一种基于性能与RMS一体化的机械产品设计方法和装置与流程

一种基于性能与rms一体化的机械产品设计方法和装置
技术领域
1.本发明属于通用质量特性设计技术领域，具体涉及一种基于性能与rms一体化的机械产品设计方法和装置。


背景技术：

2.rms是可靠性(reliability)、维修性(maintainability)和保障性(supportability)的简称。rms一体化设计是指在传统各特性独立设计的背景下，将可靠性、维修性、保障性各成体系的设计改进为一体化设计，优化设计的目标和内容是对各特性指标进行合理的分配。随着我国创新体系的建设和高新技术的应用，机械产品的复杂度和集成度越来越高，对机械产品提出了越来越高的要求。
3.产品设计中普遍存在仅考虑rms性能的情况。目前关于rms一体化设计方法的研究重点关注各指标的分配，在rms指标分配的过程中没有考虑产品的其他需求性，导致设计的机械产品综合性能差。鉴于此，有必要给出一种能够有效构建产品rms与产品的其他需求性一体化流程的方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于性能与rms一体化的机械产品设计方法和装置，用以解决设计时仅考虑rms性能造成产品综合性能较差的问题。
5.为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于性能与rms一体化的机械产品设计方法，具体步骤如下：
6.1)根据产品性能要求和建立的产品系统模型开展产品总体方案设计；
7.2)根据总体方案与建立的机械机构数据库进行机械产品中各部件设计，将各部件不同的设计方案组合并筛选出满足性能要求的设计方案；其中，机械机构数据库中存储有各个部件的设计方案，且每一个部件均有该部件的至少一种设计方案，每种设计方案均为考虑性能参数和rms参数的设计方案；
8.3)对步骤2)筛选的符合性能要求的设计方案做进一步筛选，以从中筛选出满足rms顶层指标要求的设计方案，实现机械产品的性能与rms一体化设计。
9.其有益效果为：考虑到机械产品的不同层级的机构在设计时需要同时满足性能要求和rms要求，但是机械产品传统设计方法存在性能设计和rms设计没有同步开展，出现机械产品性能和rms设计“两张皮”的问题，最终导致产品不能同时满足性能要求和rms要求的情况，本发明从产品各个层级以及部件出发，在设计时就综合考虑产品性能和rms一体化设计，通过建立有针对性的产品系统模型和机械典型机构数据库，明确了产品性能和rms一体化的设计依据和设计约束，可快捷、高效地开展产品设计工作，能够根据不同产品的特点，开展机械产品性能和rms特性同步设计，可缩短研制周期、节约研制成本、提升产品综合性能，设计方法思路清晰、可操作性强，便于产品设计的综合管理。
10.进一步地，建立的产品系统模型包括产品结构模型和产品设计模型：
11.产品结构模型用于反映产品信息，所述产品信息包括各层级组成、物理架构、功能划分、层次关系和各层级组部件数量；
12.产品设计模型包括产品设计准则、设计规范、性能要求和rms要求，其中设计准则和设计规范是产品设计经验的归纳总结，性能要求和rms要求是用户对产品的使用要求。
13.其有益效果为：将机械产品进行细分，根据不同产品的特点开展设计，使产品设计时能够在每个层级、每个部件都能够满足产品性能要求，达到rms指标要求，并且在各部件结合整体产品时也能达到顶层指标要求，使机械产品性能和rms一体化设计更加快捷高效。
14.进一步地，建立的机械机构数据库还包括产品可靠性库、产品维修性库和产品保障性库；
15.产品可靠性库用于对典型机械机构数据库中的不同方案的可靠性数据进行搜集整理；
16.产品维修性库用于对典型机械机构数据库中的不同方案的维修性数据进行搜集整理；
17.产品保障性库用于对典型机械机构数据库中的不同方案的保障性数据进行搜集整理。
18.其有益效果为：能清晰的显示各个部件在性能上的参数以及rms参数，为各个部件的选取和方案设计提供便利，使设计思路更加清晰，提高选择的多样性，提升产品设计的综合性能。
19.进一步地，当所需要设计的机械产品的某一部件在机械结构数据库中不存在设计方案时，则对该部件开展fmea、fta和fmeca，得到可靠性、维修性和保障性数据并整理更新机械机构数据库。
20.其有益效果为：将新设计出来的方案信息更新，扩充机械机构数据库，为以后类似产品的设计提供选择方案，提高产品设计的效率，缩短研制周期，节约研制成本，提升产品综合性能。
21.为解决上述技术问题，本发明还提供了一种基于性能与rms一体化的机械产品设计装置，包括存储器和处理器，所述处理器用于执行存储在存储器中的计算机程序指令以实现如下步骤：
22.1)根据产品性能要求和建立的产品系统模型开展产品总体方案设计；
23.2)根据总体方案与建立的机械机构数据库进行机械产品中各部件设计，将各部件不同的设计方案组合并筛选出满足性能要求的设计方案；其中，机械机构数据库中存储有各个部件的设计方案，且每一个部件均有该部件的至少一种设计方案，每种设计方案均为考虑性能参数和rms参数的设计方案；
24.3)对步骤2)筛选的符合性能要求的设计方案做进一步筛选，以从中筛选出满足rms顶层指标要求的设计方案，实现机械产品的性能与rms一体化设计。
25.其有益效果为：考虑到机械产品的不同层级的机构在设计时满足性能要求和rms要求，但是最终产品却不能同时满足性能要求和rms要求的情况，本发明从产品各个层级以及部件出发，在设计时就综合考虑产品性能和rms一体化设计，通过建立有针对性的产品系统模型和机械典型机构数据库，明确了产品性能和rms一体化的设计依据和设计约束，可快捷、高效地开展产品设计工作，能够根据不同产品的特点，开展机械产品性能和rms特性同
步设计，可缩短研制周期、节约研制成本、提升产品综合性能，设计方法思路清晰、可操作性强，便于产品设计的综合管理。
26.进一步地，建立的产品系统模型包括产品结构模型和产品设计模型：
27.产品结构模型用于反映产品信息，所述产品信息包括各层级组成、物理架构、功能划分、层次关系和各层级组部件数量；
28.产品设计模型包括产品设计准则、设计规范、性能要求和rms要求，其中设计准则和设计规范是产品设计经验的归纳总结，性能要求和rms要求是用户对产品的使用要求。
29.其有益效果为：将机械产品进行细分，根据不同产品的特点开展设计，使产品设计时能够在每个层级、每个部件都能够满足产品性能要求，达到rms指标要求，并且在各部件结合整体产品时也能达到顶层指标要求，使机械产品性能和rms一体化设计更加快捷高效。
30.进一步地，建立的机械机构数据库还包括产品可靠性库、产品维修性库和产品保障性库；
31.产品可靠性库用于对典型机械机构数据库中的不同方案的可靠性数据进行搜集整理；
32.产品维修性库用于对典型机械机构数据库中的不同方案的维修性数据进行搜集整理；
33.产品保障性库用于对典型机械机构数据库中的不同方案的保障性数据进行搜集整理。
34.其有益效果为：能清晰的显示各个部件在性能上的参数以及rms参数，为各个部件的选取和方案设计提供便利，使设计思路更加清晰，提高选择的多样性，提升产品设计的综合性能。
35.进一步地，当所需要设计的机械产品的某一部件在机械结构数据库中不存在设计方案时，则对该部件开展fmea、fta和fmeca，得到可靠性、维修性和保障性数据并整理更新机械机构数据库。
36.其有益效果为：将新设计出来的方案信息更新，扩充机械机构数据库，为以后类似产品的设计提供选择方案，提高产品设计的效率，缩短研制周期，节约研制成本，提升产品综合性能。
附图说明
37.图1是本发明的一体化设计方法实施步骤；
38.图2是本发明的产品结构模型示意图；
39.图3是本发明的机械典型机构数据库组成图；
40.图4是本发明的一体化设计方法流程图；
41.图5是本发明的某一汽车的产品结构模型。
具体实施方式
42.本发明的基本构思为：建立产品系统模型、机械典型机构数据库，根据产品性能和产品结构以及建立的机械机构数据库进行设计，将各部件不同的设计方案组合并筛选出满足性能要求的设计方案；再根据rms指标要求与建立的机械机构数据库，选取符合性能要求
的设计方案中再次选出满足顶层指标要求的设计方案，实现机械产品性能与rms一体化设计。
43.下面将结合附图以及方法实施例对本发明进行详细说明。
44.方法实施例：
45.本发明的一种基于性能与rms一体化的机械产品设计方法，实施步骤如图1所示，具体实施步骤如下：
46.步骤一，建立产品系统模型，包括产品结构模型和产品设计模型。
47.1)产品结构模型能够反映产品各层级组成、物理架构、功能划分、层次关系、各层级组部件数量等信息，产品结构模型如图2所示。
48.2)产品设计模型包括：产品设计准则、设计规范、性能要求、rms要求。其中设计准则和设计规范是产品设计经验的归纳总结，性能要求和rms要求是用户对产品的使用要求，产品设计模型是产品性能和rms一体化设计的依据。
49.步骤二，建立机械典型机构数据库，包括典型机械机构库、产品可靠性库、产品维修性库、产品保障性库，如图3所示。用于产品设计时，性能和rms数据的统一调用，指导产品性能和rms一体化设计。机械典型机构数据库具体组成如下：
50.1)典型机械机构库是根据产品结构模型，选取产品不同层级的典型机械机构，梳理每个典型机械机构的不同方案设计，总结每种方案的结构特点、适用范围、优缺点等内容，如下表1所示：
51.表1
[0052] 部件1
……
组件n
……
组件i方案1x
11
……
x
n1
……
xi1………………………………
方案jx
1j
……
x
nj
……
x
ij
[0053]
2)产品可靠性库是根据同类型产品设计、试验和使用数据，对典型机械机构数据库中的不同方案的可靠性数据进行搜集整理。该数据库包含失效率、故障模式等信息，如下表2所示：
[0054]
表2
[0055]
部件/组件失效率故障模式方案1
ꢀꢀ……ꢀꢀ
方案j
ꢀꢀ
[0056]
3)产品维修性库根据同类型产品设计、试验和使用数据，对典型机械机构数据库中的不同方案的维修性数据进行搜集整理。该数据库包含维修等级、维修耗时、维修工具、维修人员等信息，如下表3所示：
[0057]
表3
[0058]
部件/组件维修等级维修耗时维修工具维修人员数量维修人员技术要求方案1
ꢀꢀꢀꢀꢀ……ꢀꢀꢀꢀꢀ
方案j
ꢀꢀꢀꢀꢀ
[0059]
4)产品保障性库根据同类型产品设计、试验和使用数据，对典型机械机构数据库中的不同方案的保障性数据进行搜集整理。该数据库包含备件种类、备件数量、技术资料等信息，如下表4所示：
[0060]
表4
[0061]
部件/组件备件种类备件数量方案1
ꢀꢀ……ꢀꢀ
方案j
ꢀꢀ
[0062]
步骤三，开展产品性能与rms一体化设计，包括方案设计工作、可靠性设计工作、维修性设计工作和保障性设计工作。一体化设计方法流程图如图4所示。
[0063]
1)根据产品性能要求和产品结构开展产品总体方案设计；再根据总体方案与建立的典型机械机构库进行机械产品中各部件设计，将各部件不同的设计方案组合并筛选出满足性能要求的设计方案。
[0064]
2)从步骤1)选取的符合性能要求的设计方案中选出满足rms顶层指标要求的设计方案，实现机械产品的性能与rms一体化设计；当所需要设计的机械产品的某一部件在机械结构数据库中不存在设计方案时，则对该部件新设计的的方案开展fmea(失效模式分析)、fta(故障树分析)和fmeca(失效模式和危害性分析)，得到可靠性、维修性和保障性数据并整理更新机械机构数据库。
[0065]
下面以某一汽车为例进行详细说明：
[0066]
步骤一：建立汽车的产品系统模型。
[0067]
1)建立其产品结构模型，如图5所示。
[0068]
2)建立其产品设计模型：该汽车的性能指标有重量≤m kg、百米加速度≥a m/s2、刹车安全距离≤s1m、碰撞安全距离≤s2m等；rms指标有可靠度r、维修时间t、保障资源等。
[0069]
步骤二：建立汽车的机械典型机构数据库。
[0070]
1)建立汽车的典型机械机构库，如下表5所示。
[0071]
表5汽车典型机械机构库(部分)
[0072][0073]
2)建立汽车的可靠性库，如下表6所示。
[0074]
表6汽车可靠性库(部分)
[0075][0076][0077]
3)建立汽车的维修性库，如下表7所示。
[0078]
表7汽车维修性库(部分)
[0079][0080]
4)建立汽车的保障性库，如下表8所示。
[0081]
表8汽车保障性库(部分)
[0082][0083]
步骤三：对汽车开展性能与rms一体化设计。
[0084]
不同类型的汽车要求有一定的差异，为了满足其性能要求，对汽车的总体加构、产品结构、材料选用等方面开展方案设计。在性能设计时，应统筹考虑方案的可靠性、维修性和保障性设计是否可以满足指标要求。例如在产品设计时，选用车架方案a和发动机方案a组合、车架方案a和发动机方案b组合、车架方案b和发动机方案b组合均可满足性能要求，同步考虑rms指标是否可以满足顶层指标要求，经过性能与rms一体化设计综合分析选择车架方案a和发动机方案a组合的总体方案。
[0085]
本实施例从产品各个层级以及部件出发，在设计时就综合考虑产品性能和rms一体化设计，通过建立有针对性的产品系统模型和机械典型机构数据库，明确了产品性能和rms一体化的设计依据和设计约束，可快捷、高效地开展产品设计工作，能够根据不同产品的特点，开展机械产品性能和rms特性同步设计，可缩短研制周期、节约研制成本、提升产品综合性能，设计方法思路清晰、可操作性强，便于产品设计的综合管理。
[0086]
装置实施例：
[0087]
本发明的一种基于性能与rms一体化的机械产品设计装置实施例，包括存储器和处理器，处理器用于执行存储在存储器中的计算机程序指令，以实现本发明的方法实施例中介绍的一种基于性能与rms一体化的机械产品设计方法。其中，处理器可以可编程逻辑器件fpga等处理装置。存储器可为利用电能方式存储信息的各式存储器，例如ram、rom等，还可为其他方式存储信息的存储器。

技术特征：
1.一种基于性能与rms一体化的机械产品设计方法，其特征在于，包括如下步骤：1)根据产品性能要求和建立的产品系统模型开展产品总体方案设计；2)根据总体方案与建立的机械机构数据库进行机械产品中各部件设计，将各部件不同的设计方案组合并筛选出满足性能要求的设计方案；其中，机械机构数据库中存储有各个部件的设计方案，且每一个部件均有该部件的至少一种设计方案，每种设计方案均为考虑性能参数和rms参数的设计方案；3)对步骤2)筛选的符合性能要求的设计方案做进一步筛选，以从中筛选出满足rms顶层指标要求的设计方案，实现机械产品的性能与rms一体化设计。2.根据权利要求1所述的基于性能与rms一体化的机械产品设计方法，其特征在于，建立的产品系统模型包括产品结构模型和产品设计模型：产品结构模型用于反映产品信息，所述产品信息包括各层级组成、物理架构、功能划分、层次关系和各层级组部件数量；产品设计模型包括产品设计准则、设计规范、性能要求和rms要求，其中设计准则和设计规范是产品设计经验的归纳总结，性能要求和rms要求是用户对产品的使用要求。3.根据权利要求1所述的基于性能与rms一体化的机械产品设计方法，其特征在于，建立的机械机构数据库还包括产品可靠性库、产品维修性库和产品保障性库；产品可靠性库用于对典型机械机构数据库中的不同方案的可靠性数据进行搜集整理；产品维修性库用于对典型机械机构数据库中的不同方案的维修性数据进行搜集整理；产品保障性库用于对典型机械机构数据库中的不同方案的保障性数据进行搜集整理。4.根据权利要求1所述的基于性能与rms一体化的机械产品设计方法，其特征在于，当所需要设计的机械产品的某一部件在机械结构数据库中不存在设计方案时，则对该部件开展fmea、fta和fmeca，得到可靠性、维修性和保障性数据并整理更新机械机构数据库。5.一种基于性能与rms一体化的机械产品设计装置，其特征在于，包括存储器和处理器，所述处理器用于执行存储在存储器中的计算机程序指令以实现如下步骤：1)根据产品性能要求和建立的产品系统模型开展产品总体方案设计；2)根据总体方案与建立的机械机构数据库进行机械产品中各部件设计，将各部件不同的设计方案组合并筛选出满足性能要求的设计方案；其中，机械机构数据库中存储有各个部件的设计方案，且每一个部件均有该部件的至少一种设计方案，每种设计方案均为考虑性能参数和rms参数的设计方案；3)对步骤2)筛选的符合性能要求的设计方案做进一步筛选，以从中筛选出满足rms顶层指标要求的设计方案，实现机械产品的性能与rms一体化设计。6.根据权利要求5所述的基于性能与rms一体化的机械产品设计装置，其特征在于，建立的产品系统模型包括产品结构模型和产品设计模型：产品结构模型用于反映产品信息，所述产品信息包括各层级组成、物理架构、功能划分、层次关系和各层级组部件数量；产品设计模型包括产品设计准则、设计规范、性能要求和rms要求，其中设计准则和设计规范是产品设计经验的归纳总结，性能要求和rms要求是用户对产品的使用要求。7.根据权利要求5所述的基于性能与rms一体化的机械产品设计装置，其特征在于，建立的机械机构数据库还包括产品可靠性库、产品维修性库和产品保障性库；
产品可靠性库用于对典型机械机构数据库中的不同方案的可靠性数据进行搜集整理；产品维修性库用于对典型机械机构数据库中的不同方案的维修性数据进行搜集整理；产品保障性库用于对典型机械机构数据库中的不同方案的保障性数据进行搜集整理。8.根据权利要求5所述的基于性能与rms一体化的机械产品设计装置，其特征在于，当所需要设计的机械产品的某一部件在机械结构数据库中不存在设计方案时，则对该部件开展fmea、fta和fmeca，得到可靠性、维修性和保障性数据并整理更新机械机构数据库。

技术总结
本发明属于通用质量特性设计技术领域，具体涉及一种基于性能与RMS一体化的机械产品设计方法和装置。具体的步骤为：考虑到机械产品的不同层级的机构在设计时需要同时满足性能要求和RMS要求，但是机械产品传统设计方法存在性能设计和RMS设计没有同步开展，出现机械产品性能和RMS设计“两张皮”的问题，最终导致产品不能同时满足性能要求和RMS要求，本发明通过建立有针对性的产品系统模型和机械机构数据库，明确了产品性能和RMS一体化的设计依据和设计约束，能够根据不同产品的特点，开展机械产品性能和RMS特性同步设计，可缩短研制周期、节约研制成本、提升产品综合性能，便于产品设计的综合管理。品设计的综合管理。品设计的综合管理。


技术研发人员：郭周南 王长庚 王琳琳 马高强 李歌航 赵飞 顾畅 李煜昊
受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七一三研究所
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/10/8