第二章现代设计方法教学讲义.ppt

在命令窗口中调用优化程序 x=[-1,1]; %估计初值 option = [ ]; %使用缺省选项 vlb = [ ]; %没有下界 vub = [ ]; %没有上界 x=constr(‘fun’,x,options,vlb,vub,’grad) 运行后得到极值点为： x=-9.5474 1.0474 在命令窗口键入: [f,g]=fun(x) 得到极值点处的函数值和限定条件 f = 0.0236 g = 1.0e*0.1110 -0.1776 优化设计方法 MATLAB优化工具箱：使用梯度计算 可靠性的概念和指标 可靠性的定义 产品在规定的条件和规定的时间内，完成规定功能的能力 规定的时间，即产品的寿命，要有一个最经济有效的寿命 规定的功能，指产品应达到的全部功能； 出故障：产品丧失规定功能；对于不可修复或不予修 　　　复的产品，称为“失效”； 维修：为保持或恢复产品能完成规定功能的能力而采 　　取的技术管理措施； 可靠性指标：可靠性的量化 可靠度 失效率 平均寿命 可靠性设计 可靠度 指产品在规定的工作条件下和规定的时间内完成规定功能的概率。 设有N个相同的产品在相同条件下工作，到任一给定工作时间t，累计有Nf(t)个产品失效，剩下Np(t)个产品仍能正常工作，那么，该产品到时间t的可靠度R(t)为 因为0≤Np(t)≤N，因此0≤R(t)≤1 可靠度越大，工作越可靠 可靠性设计 可靠性指标 失效率 表示产品工作到某一时刻后，在单位时间内发生故障的概率 用λ(t)表示 式中　N—产品总数；n(t)－N个产品到t时刻的失效数； 　 n(t＋△t)－N个产品工作到t＋△t时刻的失效数； 产品失效率分三个阶段 (1)早期失效阶段 元件有缺陷； (2)偶然失效阶段 失效率低而稳定； 失效具有随机性。 (3)耗损失效阶段 元件老化 电子产品　　机械产品 早期失效　　　　　　　　耗损失效 偶然失效 使用寿命 λ(t) t 可靠性设计 可靠性指标 平均寿命 对于不可修复产品，指产品从开始使用到发生失效前的平均工作时间；记为MTTF (Mean Time to failure) 对于可修复产品，指相邻两次故障之间的平均工作时间；记为MTBF (Mean Time between failure)，平均无故障工作时间 平均寿命计算公式θ 式中　 N－不可修复产品为试验品数，可修复产品为总故障次数； ti－不可修复产品为第i个产品失效前工作时间，可修复产品为第i次故障前的无故障工作时间； 可靠性设计 可靠性指标 定义 机械系统常常由许多子系统组成，而每个子系统又可能由若干单元组成。 系统可靠性预测就是已知组成系统的各个独立单元的可靠度计算系统可靠性指标 系统可靠性预测 (1)串联系统的可靠度计算 若在组成系统的n个元件中，只要有一个元件失效，系统就不能完成规定的功能，则称该系统为串联系统。 (2)并联系统的可靠度计算 若在组成系统的n个元件中，只有在所有元件全部失效情况下整个系统才失效，则称该系统为并联系统。 (3)混合系统的可靠度计算 由串联系统和并联系统组合而成的系统。 可靠性设计 系统可靠性预测 (1)串联系统的可靠度计算 设各元件的失效事件是相互独立的，其可靠度分别为R1、R2、…、Rn，则由概率乘法定理可知，n个元件组成的串联系统的可靠度Rs为 例：一个串联系统有三个元件构成，其可靠度分别为R1=0.99,R2=0.90,R3=0.85,则系统的可靠度为： Rs = R1R2R3 = 0.99×0.90×0.85 = 0.757 为确保系统的可靠度不至过低，应尽量减少串联元件数量 (2)并联系统的可靠度计算 若R1=R2=…=Rn=R时，则 Rs = 1-(1-R)n 设Ri=0.95,n=5时，则　Rs = 1-(1-0.95)5=0.9999996875 可靠性设计 系统可靠性预测 价值工程的产生与发展 二次大战期间，美国的军事工业迅速膨胀，市场上材料供应不足，短缺材料的采购很困难； 美国通用电气公司L.D.Miles工程师，负责采购军工生产中的短缺材料，发现用户购买某种材料，不是简单地获得某种材料的实物，而是为了获得材料的使用功能；如果能找到具有同等功能的其它物资来代替原有材料，那么它们的效果是同样的； VE历史上有名的石棉板事件： 那时，公司需要大量石棉板，而供应却非常紧张，Miles提出：“为什么要使用石棉板？它的功能是什么？”回答是为了给产品喷刷涂料时把它铺在地上，避免沾污地板和引起火灾，后来Miles找到一种不燃烧的纸，代替石棉板，功能相同，但成本降低且供应充分； 后来，他把解决采购问题的思路用于改进