电器模糊可靠性技术的现状研究
导读：随着各种新型复杂系统的建立和工程项日的实施，‘常规可靠性分析理论与工程实践的矛盾日益突出。人们认识到分析中除了存在随机现象外，还存在大量的、不可避免的模糊现象，而常规可靠性就有了局限性。由本站硕士论文中心整理。
1-1引言
按国家标准GB3187-82《可靠性基本名词术语及定义》，可靠性定义为“产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的能力。”定义中的“产品”是指作为单独研究和分别试验的任何元件、设备和系统;“规定时间”是指产品的工作期限，可以用时间单位，也可用周期、次数、单程或其他单位表示;“规定条件”是指产品的使用条件、维护条件、环境条件和操作技术;“规定功能”通常用产品的各种性能指标来表示。可靠性有狭义和广义两种意义。上述定义的可靠性为狭义可靠性。广义可靠性是指产品在其寿命期内完成其规定功能的能力，它包含狭义可靠性和维修性等方面的内容。本文中“可靠性”概念指狭义可靠性。
可靠性随着科学技术的发展和生产生活的需要而产生，并目在不断地应用过程中趋于完善，同时也促进了科学技术的更好发展。在第一次世界大战中，由于大量军用电了设备经‘常处于故障状态或失效状态，这就促使美国深入开展了电了组件和电了设备的可靠性研究，并制订了有关可靠性竹理、可靠性设计及可靠性鉴定等方面的标准，从而拉开了电了设备领域的可靠性研究的序幕。在50-60年代，美国在电了产品的可靠性研究方面己逐渐成熟，并从70年代起，可靠性工作逐渐打一展到机械、电力、电工及化工等工业部门。美国是世界上从事可靠性研究最早、范围最广、最有成效的国家。此外，苏联、日本、德、英、法等国在美国之后也积极开展了可靠性工作，并取得了不少进展「上」。
以概率论和数理统计为基础的可靠性分析，一般被称之为常规可靠性分析，它研究工程分析中存在的随机现象。然而，在常规可靠性分析中虽然考虑到随机对象的问题，但是还存在大量的模糊现象未能解决。由“匀_克性原理”可知，当系统的复杂性日益增长时，做出系统特征的精密然而有意义的描述的能力将相应降低，系统的模糊性将增强，直到达到这样一个闽值，一旦越过它，精确性和复杂性就变成两个相匀_排斥的特性。此外，复杂性还意味着因素众多，目相匀_之间的影响极为复杂，致使人们往往不可能同时考察所有的因素以及它们之间的关系，只能把研究对象适当地简化或抽象成模型，如果在简化或抽象研究对象时，只抓住其中的卞要部分，而忽略次要部分，这就会使本身十分明确的概念变得模糊起来，从而导致模糊性的出现。随着各种新型复杂系统的建立和工程项日的实施，‘常规可靠性分析理论与工程实践的矛盾日益突出。人们认识到分析中除了存在随机现象外，还存在大量的、不可避免的模糊现象，而‘常规可靠性就有了局限性。这就迫使人们探讨将模糊数学应用于可靠性分析理论中的方法。这种模糊数学与常规可靠性分析理论相结合的方法称为模糊可靠性分析方法。模糊可靠性分析的出现使得可靠性分析方法即可以处理随机现象，又可以处理模糊现象.
模糊数学有两个卞要的特征:
模糊逻辑是对经典逻辑的值域进行打一充后所得到的一种新的逻辑体系，即将经典逻辑的值域打一充为可在值域中取值的逻辑体系。它的最重要的特征是承认差异的中介过渡，即承认渐变的隶属关系。一个元素可以部分的属于某个集合，部分的属于另外的集合。而隶属函数是用来描述元素属于某个集合的程度的，所以说隶属函数是描述元素模糊性的关键，因此采用模糊数学来处理一个实际问题时，首先就要确定隶属函数。一般来说，确定隶属函数的方法有如下两种类型:其一是采用可观的方法来确定，如统计法、比较法等;另一种方法是根据专家的实际经验由专家卞观的给出。
(2)模糊数学中的分解定理和打一张原则沟通了模糊数学与经典数学之间的关系。因为从方法论的角度上来说，千仁何模糊数学的定理可通过分解定理化为普通集合论的问题来处理，分解定理可将模糊集合转换成普通集合的问题，它表明一个模糊集合是由一个普通集合族组成的。我们任取}, E [0,1]，将模糊集合A切成经典集A,，再用兄与A、作截积得到模糊集合}.A,，将所有的a.A} C }, E [0,1])拼起来，组成一个模糊集U }E}o,lyA}，此模糊集就是模糊集A考虑函数y=厂(x)，其中xEX,yEY,厂是从X到Y的一个映射，y是在厂的条件下x的象。当然也pJ以把它们看成一个模糊集A二{x u}, }x)} u}, (x) E [0,1] o }J'一张原则定义为:
1-2模糊可靠性技术的提出与研究现状
1-2-1常规可靠性理论的适用性
在常规可靠性理论中，可靠性是指在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。隐含着两个基本假设「0:
A概率假设(ProbabilitvassnmPtion):系统可靠性行为可完全在概率范畴刻画。
B一态假设((B i nar、一Stateassnmption):系统只有两类状态，要么完全要么完全故障。
常规可靠性理论有着自己的优点，如判断条件简单，利于实验统计、计算等。在很多情况下，利用传统的可靠性理论就能分析出产品准确的可靠性，但仍在一些情况下，‘常规可靠性理论中的两个基本假设A或B是不适合的，也可能两个基本假设A和B都不适合，表现出一定的局限性，卞要表现在以下二个方面。
(1)常规可靠性理论是建立在一值逻辑基础之上的。‘常规可靠性分析理论对系统作出一值状态假设，即认为系统要么处于完全II :'常状态，要么处于完全失效(故障)状态。以温度为例，假设常规可靠性中以某一温度丁A为临界判定温度，当产品的温度超过丁A时，则认为温度过高，产品功能失效。当温度低于丁A时，则认为产品功能II :'常。这种故障判据是严格的，有利于进行实验统计、计算。但是有时候却不能区别不同指标值之间的差异。如图1. 2所示:
例如，只低于温度丁A很小的温度值几与在很大的程度上低于温度丁A的温度值又都被认为是}}，‘常温度，通‘常清况下对电器产品而言，两个差异悬殊的温度值对产品可靠性的影响应该是有很大的，‘常规可靠性理论却没有把它区分开来。另外，当某些相邻指标间在性能上并无本质差异时，却有可能归属为不同的状态，显然这是不合理的。例如，当温度处在临界温度丁A I}]侧时，如处在TB和TD时，温度对产品的可靠度的影响不应有很大的差异，但用常规可靠性理论却把这两个温度划分为截然不同的两个状态。事实上，当温度靠近临界温度时(如此时己达到材料的软化温度或距离软化温度很近)，虽然此时的温度值小于丁A，但是产品的寿命却会大大的下降。日前，‘常规方法在计算可靠度的时候都是留有较大的安全系数，使丁A距离真I I，对产品的可靠性产生影响的温度有一定的距离。这样处理后，产品的实际可靠度会高于计算得到的结果，容易造成资源的浪费。
(2 )规可靠性分析理论面临事物的复杂化与“精确”描述事物性质和状态的矛盾。现代科学技术的发展要求数字化、定量化描述事物，但随着人们对事物认识的不断完善和数学处理手段的增强，有时人们却对事物的精确描述会越来越感到力不从心，更多的情况下对事物的精确描述根本不可能。如考虑零部件的老化失效，很难有一明确的描述，不同的工作人员，不同的使用条件，对零部件的要求不同，都可能有不同的描述方法，其根源在于客观事物的差异存在中间过渡、“亦此亦彼”的现象，或者说是“模糊现象”。
( 3 ) '常规可靠性理论有时会缺乏必要的数据。在常规可靠性研究中，样本的容量极为重要，当样本的容量较小时，在一定的置信度下，随机变量的统计参数可能会与真实值相差很大。而在工程实际中进行系统可靠性工作时，需以大量的可靠性数据为基础，但由于受多种因素的影响，在多数情况下是难以做到的。
1-2-2模糊可靠性技术的提出
随着可靠性研究的不断深入，越来越多的学者认识到了传统可靠性存在的局限性，从而就如何将模糊数学应用于可靠性分析的问题进行了大量而有益的探索。模糊合论诞生于1965年，由美国控制论专家L. A. Zadeh教授首次提出，从而开创了模糊数学分支。采用模糊方法处理可靠性问题的最早尝试可追溯的1975年A. Kanfmann的工作。他当时试图引入可能性概念表示元件可靠度，但只是一个抽象想法，缺乏实践基础。模糊方法在可靠性领域得到真，应用并取得效益则是上世纪80年代的事，如在故障树分析、系统可靠性优化、产品寿命估计以及软件I I，确性度量等方面的研究中，模糊方法己经有了较多的应用。在近20多年的研究中，由于时间短，尚未形成完整的理论，模糊可靠性无论是在理论研究还是工程应用方面都还是处在创建阶段。但在某些方面还是获得了一定的成就。
1-2-3模糊可靠性技术的研究现状
自20世纪80年代中期以来，国内外有关学者逐渐认识到常规可靠性设计理论的局限性，就如何将模糊数学应用于可靠性分析的问题进行了大量而有益的探索。由于关于模糊可靠性设计方法的研究起步较晚，时间不长，尚未形成完整的理论，但在某些方面还是获得了一定的成就，卞要成就如下:
(1)较系统和客观地阐述了建立模糊可靠性分析理论的必然性。有些文献「一」「创通过分析与讨论，得出常规可靠性理论存在不足的根源在于常规可靠性理论是建立在概率论基础之上的，而概率又以一值逻辑为基础，卞要解决随机问题。文!袱9还对常规可靠性分析理论进行了批判性的评述，并讨论了模糊可靠性理论的产生、发展及应用前景，同时讨论了常规可靠性理论的一值逻辑假设和概率假设的不合理性，说明了这种一值划分在许多情况下是脱离实际的，也不符合人们的思维特点和对客观事物的认识。还讨论了由于工程系统内部机构和机理的复杂性以及人们认识上的局限性而带来的不确定性。
(2)建立了模糊可靠性的卞要指标。通过将常规可靠性的卞要技术指标，如可靠度、失效概率、故障率、平均寿命等的延仲和打一展，讨论了模糊可靠性的卞要指标模糊可靠度、模糊失效概率、模糊故障率、模糊平均寿命等的具体计算公式「犯一川。讨论了将寿命模糊化后，模糊可靠性指标的计算方法;讨论了将清晰工作时间拓展到模糊工作时间的可靠性指标的计算方法沂寸论了清晰功能拓展到模糊功能时的可靠性指标的计算方法。这些研究将模糊数学应用于可靠性分析中，为模糊可靠性的研究提供了有益的途径。
(3)对系统的模糊可靠性分析。利用上述建立的模糊可靠性的概念和模糊可靠性指标的计算方法，对系统的模糊可靠性分析进行了大量的研究「刊一3创。分别对并联系统的模糊可靠性、表决系统的模糊可靠性、转换完全可靠的旁联系统的模糊可靠性、转换不完全可靠的旁联系统的模糊可靠性、复杂系统的模糊可靠性进行了分析与研究，这些研究拓宽了常规可靠性分析理论研究系统可靠性的方法。
(4)结构或零部件失效概率和可靠度的计算「3,'-707，这方面的内容是模糊可靠性分析理论的重要组成部分。虽然关于电器设计中普遍存在的模糊不确定现象的处理仍处于起步阶段，但是研究零部件失效概率和可靠度的计算原理和方法仍是极其重要的。因为零部件失效概率和可靠度的计算原理和方法是模糊可靠性分析理论之根本，也是模糊可靠性分析从理论走向实用之基础，这方面研究将为电器设计中如何定量处理模糊现象，如何将定量处理的模糊现象供分析中使用指明方向。
发展至今，模糊可靠性的研究多数在机械领域，很多机械领域的专家、学者发表了大量的论文，对模糊可靠性的度量方法提出了自己独到的见解，其中成绩尤为显著的专家有策玉革、黄洪钟等。在电器领域，更多的研究都是基于概率论与数理统计的方法讨论可靠性指标、可靠性试验、可靠性设计和可靠性管理，并目取得了卓越的成绩，但是介绍电器模糊可靠性方面的文章还是很少的，国内外都是如此，所以，对电器领域模糊可靠性的研究变得紧迫而必要。
参考文献
[1]陆俭国土景芹低压保打‘电器可靠性理论及其应用北京:机械工业出版社2004.2
[2]安宗文机械模糊可靠性设计理论研究与应用:[硕士学位论文}中国优秀博硕士学位论文全文数据库2003
[3]李凡北京:北京大学出版社1998.8,1-4
[4]蔡开元文传源张明廉模糊可靠性理论中的基本概念航空学报1993,14, 7:388-396
[5]张立民孙永威模糊可靠性基础理论研究电子产品可靠性与环境试验2010, 6, 28 (3) :6-9
[6]胡宝清武汉:武汉大学出版社2004.10
[7]玉革机械模糊可靠性设计北京:机械工业出版社，2001.10
[8]李廷杰高和模糊pJ靠性模糊系统与数学1998,2(2):1-18
[9]黄洪钟对常规可靠性理论的批判性评述一一兼论模糊可靠性理论的产生、发展及应用前景机械设计994 (3) :I-5
[10] Pedrycz W. Int J Control，1981,34(3):403-421
[11」Nicolescu T, Weber R. Reliability Engineering,l981,2(I):141一157
[12]Sturgeon C，Rudy R J. in:(ed)Kurajion,GM. Failure prevention and Reliability, American Society of ehaniealEngineeringl983, 131一135
[13」陈国范盛家荣自然杂志1984,7(7):181-186
[14]李继陶陈淇培李柞泳四川大学学报(自然科学版)1987,24(3):274-277
[15]梅宏智容炯生孙惠中系统可靠性工程基础北京:科学出版社1987
[16]潘之杰邵亚传模糊数学198 7, (3-4) :134-140
[17]Hahn R F. Proc Annual Reliability and Maintainability Symposium,l972,38-43
[18]Shooman ML,Sinkar5. Proc Annual Reliability and Maintainability Symposium, l 977, l 86-193
[19]Gupta S D,AI-Musawi M J.IEEE Transactions on Reliability.l988,37(I):75-80
[20}李廷杰模糊pJ靠性概念和方法探讨系统工程理论与实践，1989 (3);26-31
[21」陈生宝试论模糊pJ靠性系统工程理论与实践1991( 6) :42-49
[22]Hunt R M, Rouse W B. IEEE Transactions on System,Man and Cybernetics1984,SMC一14(1):112-120
[23]Wouse R B,in:(ed)Wang P P. Advances in Fuzzy Set Theory, Possibility
Possibility Theory and Applications,Academic Press,l983,377-386
[24]Hancock PA. Proc IEEE Int Conf SMC,1986,1:378-383
[25]Moray N,et al. Proc IEEE Int Conf SMC,1986,2:1040-1043
[26]Cai K Y,Wen C Y,Zhang M L.in:(ed)Apostolakis G.Probabilistic Safety Assessment and Management.Elsevier .1991
摘要 4-5
ABSTRACT 5
第一章 绪论 7-13
§1-1 引言 7-9
§1-2 模糊可靠性技术的提出与研究现状 9-12
1-2-1 常规可靠性理论的适用性?? 9-10
1-2-2 模糊可靠性技术的提出 10-11
1-2-3 模糊可靠性技术的研究现状 11-12
§1-3 本文主要研究内容 12-13
第二章 影响电器产品可靠性的参数的分析 13-21
§2-1 几种典型影响电器产品可靠性的参数分析 13-19
§2-2 对参数进行分类总结 19-21
第三章 模糊可靠性方法在电器领域中的应用 21-35
§3-1 模糊可靠性的定义 21
§3-2 模糊可靠度 21-35
3-2-1 模糊可靠度的定义 21-24
3-2-2 模糊可靠度的计算方法 24-35
第四章 模糊可靠度分析的例子 35-41
§4-1 漆包线的温度性质 35
§4-2 传统方法计算线圈可靠度 35-36
§4-3 计算线圈模糊可靠度 36-40
4-3-1 模糊可靠性的定义 36
4-3-2 计算模糊可靠度的关键 36-40
§4-4 结论 40-41
第五章 结论 41-42
参考文献 42-45
致谢 45-46
攻读学位期间所取得的相关科研成果 46
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