考虑失效相关性的数控机床可靠性分配

摘要

数控机床是制造生产必备的设备，更是先进制造技术的中心载体。中国是一个制造业大国，目前国内数控机床的研发主要面向高档次机床，追求精密高速和多轴联动复合加工等技术。但是，目前我国高档数控机床大部分是靠国外进口，主要原因是我国生产制造的机床可靠性比较低，无法满足用户要求。因此，通过研究机床可靠性问题不仅能满足我国制造业对数控装备的需求，还能够提升我国工业水平的综合竞争力。而提高数控机床可靠性最为关键的内容之一就是对数控机床进行合理的可靠性分配。本文以某机床厂H系列数控机床为研究对象，依照其故障数据，对该系列机床进行可靠性再分配。
　　通过了解数控机床的功能原理关系，将机床划分成六个子系统，并将搜集到的数控机床故障数据归入相应的机床子系统中，作为后文可靠性分配的对象。再提出合理的故障数据处理原则，对故障数据进行筛选，剔除不计数的故障数据。然后借助软件对故障数据的分布模型进行选择。得出整机和子系统均满足威布尔分布，采用极大似然估计法对整机和各个子系统进行数据拟合，同时对于故障数据少的子系统需通过偏差修正，最终计算出整机和各个子系统的可靠度函数，并且都通过了D检验法的检验。求得的各个子系统可靠度函数将用于估计其平均故障间隔时间以及为后文动态影响度的计算提供依据。
　　采用模糊综合分配法对数控机床进行分配，分配时应考虑分配因素与各分配因素的权重，从而得出在综合考虑各种情况下子系统对整机的影响程度。首先确定用于指导该系列数控机床可靠性分配的因素有六个:中心影响度、动态影响度、维修性、复杂度、经济性和制造技术水平;其中计算中心影响度时，考虑了各子系统的故障之间的失效相关性;计算动态影响度时，根据串联系统的结构相关性，考虑了子系统可靠性的对整机可靠性的影响程度;计算维修性时，考虑了各子系统的维修指标，同时考虑了维修指标间的相关性;对于复杂度，指出传统复杂度计算时没考虑失效相关性的不足，采用专家打分从定性角度对各子系统复杂度进行计算;对于经济性和制造技术水平，则是结合区间分析法和专家打分法，对各子系统进行评分。然后文章结合层次分析法、区间分析和专家打分法，建立各分配因素的权重模型，并采用IEM法求解得到各分配因素的权重值。最后论文结合各子系统的分配因素值与各分配因素的权重，通过模糊计算将规定的可靠性指标值分配到各子系统中。
　　结合以上的分配理论，采用MATLAB GUI作为软件开发平台，开发了通用的考虑失效相关性的数控机床可靠性软件，提高了设计人员的工作效率。

目录

声明

摘要

1．1 论文选题背景

1．2 研究目的和意义

1．3 课题国内外研究现状

1．3．1 可靠性分配国内外研究现状

1．3．2 模糊分配法及其在可靠性分配上应用的国内外研究现状

1．3．3 考虑失效相关性的可靠性分配研究现状

1．4 课题研究内容及思路

第2章 数控机床的故障数据分析和可靠性函数建立

2．1 数控机床的子系统划分

2．1．1 基于数控机床功能原理的子系统划分

2．1．2 数控机床可靠性框图建立

2．2 故障数据的分类和分析

2．2．1 数控机床故障定义

2．2．2 机床现场可靠性数据中存在的问题分析

2．2．3 机床现场可靠性数据的处理和原则

2．2．4 数控机床故障数据的处理结果

2．3 数控机床可靠性函数的建立

2．3．1 整机故障函数的分布模型选择

2．3．2 服从威布尔分布的整机故障函数的参数计算

2．3．3 各子系统可靠性函数的建立

2．4 本章小结

第3章 考虑失效相关性的可靠性分配因素分析

3．1 数控机床子系统故障中心影响度分析

3．1．1 决策实验室分析法

3．1．2 子系统故障中心影响度的计算

3．2 数控机床子系统动态影响度的计算

3．3 基于维修指标相互关联的子系统维修性的计算

3．3．1 维修衡量指标介绍

3．3．2 维修关联度评价模型和评价步骤

3．3．3 数控机床各子系统维修关联度的计算

3．4 基于专家评分的子系统复杂度的计算

3．5 本章小结

第4章 数控机床的可靠性模糊综合分配

4．1 数控机床的可靠性分配因素准则和分配指标

4．1．1 数控机床的可靠性分配因素准则

4．1．2 数控机床的可靠性分配指标的选择和确定

4．2．1 IAHP法的介绍

4．2．2 区间分析的基本概念

4．2．3 基于IAHP法的权重计算过程

4．3 基于模糊综合评判法的可靠性分配模型

4．3．1 分配因素隶属度矩阵的建立

4．3．2 基于模糊综合评判的可靠性分配

4．4 数控机床的可靠性综合分配

4．5 分配结果对比分析

4．5．1 分配前后分析

4．5．2 与其它分配方法的分配结果对比

4．6 本章小结

第5章 考虑故障相关性的数控机床可靠性分配软件开发

5．1 软件开发语言MATLAB GUI简介

5．2 软件主要功能设计和主界面设计

5．2．1 软件系统结构和功能设计

5．2．2 软件的主界面和菜单功能

5．3 软件功能模块的实现

5．3．1 软件登录界面

5．3．2 故障数据处理板块

5．3．3 分配因素分析板块

5．3．4 分配因素权重分析板块

5．3．5 综合分配板块

5．3．6 帮助板块

5．4 软件的异常提示与处理

5．4．1 操作步骤性提示

5．4．2 软件参数性提示

5．5 软件应用实例

5．6 本章小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文