数控装备种类日渐增多，机床维修备件的需求预测也越来越复杂，如何实现备件科学确定与合理优化，以达到保障精确化的目的，已成为数控装备现代化建设道路上日显突出和亟待解决的现实问题。数控机床使用中故障零部件信息是备件需求预测的依据。本文针对传统研究中忽视故障相关性和环境要素对可靠性影响导致备件需求预测精度较差问题，提出综合考虑故障相关性的关键备件评价理论和基于环境协变量可靠性分析的备件需求预测方法，并以数控机床主轴系统为对象展开研究。本文首先进行了主轴系统关键备件的选择，选择依据为故障模式的危害度、中心度和相关度的综合分析值。在进行故障模式危害度分析过程中，为避免小样本数据计算失真现象，在子系统故障模式发生频率计算中引用贝叶斯理论，利用Slice抽样方法，引入辅助变量实现边缘模拟抽样，结合Gibbs抽样的思想来估计综合信息，实现零部件故障危害度计算；然后采用DEMATEL方法，对相关故障子系统中表征其重要度的“影响度”、“被影响度”、“原因度”和“中心度”进行分析计算；根据相关子系统的数量、作用方向和是否具有间接相关关系对相关故障链进行分类，利用故障子系统的综合故障率、独立故障率和相关故障率之间关系，建立相关系数模型，完成主轴系统相关故障链中，不同子系统间的相关系数的求解，由此建立相关度的数学模型，并完成主轴子系统相关度值的分析计算；最后根据故障零件的故障模式的危害度和在相关故障链中的中心度以及故障相关度进行关键备件的选择。其次，针对选择的关键备件，本文采用基于可靠性的方法进行备件的需求量的预测。根据可修系统故障损伤累积程度导致故障系统维修后状态的差别进行分类，并对不同状态下子系统的故障过程模型进行分析，据此进行故障截尾、时间截尾的广义更新过程模型的推导；通过对主轴系统工作环境影响要素分析，在可靠性回归模型分析的基础上，采用比例风险模型建立关键备件的可靠性模型，利用SPSS软件对环境协变量进行筛选，并求得协变量的系数；根据不同类型的维修备件的故障随机过程特征，推导出考虑环境协变量的备件需求预测模型；对主轴系统的关键备件圆柱滚子轴承和主轴，分别进行了基于环境协变量的需求预测，并对广义更新过程预测模型的参数采用最大似然函数进行估计，并利用遗传算法实现，而故障发生随机点的期望值采用蒙特卡罗仿真求得。此部分证明了环境协变量对备件需求量的影响，同时证明了维修度的存在对故障变化规律的影响。本论文运用理论分析、生产数据验证、模拟仿真相结合的方法，从分析故障机理的微观角度出发，揭示了在内外因素的影响下主轴系统零部件可靠性变化规律；提出了基于贝叶斯理论的危害度分析方法，完善了FMECA理论；通过创建关键备件的选择机制，建立了故障相关性分析的理论体系，为数控机床的可靠性精确评估，拓展了新的视角；在考虑环境协变量的情况下，结合故障子系统维修后的恢复状态实现备件的精确预测。研究结果为数控机床的可靠性研究理论、企业资金预算、备件库存理论研究提供了新的理论依据。主要创新：1.利用故障模式的危害度、子系统的中心度及子系统间的相关度的分析和综合，建立了基于故障相关性分析的系统关键备件选择理论和概念模型。2.将分析错综复杂的社会相关关系的DEMATEL方法引入数控机床故障相关关系的分析，通过子系统之间的相关作用频率和作用方向，计算了表征子系统在相关故障链中重要性的“四个度”，并以中心度的值作为主轴系统关键备件的选择依据之一。3.进行主轴子系统的可靠性评估时，考虑了子系统内部故障相关性，针对I.F故障模式进行了深入的研究，归纳了相关故障链种类，创建了基于故障链种类的相关系数求解的理论体系。4.在关键备件进行需求预测的过程中，考虑了子系统外部操作环境要素的影响，对其可靠性模型设置了环境协变量，并采用可靠性回归模型中的风险比例模型对关键备件进行可靠性建模，并结合备件的维修后状态选择不同的随机过程模型实施备件预测。