● 摘要
可靠性工程经过几十年的发展，其工作重心已经从最初的事后故障分析与纠正，逐渐过渡到试验阶段的故障提前暴露以及设计阶段的故障预防。实事证明，越早的开展可靠性工作，越有利于提高产品可靠性，而如何在方案设计阶段开展可靠性设计是一个待研究的前沿问题。无人机总体设计属于方案设计阶段，以满足各学科的设计要求为目标，通过对无人机总体设计参数的反复协调与定量优化，确定无人机的基本构型。在这个阶段固化了无人机70%－80%的设计特性，其费用却只占到总研制费用的20%－30%。而目前的可靠性设计工作更多的是在详细设计阶段进行，在总体设计阶段很难开展，因此论文提出一种适合在无人机总体设计阶段开展的可靠性设计方法，使可靠性工作尽早的融入到无人机设计过程中，以提高无人机可靠性水平、降低寿命周期费用。现代的无人机总体设计过程，往往利用多学科设计优化方法（Multidisciplinary Design Optimization，MDO）进行各学科之间的协调和优化，一般涉及到的学科包括气动、隐身、结构、控制等。论文提出了考虑可靠性的无人机总体设计方法：针对无人机总体设计构建了无人机可靠性模型，模型以性能可靠度为输出，以无人机设计参数为输入，建立了设计参数与可靠性指标之间的定量关系，为将可靠性学科融入MDO奠定了基础；通过确定关键设计参数、神经网络建模、变复杂度建模等步骤，对可靠性模型进行了精简与修正，使其满足MDO对精度与计算成本的要求；针对可靠性分析需要进行抽样统计的特殊性，考虑不确定性对MDO分解的影响，提出考虑可靠性的MDO分解方法，实现可靠性学科与其它学科的同步分解；基于协同优化方法（Collaborative Optimization，CO），提出考虑可靠性的MDO协调方法，利用物理规划方法协调可靠性目标与性能目标的关系，并根据动态松弛思想改进协同优化算法的鲁棒性，实现可靠性学科与其它学科的同步优化。无人机总体设计中会使用大量的计算机辅助设计工具，产生大量不同格式的模型与数据，利用产品数据管理系统（Product Data Management System，PDM）来集成各学科设计工具，共享设计模型与数据，可以有效的提高设计效率，缩短设计周期。论文以将上述方法/工具集成到基于PDM的无人机总体设计平台中为目的，首先进行了平台的总体规划，然后改进了现有PDM系统集成技术，提高了集成的重用性，并利用该技术将上述工具集成到PDM中，形成了考虑可靠性的无人机总体设计平台原型，实现了可靠性学科与性能学科的数据共享。最后在上述平台中以某型无人机为对象进行了应用验证，考虑气动、隐身、控制与可靠性四个学科，利用上述方法进行了无人机总体设计，设计结果表明无人机四个学科的指标都得到了不同程度的优化。