【正文】 強度干涉情況，計算干涉區(qū)內(nèi)強度小于應(yīng)力的概率（失效概率）的模型，稱為應(yīng)力——強度干涉模型。當(dāng)零件（部件）的強度大于應(yīng)力時，其能夠正常工作；當(dāng)零件（部件）的強度小于應(yīng)力時，其發(fā)生失效。由于影響應(yīng)力和強度的因素具有隨機性，所以應(yīng)力和強度具有分散特性。本文通過對滾動軸承狀態(tài)指標(biāo)分析，選取其最適合的狀態(tài)指標(biāo)—峭度值，再利用貝葉斯方法計算出瞬時可靠度，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立峭度瞬時可靠度模型，使其進(jìn)行學(xué)習(xí)訓(xùn)練，求出未來的瞬時可靠度。 本文主要研究內(nèi)容 本文通過對機械可靠性的分析，提出了一種利用設(shè)備狀態(tài)信息來預(yù)測設(shè)備的可靠性的方法。Chinnam等人將鉆削加工過程中推力和扭矩變化作為退化信號，對鉆頭的磨損狀況進(jìn)行監(jiān)測并對刀具的可靠性進(jìn)行了在線預(yù)測。國內(nèi)外很多專家已經(jīng)意識到設(shè)備運行狀態(tài)信息在設(shè)備性能退化和可靠性評估中的重要性，并做了一些相關(guān)的研究和應(yīng)用。 近幾年來，利用設(shè)備狀態(tài)信息來預(yù)測設(shè)備可靠度已經(jīng)越來越受到人們重視，很多機械或者一些工業(yè)研究中都在通過不同的方法來利用一些狀態(tài)信息例如系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)漂移量、具有代表性的特征指標(biāo)、設(shè)備的監(jiān)測信息等來對設(shè)備的可靠度進(jìn)行評估，從而達(dá)到預(yù)想的效果。該方法既可進(jìn)行定性分析，也可進(jìn)行定量化計算。 (6) 故障樹分析法（FTA）故障樹分析法（FTA）是通過對可能造成系統(tǒng)故障的硬件、環(huán)境、人為因素進(jìn)行分析，畫出故障樹，從而確定產(chǎn)生故障原因的各種可能組合方式或其發(fā)生概率的一種分析方法。FMEA一般可用于產(chǎn)品的研制、生產(chǎn)和使用階段，特別應(yīng)在產(chǎn)品研制、設(shè)計的早期階段就開始進(jìn)行，以便對設(shè)計的評審、安排改進(jìn)措施的先后順序提供依據(jù)。其特點在于即使沒有定量的可靠性數(shù)據(jù)，也能找出產(chǎn)品的不可靠因素。 (5) 故障模式影響和危害度分析（FMECA） 故障模式影響和危害度分析(FMECA)是分析產(chǎn)品中每一潛在的故障模式，并確定其對產(chǎn)品所產(chǎn)生的影響，以及把每個潛在故障模式按它的嚴(yán)重程度及其發(fā)生的概率予以分類的一門分析技術(shù)。原因在于函數(shù)泰勒展開時考慮了非線性項的影響，并且多采用一個數(shù)字特征—— 偏度，較多地保留了隨機變量的分布特征，能夠反映非對稱分布函數(shù)形狀。具體的計算方法又可分為中心點法、演算點法和JC法3種。但是計算量大，并且當(dāng)精度提高到一定值以后，欲再提高其精度，計算量會以極大的梯度增加。蒙特卡洛法屬于可靠性分析中的純概率分析法，回避了求極限狀態(tài)函數(shù)分布的問題，不必對分析問題進(jìn)行概率假設(shè)。 (2) 蒙特卡洛法 蒙特卡洛法的基本思想是：當(dāng)已知極限狀態(tài)方程中各基本隨機變量的分布時，利用隨機抽樣法產(chǎn)生一組相應(yīng)的隨機樣本，將其代入后可得到一個y的隨機樣本，如此反復(fù)進(jìn)行多次后，就得到y(tǒng)的一組隨機樣本。 可靠性預(yù)測方法及應(yīng)用目前，工程設(shè)計中機械結(jié)構(gòu)的可靠性評估方法有應(yīng)力 強度干涉模型評估法、一次二階矩法、Monte Carlo 法、Bayes 法進(jìn)行可靠度評估。胡云昌等在分析現(xiàn)有可靠性計算方法的基礎(chǔ)上，給出了較全面的評價結(jié)構(gòu)系統(tǒng)可靠性的標(biāo)準(zhǔn)，從而為結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的最優(yōu)可靠性設(shè)計提供了可靠的設(shè)計依據(jù)。貢金鑫和趙國藩還研究了原始空間內(nèi)的可靠性分析方法，這種方法不需要將非正態(tài)隨機變量映射或當(dāng)量正態(tài)化為正態(tài)隨機變量，因而特別適合于當(dāng)隨機變量的概率分布函數(shù)不存在顯式時可靠度的計算。王光遠(yuǎn)和譚東耀建立了基于隨機模糊性的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的概念和方法，并應(yīng)用于結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計之中。陳立周等提出了一種基于概率密度函數(shù)矩不等式的契貝雪夫點法。由歐共體委員會支持的歐洲可靠性數(shù)據(jù)庫協(xié)會成立于1979 年，其可靠性數(shù)據(jù)庫交換、協(xié)作網(wǎng)遍布?xì)W洲各國，收集的大量機械設(shè)備和零部件的可靠性數(shù)據(jù)，為進(jìn)行重大工程規(guī)劃和設(shè)備的研發(fā)、風(fēng)險評估提供了依據(jù)。他們認(rèn)為可靠性研究方向主要有兩個：一是可靠數(shù)學(xué)統(tǒng)計方法和使用信息的統(tǒng)計處理技術(shù)，以及保證復(fù)雜系統(tǒng)可靠性的技術(shù)；二是適于機械制造行業(yè)，包括物理故障學(xué)(疲勞、磨損、腐蝕)機械零件的耐磨、耐熱、耐蝕等設(shè)計方法，以及保證可靠性的工藝方法的研究。其可靠性技術(shù)應(yīng)用主要靠國家標(biāo)準(zhǔn)推動，發(fā)布了一系列可靠性國家標(biāo)準(zhǔn)?！? 前蘇聯(lián)的可靠性標(biāo)準(zhǔn)注意吸收了美軍標(biāo)的先進(jìn)部分及優(yōu)點，盡管前蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)沒有美軍標(biāo)可靠性設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)那么全面及詳細(xì)，但也有一些內(nèi)容可以補美軍標(biāo)的不足。在可靠性工程應(yīng)用方面，比較重視可靠性實驗、故障診斷和壽命預(yù)測技術(shù)的研究與應(yīng)用，以及產(chǎn)品失效分析、現(xiàn)場使用數(shù)據(jù)的收集和反饋?？煽啃岳碚摰膽?yīng)用，主要應(yīng)針對有問題的設(shè)計部分進(jìn)行分析和改進(jìn)。 日本的可靠性設(shè)計體系來源于美國，但與美國機械可靠性研究不完全相同。在機械故障預(yù)防和檢測方面，機械故障預(yù)防小組(MFPG)對設(shè)計、診斷、監(jiān)測、故障等進(jìn)行研究，在可靠性數(shù)據(jù)的收集和分析方面取得了很大的進(jìn)步，編制了一些可靠性設(shè)計手冊和指南、可靠性數(shù)據(jù)手冊。目前在國外，機械可靠性設(shè)計已廣泛用于人造衛(wèi)星、宇宙飛船、飛機、艦船、土木工程、核電站、壓力容器、汽車、齒輪和軸承等產(chǎn)品中。NASA 在六十年代中期便開始了機械部件的應(yīng)力驗證和利用應(yīng)力強度干涉模型進(jìn)行可靠性概率設(shè)計的研究。這些事實引起美國軍方的高度重視，開始研究這些“意外”事故發(fā)生的規(guī)律，提出了可靠性的概念。本課題通過對滾動軸承的狀態(tài)信息的研究，對其進(jìn)行強度應(yīng)力干涉模型的可靠性分析，建立可靠度評估模型，結(jié)合Bayes方法和KM評估器思想，求出其瞬時可靠度，建立已知峭度求可靠度的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模型，來預(yù)測可靠度。傳統(tǒng)的基于樣本壽命統(tǒng)計基礎(chǔ)上的可靠性分析方法得到的是設(shè)備的整體可靠性估計，但對于正在運行的單臺或小批量設(shè)備，這些統(tǒng)計數(shù)據(jù)的意義則不大，人們更關(guān)心的是當(dāng)前所用設(shè)備的壽命裕度和可靠性．設(shè)備運行過程的狀態(tài)信息能夠?qū)崟r反映設(shè)備的運行性能、精度，準(zhǔn)確判定設(shè)備的時間、動態(tài)特性，揭示產(chǎn)品失效與性能退化之間的關(guān)系。可靠性是評價設(shè)備質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，貫穿在設(shè)備的開發(fā)、設(shè)計、制造、使用及維修保養(yǎng)等各個環(huán)節(jié)。從這點也可看出研究產(chǎn)品可靠性的重要意義 。據(jù)1975年美國《質(zhì)量進(jìn)展》雜志預(yù)測，由于產(chǎn)品責(zé)任問題，當(dāng)年請求賠償金額達(dá)500億美元。由此可見，產(chǎn)品的可靠性是產(chǎn)品質(zhì)量的核心，是生產(chǎn)廠家和用戶努力追求的目標(biāo)。性能差，產(chǎn)品實際上是廢品；性能好，也并不能保證產(chǎn)品的可靠性水平高。其中，可靠性：產(chǎn)品出廠后（t0）所表現(xiàn)出來的一種質(zhì)量特性，是產(chǎn)品性能的延伸和擴展。產(chǎn)品的質(zhì)量首先是指產(chǎn)品的某種特性，這種特性反映著用戶的需求。以前產(chǎn)品的質(zhì)量主要指產(chǎn)品的性能，即產(chǎn)品出廠時的質(zhì)量，而現(xiàn)在產(chǎn)品的質(zhì)量已不局限于產(chǎn)品性能這唯一的指標(biāo)。一般記為R，由于它是時間的函數(shù)，故也記為R(t)，稱為可靠度函數(shù)。 機械可靠性的特征量機械可靠性有很多特征量，在不同的場合，根據(jù)不同的需求，應(yīng)用不同的特征量，在這里，我們使用的是可靠度R【1】。1 緒 論 可靠性的概念 可靠性的定義：所謂可靠性是指“產(chǎn)品在規(guī)定時間內(nèi)，在規(guī)定的使用條件下，完成規(guī)定功能的能力或性質(zhì)”?？煽啃缘母怕识攘糠Q為可靠度。 可靠度是產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間區(qū)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率。如果用隨機變量T表示產(chǎn)品從開始工作到發(fā)生失效或故障的時間，概率密度為f(t)，則該產(chǎn)品在某已指定時刻t的可靠度 () 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品質(zhì)量的含義也在不斷地擴充。產(chǎn)品質(zhì)量的定義：滿足使用要求所具備的特性，即適用性。概括起來產(chǎn)品質(zhì)量特性包括：性能、可靠性、經(jīng)濟(jì)性和安全性四個方面?？煽啃哉贾鲗?dǎo)地位。反之，可靠性水平高的產(chǎn)品在使用中不但能保證其性能的實現(xiàn)，而且故障發(fā)生的次數(shù)少、維修費用及因故障造成的損失也少、安全性也提高。此外，研究產(chǎn)品可靠性的意義還在于產(chǎn)品責(zé)任法，在美國等技術(shù)發(fā)達(dá)國家的產(chǎn)品責(zé)任法中規(guī)定：只要是因產(chǎn)品缺陷、故障對用戶造成的損失，制造者要承擔(dān)法律和經(jīng)濟(jì)責(zé)任。在產(chǎn)品責(zé)任法中還規(guī)定：如果制造者能出示證明進(jìn)行了可靠性設(shè)計和可靠性保證等活動的資料，可以排除責(zé)任?？煽啃允菣C械零件設(shè)計時必須考慮的重要指標(biāo)。傳統(tǒng)的可靠性評估方法基于概率及數(shù)理統(tǒng)計理論，依賴歷史失效壽命數(shù)據(jù)得到一批設(shè)備的整體可靠性，但無法實現(xiàn)反映當(dāng)前運行設(shè)備個體特性的可靠性評估。因此， 基于狀態(tài)信息的可靠性預(yù)測方法研究是我們現(xiàn)在正在努力的方向。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 機械可靠性分析的研究現(xiàn)狀和進(jìn)展 國外機械可靠性設(shè)計發(fā)展及現(xiàn)狀第二次世界大戰(zhàn)期間，美國空軍由于飛行故障而損失的飛機為21000架，；運往遠(yuǎn)東的作戰(zhàn)飛機上的電子設(shè)備60％在運輸中失效，在儲存期間有50％發(fā)生失效；海軍艦艇上的電子設(shè)備70％因“意外” 事故而失效。上世紀(jì)60年代，對機械可靠性問題引起了各國廣泛重視并開始對其進(jìn)行了系統(tǒng)研究，其中美國、前蘇聯(lián)、日本、英國等國家對機械產(chǎn)品可靠性進(jìn)行了深入研究，并在機械產(chǎn)品可靠性理論研究和實際應(yīng)用方面取得了相當(dāng)進(jìn)展。1974年美國和日本成立了結(jié)構(gòu)可靠性分析方法研究組，澳大利亞、瑞典航空研究院的一些學(xué)者也都在專門研究結(jié)構(gòu)可靠性問題。 美國作為可靠性研究起步較早的國家之一，其在機械產(chǎn)品可靠性理論研究方面也處于領(lǐng)先的地位。如：NPRD一3非電子零部件可靠性數(shù)據(jù)(1985)；NPs一1機械可靠性分析技術(shù)手冊(1985)；ADA163900非電產(chǎn)品可靠性手冊等。日本的機械可靠性設(shè)計著重于實用化，對于機械可靠性設(shè)計，主要依靠其現(xiàn)有技術(shù)，通過可靠性實驗及使用信息反饋，不斷改進(jìn)，達(dá)到可靠性增長。另外由于大量新技術(shù)、新材料、新工藝的應(yīng)用，缺乏實用經(jīng)驗，需要用可靠性技術(shù)幫助設(shè)計人員進(jìn)行分析和評估。日本成功的可靠性活動經(jīng)驗指出：“日本高可靠性指標(biāo)產(chǎn)品的完成，并不是出自掌握了數(shù)理深奧的純可靠性理論專家，而是出自一些具有豐富設(shè)計和實踐經(jīng)驗、又掌握了可靠性理論的第一線總師之手。前蘇聯(lián)對機械可靠性的研究十分重視，將提高機械產(chǎn)品可靠性和壽命作為其科技發(fā)展規(guī)劃的重點任務(wù)之一。他們認(rèn)為可靠性技術(shù)的主要內(nèi)容是預(yù)測，即在產(chǎn)品設(shè)計和樣機實驗階段，預(yù)測和評估在規(guī)定的條件下的使用可靠性，研究各項指標(biāo)隨時間變化的過程。 英國國家可