机电专业一直以来都是我国非常重视的一门课程，同时也是很多人都比较喜欢的专业，随着现在工业的发展也是让机电行业得到了更好的运用，本文就整理了关于机电方面的论文，来供大家借鉴参考。
第1篇：利用形式化方法的机电系统概率失效模式及影响分析
杨培林，侯翌，徐凯，贾焕如
(西安交通大学机械工程学院，710049，西安)
摘要：针对传统的失效模式及影响分析中依靠领域专家分析判断系统单元失效与系统故障之间的关系，分析烦琐、容易出错且难以计算故障概率的问题，将形式化技术引入机电系统失效模式及影响分析中，提出了基于概率模型检测的机电系统概率失效模式及影响分析方法。基于机电系统中的状态变迁，研究了机电系统行为过程的随机模型及其形式化表达，建立了面向概率失效模式及影响分析的系统形式化随机模型；基于连续随机逻辑对系统的潜在故障进行了形式化规约，构建了潜在故障的概率形式化规约表达式；利用概率模型检测器对系统的随机模型和潜在故障进行形式化验证，从而辨识单元失效与系统潜在故障之间的关系，并自动计算单元失效所导致的系统故障概率，提高了失效模式与影响分析的准确性和效率。该方法不仅可以借助概率模型检测迅速准确地识别单元失效与系统潜在故障之间的因果关系，还可以自动计算系统故障概率。将该方法应用于数控机床进给系统，成功辨识出了限位开关失效所导致的系统故障并计算出了故障概率，从而验证了方法的可行性。
关键词：机电系统；失效模式及影响分析；概率失效模式及影响分析；概率模型检测；可靠性评价
随着机电系统的集成度和复杂程度越来越高，系统的可靠性和安全性问题日显突出。由于机电系统的高度集成与强耦合，系统单元的失效不仅会降低系统的可靠性，还可能引发严重故障，造成巨大损失，因此在机电系统的设计过程中，应及时对所设计的系统进行失效模式及影响分析(failuremodesandeffectsanalysis，FMEA)。若在FMEA过程中能同时计算出单元失效所导致的系统故障概率，则称为概率FMEA[1](PFMEA)。PFMEA是后续系统风险评估和致命度计算的基础，对机电系统的可靠性评价具有十分重要的作用。
传统FMEA在实施时很大程度上依赖专家经验，工作量大，效率低，且无法获得单元失效所导致的系统故障概率。为此，很多学者对FMEA进行了研究，以改善其分析效果，包括：①计算机辅助FMEA[2-4]，主要是通过表格自动填写来辅助人工完成FMEA；②基于定性推理[5-7]和定量推理[8-10]的FMEA方法，通过对系统组成单元因果行为的描述或通过数字仿真软件对每个潜在故障的仿真分析，实现FMEA自动化；③基于功能模型的FMEA[11-13]，通过系统的功能角色模型，利用定性代数理论对系统的故障传播进行推理，以实现FMEA自动化。
以上研究尽管使FMEA的分析效率得以提高，但单元失效所导致的系统故障仍需依赖领域专家来确定，且无法计算单元失效所导致的系统故障概率。
概率模型检测是传统模型检测技术的扩展[14]，是自动验证随机模型是否满足预期性质的一种形式化技术。概率模型检测不仅能够验证系统性质的正确性，还能够自动计算系统性质成立的概率，具体包括形式化建模、形式化规约和形式化验证3个环节。本文将形式化技术引入机电系统FMEA，建立了机电系统的形式化随机模型及潜在故障的概率形式化规约，利用概率模型检测器自动辨识单元失效与系统潜在故障之间的关系，并自动计算单元失效所导致的系统故障概率，实现了基于形式化方法的机电系统PFMEA。
1机电系统形式化随机模型的建立
1.1机电系统的状态变迁
依据机电系统设计过程中功能、行为及状态之间的映射关系[15-16]，机电系统的功能可用功能载体的一系列状态变迁来表示。从状态变迁的角度，可将机电系统的功能执行过程看成离散事件动态系统。在状态变迁离散事件动态系中，“事件”是驱使系统状态变迁的原因，同时状态变迁又会产生新的“事件”。机电系统的功能执行过程是一种事件驱动下的状态变迁过程。例如，某系统中控制器发出“启动电机”指令是一种事件，该事件驱使电机由“停止”状态变为“旋转”状态，并产生新的事件“电机旋转”，这一新事件又会驱使与之连接的丝杠由“停止”状态变为“旋转”状态，如图1和图2所示。图中用“!”表达“事件的发生”(发送消息)，用“？”表达“事件对状态变迁的驱动”(接收消息)。
图1电机的状态变迁过程
图2丝杠的状态变迁过程
当考虑系统单元的失效时，状态变迁模型中还要考虑单元从正常状态向失效状态的变迁。例如，某传感器在正常情况下有“低电平”和“高电平”2种状态，在考虑故障时还会有“故障”状态，若分别用“00”“01”和“1”表示这3种状态，则传感器的状态变迁过程如图3a所示。
(a)3种状态变迁(b)2种状态变迁
图3传感器的状态变迁过程
若不关注传感器正常情况下“00”与“01”之间的状态变迁，可将“00”和“01”2个状态合并，合并后的状态用“0”来代表，表示传感器处于正常状态。这时，图3a所示的状态变迁可简化为图3b所示的状态变迁，它反映了传感器在“正常”状态与“故障”状态之间的变迁过程。
机电系统各个单元状态的组合构成了系统的状态空间。若系统有n个单元，各单元的状态用集合Si(i=1，2，…，n)表示，则在各单元状态独立的情况下，系统的状态空间S=S1×S2×…×Sn。若单元状态不独立，则应从状态空间里剔除不合理的系统状态，例如2个单元在某种状态会出现碰撞，就应把对应的系统状态去除。机电系统的正常运行过程表现为状态空间中各状态之间的变迁过程。
1.2状态转移率
机电系统在实际运行过程中，外部环境往往包含不确定性，导致机电系统的行为过程也具有一定的不确定性，例如，由于数控加工中心加工不同的工件时会有不同的加工工艺，导致其行为动作、运动速度、行程等相关工艺参数会随工件的不同而发生变化。因此，从统计学意义上讲，在机电系统的寿命周期内，机电系统行为过程中的状态变迁具有随机特性，可以认为状态变迁时间服从指数分布，并用状态变迁时间的数学期望T的倒数来表达状态转移率λ，即
