基于故障相关的数控车床可靠性分配研究

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在我国装备制造业快速发展的今天,如何加快装备制造业的现代化进程,已成为当前国家面临的一个重大课题。数控机床被称为制造业的“工业母机”,其可靠性水平尤为关键。而在数控机床中数控车床占有较大比重,因此,为改进其可靠性,对数控车床的可靠性分配开展深入研究具有十分重要的意义。通过现场信息数据表明,故障独立假设无法反映数控车床实际的工作运行状况,建立的可靠性分配模型存在一定的偏差。因此,如何建立一种充分考虑故障相关的可靠性分配方法成为亟待解决的问题。本文以数控车床为研究对象开展研究,主要完成以下研究工作:一、建立基于故障相关的数控车床子系统可靠性模型。综合利用Bootstrap与极大似然法,对分布模型进行参数估计。依托数控车床运维数据和结构特征,采用故障有向图及邻接矩阵对数控车床各子系统间的故障相关性进行了分析。基于故障率影响构建推导了故障相关子系统可靠性模型。通过Pagerank算法优化分析了子系统的被影响度,并获得各子系统的故障相关子系统可靠性模型。以D检验差值,相对误差及准确因子三种评价准则验证了基于故障相关子系统可靠性模型的准确性和有效性。二、基于欧氏距离的数控车床FMECA(Failure Mode Effects and Criticality Analysis)分析。针对数控车床中关键子系统难以识别等问题,采用了故障部位分析、故障模式分析及故障原因分析对数控车床进行定性与定量分析,确定了数控车床的关键子系统并识别出薄弱部位。为有效解决风险优先数方法中由于各指标权重导致的危害度等值无法排序的情况,引入故障向量进行基于欧氏距离的危害度分析,为进一步可靠性分配提供依据。三、提出了一种基于故障相关的可靠性分配方法。将子系统危害性、复杂度、维修性和重要度作为数控车床可靠性分配的影响指标,其权重的大小直接影响分配结果。文中采用距离函数对各指标进行权重优化,降低灰关联法带来的主观随意性及IEW-VIKOR(Information Entropy Weight,IEW;Vlsekriterijumska Optimizacija I Kompromisno Resenje,VIKOR)法的客观随机误差的影响。结合故障相关理论对数控车床进行了可靠性分配,通过与故障独立、等同分配和AGREE分配的结果对比分析,基于故障相关的可靠性分配能够在有效保证系统可靠性要求的情况下,降低各子系统的可靠性要求。基于故障相关的可靠性分配结果能够有效降低可靠性设计成本,为进一步进行可靠性改进提供了理论指导。
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