基於動態相關故障的數控工具機可靠性分析與評價研究

《基於動態相關故障的數控工具機可靠性分析與評價研究》是依託吉林大學，由張英芝擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於動態相關故障的數控工具機可靠性分析與評價研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張英芝
• 依託單位：吉林大學

項目摘要

將故障相關性理論引入數控工具機可靠性研究領域，進行動態相關故障的數控工具機的可靠性分析與評價技術研究。開闢故障相關下的數控工具機可靠性試驗最優策略、故障機理分析、可靠性建模、可靠性評價及基於極大相關類的可靠性仿真預測技術。用故障相關矩陣、故障相關圖、Copula函式以及Weibull非致命衝擊混合模型等進行相關故障下數控工具機可靠性試驗、分析和預測技術研究。綜合故障隨機性、故障相關性、故障模式影響與危害等因素對數控工具機進行可靠性評價。消除傳統的可靠性分析方法中只考慮獨立故障而造成的分析結果的誤差，完善數控工具機可靠性分析和評價的理論體系。

結題摘要

數控工具機功能先進性和結構複雜性導致其故障存在相關性，一個單元或子系統出現故障，可能致使系統其他部分發生故障，引起多米諾效應，且各子系統之間故障相關關係存在動態時變性。傳統工具機可靠性研究是以故障獨立假設為基礎展開的，這使得故障分析與可靠性建模存在較大誤差。因此，根據工程實際，進行基於動態相關故障的數控工具機可靠性分析與評價研究具有重要意義。 本項目將故障相關性理論引入數控工具機可靠性研究領域，進行動態相關故障的數控工具機可靠性分析與評價技術研究，開闢故障相關下的數控工具機故障分析、可靠性建模、評價及預測技術。 （1）可靠性分析技術 根據產品故障模式機理分析建立子系統間故障關聯矩陣，得到數控車床故障關鍵子系統是液壓和刀架系統，加工中心關鍵子系統為刀庫及機械手和主軸系統。藉助圖論中鄰接矩陣、可達矩陣對故障有向圖進行矩陣化處理；引入網路節點重要度理論，藉助Pagerank算法和Markov機率轉移矩陣，計運算元系統被影響度，確定故障源，即關鍵子系統，為可靠性改進設計指明方向。 考慮故障時間相關及系統隨機截尾試驗影響，套用平均秩次法修正故障順序，建立各子系統可靠性模型；以此為邊緣分布，以Gumbel Copula為連線函式建立系統可靠性模型，將其與串聯繫統可靠度模型比較，證明該建模方法是合理有效的。 （2）可靠性評價技術 引入網路層次分析法(Analytic Network Process，ANP)建立故障模式ANP模型，根據1-9標度法建立判斷矩陣，通過矩陣計算和一致性檢驗計算各故障模式影響度，結合故障發生頻次、平均故障率等因素計算各故障模式危害度，並確定故障模式權重係數。據此對故障時間進行修正，結合各子系統可靠性模型，引入Gumbel Copula連線函式，構建系統可靠度模型並進行評價，得出加工中心平均故障間隔時間為916h。 （3）可靠性預測 由工具機發生故障確定故障集F，由故障間因果關係繪出故障關聯圖，經矩陣化處理得鄰接矩陣A和可達矩陣M，進行M區域分解，同一區域內要素即為一個極大相關類；根據類內相關，類間獨立原則，實現關聯故障解耦；建立基於故障相關的各極大相關類可靠性模型；結合系統N個極大相關類可靠度模型乘積進行可靠性預測。