寸和位置坐標(biāo)，并依據(jù)這些信 息生成可靠性模型自動生成器中定義的數(shù)據(jù)類型。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可靠性模型自動生成方法，其特征在于在步驟4中所 述的自動方式，需要滿足條件在性能模型的建模過程中標(biāo)記了步驟3中所指定模塊代表 的實(shí)際產(chǎn)品組件，即通過在模塊名稱中加入代表產(chǎn)品組件信息的關(guān)鍵字，也就是說在建模 過程中應(yīng)標(biāo)記該模塊代表傳感器或液壓缸或異步電機(jī)或直流電機(jī)；只有在此條件下，可靠 性模型自動生成器才能夠?qū)φ沾鎿Q模塊所代表的產(chǎn)品組件，從故障模型庫中自動檢索到 代表同類產(chǎn)品組件的模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可靠性模型自動生成方法，其特征在于在步驟4中所 述的手動方式是指，在不滿足實(shí)現(xiàn)自動方式的條件時，用戶可以從可靠性自動建模工具中 直接打開故障模型庫，并對照待替換模塊所代表的產(chǎn)品組件，從中找到代表同類產(chǎn)品組件 的模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可靠性模型自動生成方法，其特征在于在步驟5中所 述的可靠性仿真試驗(yàn)方案，是為了以通過仿真試驗(yàn)獲得產(chǎn)品可靠性指標(biāo)為目的而制定的計(jì) 劃。可靠性仿真試驗(yàn)方案由相關(guān)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)表組成；在完成試驗(yàn)設(shè)計(jì)后將該試驗(yàn)設(shè)計(jì)表保 存于磁盤中的xml格式文檔或EXCEL表格之中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可靠性模型自動生成方法，其特征在于在步驟6中所 述的通用仿真軟件接口 是將不同商業(yè)仿真軟件的交互操作集成封裝，即將向MATLAB和 AMESim軟件中發(fā)送指令、發(fā)送數(shù)據(jù)，送MATLAB和AMESim軟件中獲取數(shù)據(jù)這三類操作封裝成 統(tǒng)一的，使可靠性模型自動生成器能夠調(diào)用多種商業(yè)仿真軟件。
全文摘要
一種可靠性模型自動生成方法，其步驟如下1，通過商業(yè)軟件建立體現(xiàn)常用機(jī)電產(chǎn)品故障行為的故障模型庫；2，引入產(chǎn)品性能模型；3，從性能模型中選定需要引入故障行為的模塊；4，用故障模型庫中相應(yīng)模塊替換性能模型中需要引入故障行為的模塊，生成可靠性模型；5，進(jìn)行可靠性仿真試驗(yàn)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)；6，根據(jù)可靠性仿真試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果驅(qū)動商業(yè)軟件的計(jì)算引擎進(jìn)行仿真；7，收集仿真試驗(yàn)結(jié)果。本發(fā)明為將產(chǎn)品的性能模型轉(zhuǎn)換為可靠性模型提供了一套自動化的解決方案，同時能驅(qū)動相應(yīng)的仿真軟件按可靠性仿真試驗(yàn)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行自動批量仿真，顯著提高了性能與可靠性一體化設(shè)計(jì)的工作效率。
文檔編號G06F17/50GK102033998SQ201010581510
公開日2011年4月27日 申請日期2010年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月10日
發(fā)明者任羿, 馮強(qiáng), 孫博, 崔曉龍, 曾聲奎, 王法巖, 郭健彬, 馬紀(jì)明 申請人:北京航空航天大學(xué)