数控机床电气控制与驱动系统的可靠性研究

摘要

数控机床作为先进制造技术的载体，其发展趋势备受关注。当前我国是数控机床的使用大国，然而国产高档数控机床在可靠性方面与世界发达国家相比差距明显。因此，我国要想从数控机床使用大国向制造强国转变，必须从提高数控机床的可靠性入手。电气控制与驱动系统是数控机床各子系统中故障最频繁的子系统，因此加强其可靠性研究对提高数控机床可靠性具有重要的意义。
　　故障树分析法是系统可靠性分析方法中的主要方法之一，其工程应用已渗透到各个领域。故障树分析方法可以用于寻找系统故障的发生原因，以及求解顶事件发生概率和底事件的重要度等，分析结果可以为系统可靠性改进提供建议。因此本文首先介绍了数控机床电气控制与驱动系统的结构组成及工作原理，绘制系统工作原理图，并以电气控制与驱动系统的中心架运动控制系统为例，应用故障树分析技术进行系统可靠性分析。
　　传统故障树不考虑部件失效的动态关系，所以本文根据电气控制与驱动系统的系统原理图及其故障的动态特性，以电气控制与驱动系统关键子系统之一的中心架运动控制系统为例，加入了动态逻辑门，并建立动态故障树模型进行分析。分别完成了电气控制与驱动系统基于模块化思想的动态故障树分析以及基于贝叶斯网络的动态故障树分析。基于模块化思想的动态故障树分析法将电气控制与驱动系统动态故障树模块化为独立的静态模块和动态模块，对动静态模块分别进行定性分析和定量分析，最后将所有模块的分析结果进行综合，分析系统的可靠性。在建立电气控制与驱动系统贝叶斯网络的基础上，应用基于贝叶斯网络的动态故障树分析方法求解系统可靠性，以及对模型进行双向概率推理，寻找系统薄弱环节，为系统可靠性改进提供参考。分析结果表明：相比传统故障树分析，动态故障树分析法能够更准确地解决具有动态失效特性的复杂系统可靠性分析和评估问题。
　　探讨3F技术的基本内容和具体实施流程，在完成中心架运动控制系统FMECA（故障模式、影响及危害性分析）和FTA（故障树分析）的基础上，运用FRACAS（故障报告、分析及纠正措施系统）流程与相关资料数据完成实例分析，得到故障分析结果、纠正措施以及反馈信息等，有利于实现产品可靠性增长。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 课题的提出

1.4 论文的研究内容及结构安排

第二章 电气控制与驱动系统故障树分析方法研究

2.1故障树分析法

2.2 电气控制与驱动系统的基本功能、工作原理及结构组成

2.3 电气控制与驱动系统的FMECA分析

2.4 中心架运动控制系统的故障树分析

2.5 本章小结

第三章 基于模块化思想的电气控制与驱动系统动态故障树分析

3.1 动态故障树及动态逻辑门

3.2 中心架运动控制系统动态故障树建模

3.3 基于模块化思想的动态故障树分析方法

3.4 分体闭式中心架动态故障树的模块化

3.5 基于BDD的静态子树分析

3.6 动态子树分析

3.7 模块化结果的综合

3.8 本章小结

第四章 基于贝叶斯网络的电气控制与驱动系统动态故障树分析

4.1 离散贝叶斯网络简介

4.2 整体闭式中心架的动态故障树

4.3 整体闭式中心架的贝叶斯网络建模

4.4 基于离散贝叶斯网络的整体闭式中心架的可靠性评估

4.5 本章小结

第五章 电气控制与驱动系统的3F技术研究

5.1 3F技术简介

5.2 电气控制与驱动系统FRACAS

5.3 基于3F技术的电气控制与驱动系统分析

5.4 3F技术在电气控制与驱动系统设计中的应用分析

5.5 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果